关于隧道围岩的分级.docx

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关于隧道围岩的分级

  最近一段时间学习了关于隧道围岩分级的问题，逐渐的了解了隧道的施工工艺及工序，也在网上查找了一些关于围岩问题的文章，学习了，很深奥，有很多东西还是不能够理解，希望能交到良师益友向您学习，本文章来自于百度文库，我整理了下，其中有些内容是我通过查找规范所得。

《公路隧道设计规范JTGD70-2004》

《公路工程地质勘察规范JTJ064-98》

《岩土工程勘察规范GB50021-2001》

《水工隧洞设计规范》（SL279-2002）

《工程岩体分级标准》（GB50218-94）

《铁路隧道设计规范》（TB10003-2005）

《地铁设计规范》（GB50157-2003）

《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（50086-2001）

《公路隧道施工技术规范》（JTJF60-2009）

《工程岩体分级标准》（GB50218-94）

名词解释：

围岩：

围岩是隧道开挖后其周围产生的应力重分布范围内的岩体，或指隧道开挖后对其稳定性产生影响的那部分岩体，（这里所指的岩体是土体与岩体的总称）

在不同的岩体中开挖隧道后岩体所表现出的性态是不同的，可归纳为充分稳定、基本稳定、暂时稳定和不稳定四种。

  岩爆：

岩体中聚积的弹性变形能在地下工程开挖中突然猛烈释放，使岩石爆裂并弹射出来的现象。

轻微的岩爆仅剥落岩片，无弹射现象。

严重的可测到4.6级的震级 ，一般持续几天或几个月。

发生岩爆的原因是岩体中有较高的地应力，并且超过了岩石本身的强度，同时岩石具有较高的脆性度和弹性。

这时一旦地下工程破坏了岩体的平衡，强大的能量把岩石破坏，并将破碎岩石抛出。

预防岩爆的方法是应力解除法、注水软化法和使用锚栓-钢丝网-混凝土支护。

  在JTJD70-2004《公路隧道设计规范》中关于隧道围岩级别划分为六级，级别越大围岩越差，六级为土，但目前实施中不同，《岩土工程勘察规范GB50021-2001》中规定地下铁道围岩分类应按GB50307-1999《地下铁道，轻轨交通岩土工程勘查规范》,GB50307-1999《地下铁道，轻轨交通岩土工程勘查规范》中的围岩分类方法引自原《铁路隧道设计规范》（TB10003-1999）围岩分级是根据《工程岩体分级标准》（GB50218-94）结合工程经验得来的，勘察是为设计服务的，所以在地铁工程勘察中，如果还利用地铁勘察规范进行围岩分类，易给设计带来不便。

  公路隧道围岩分级将围岩分为6级，给出了主要围岩的工程地质特征、结构特征，和完整性等指标并预测了隧道开挖后可能出现的塌方、滑动、膨胀、挤出、岩爆、突然涌水、及瓦斯突出等失稳的部位和地段，给出了相应的工程措施，

围岩分级的概念

各种围岩的物理性质之间存在一定的内在联系和规律，依照这些联系和规律，可将围岩划分为若干级，这就是围岩分级。

1、  目前，隧道围岩分级是设计、施工的基础（工程类比法就是建立在围岩分级的基础上的）。

围岩分级的目的是：

①  作为选择施工方法的依据，

②  进行科学管理及正确评价经济效益，

③  确定结构上的荷载（松散荷载）

④  给出衬砌结构的类型及其尺寸

⑤  制定劳动定额、材料消耗标准的基础等等。

比较理想的分级方法是：

①  确定客观，有定量指标，尽量减少因人而异的随机性。

②  便于操作使用，适于一般勘察单位所具备的技术装备水平。

③  最好在挖开地层前得到结论。

人们对围岩的认识是不断深入的从国外的情况：

   土石方工程分类法（开挖的难易程度）→岩石的坚固性来分类：

如岩石的坚固性系数f→

RQD →从围岩稳定性出发分类来代替多年沿用的坚固性为基础的分类

从分级指标看：

大多数从定性描述

经验判断和定量描述

以隧道围岩的稳定性为基础进行分级是隧道围岩分级的总趋势。

另外的发展趋势：

以岩体为对象、与地质勘探结合、与设计施工结合、定量化。

二、影响围岩稳定性的主要因素

1、地质因素

（1）岩体结构特征

  岩体的结构特征可以简单地用岩体的破碎程度或完整性来表示，在某种程度上它反映了岩体受地质构造作用的严重程度。

岩体的破碎程度或完整状态是指构成岩体的岩块的大小及这些岩块的组合排列形态。

（2）结构面性质和空间组合

  在块状或层状结构的岩体中，控制岩体破坏的主要因素是如软弱结构面的性质及它们在空间的组合状态。

从下述的5个方面来研究结构面对地下工程围岩稳定性的大小：

①   结构面的成因及其发展史

②  结构面的平整、光滑程度。

③  结构面的物质组成及其充填物质的情况

④  结构面的规模与方向性

⑤  结构面的密实与组数

（3）岩石的力学性质

 在整体结构的岩体中，控制围岩稳定性的主要因素是岩石的力学性质，尤其是岩石的强度，一般快来说，岩石强度越高，洞室越稳定。

（4）围岩的初始应力场

 围岩的初始应力场是地下工程围岩变形，破坏的根本作用力，它直接影响围岩的稳定性。

（5）地下水状况

  地下水对围岩的影响主要表现在：

①  软化围岩

②  软化结构面

③  承压水作用

2、工程活动所造成的人为因素

（1）地下洞室尺寸和形状

 在同一级（类）围岩中，洞室跨度愈大，围岩的稳定性就愈差。

地下洞室的形状主要影响开挖后围岩的应力状态。

（2）施工中采用的开挖方法

开挖方法对地下工程围岩性的影响较为明显，在分级（类）中必须予以考虑。

三、分级（类）的因素指标及其选择

1、单一的岩性指标

包括岩石的抗压和抗拉强度、岩石坚固性系数f、弹性模量等物理力学参数，以及如抗砖性、抗爆性等工程指标。

3、                 单一的综合岩性指标

    它表明指标是单一的，但反映的因素却是综合的。

“岩石质量指标”（RQD-RockQualityDesignation）也是反映岩体破碎程度和岩石强度的综合指标。

所谓岩石质量指标是指钻探时岩芯复原率，或称岩芯采取率。

RQD=（10cm以上岩芯累计长度／单位钻孔长度）×100

洞室围岩自稳的时间t（s）=C×L（1+a）

式中，L——坑道未支护地段的长度。

    a——视围岩情况在0-1之间变化，好的岩体可取a=0，极差的a=1.0，

C——视围岩条件而定的系数。

3、复合指标

（1）巴顿等人所提出的“岩体质量Q”Q与6个表明岩体质量的地质参数有关，表示为

Q=（RQD/Jn）·（Jr/Ja）·（Jw/SRF）式中

RQD为岩石质量标准，Jn为节理组数目，Jr为节理粗糙度，Ja为节理蚀变值，Jw为节理含水折减系数，SRF为初始应力折减系数。

（3） 我国总参工程兵坑道工程围岩分类中所采用的岩体质量指标Rm和应力比So

 Rm=Rc×Kv×Kw×Kj

式中，Rc——岩石单轴饱和极限抗压强度，

    Kv——掩体完整性系数，岩体愈完整，取值愈大，变化范围为1.0-0.08，由实测值确定

Kw——地下水影响折减系数，变化范围为1.0-0.4，无水时取1.0，视具体情况由经验确定。

Kj——岩层面产状要素影响折减系数，变化范围为1.0-0.5.

S=Rm/m

式中，m——最大垂直地应力。

（3）《水工隧洞设计规范》（SL279-2002）围岩工程地质分类和国标《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB50086-2001）所采用的围岩/岩体强度应力比S，S综合考虑了岩石强度，岩体完整性和地应力的因素。

S=Rc×Kv÷ξm

S=Rc×Kv÷ξ1

式中，Rc——岩石饱和单轴抗压强度，

     Kv——岩体完整性系数。

    ξm——围岩的最大主应力，

    ξ1——垂直洞轴线的较大主应力，

（4）国标《工程岩体分级标准》（GB50218-94）也采用了两个复合指标-岩体基本质量指标BQ和修正的岩体基本质量指标（BQ）

根据以上对分级（类）指标的分析，可以得到如下结论：

①  应选择对围岩稳定性（主要表现在变形破坏特性上）有重大影响的主要因素，

②  选择测试设备比较简单，人为性小，科学性较强的定量指标，

③  主要分级（类）指标要有一定的综合性，最好采用复合指标，以便全面、充分地反映围岩的工作性质，并应有足够的实测质料为基础。

四、国内主要地下工程围岩分级（类）标准

（一）《铁路隧道设计规范》的围岩分级

  目前铁路隧道围岩分级采用两种方法，即以围岩稳定为基础的分级方法和按弹性波（纵波）速度的分级方法。

1、         围岩分级的基本因素

（1） 岩石坚硬程度

根据单轴饱和极限抗压强度Rc分为5级，即极坚岩、硬质岩、较软岩、软岩、极软岩。

岩石坚硬程度划分

岩石类别

单轴饱和抗压强度Rc/MPa

代表性岩石

硬质岩

极硬岩

＞60

花岗岩、闪长岩、玄武岩等岩浆岩，硅岩、钙质胶结的砾岩及砂岩、石灰岩、白云岩、等沉积岩、片麻岩、石英岩、大理岩、板岩、片岩等变质岩

硬岩

30-60

软质岩

较软岩

15-30

凝灰岩等喷出岩，砂砾岩、泥质砂岩、泥质页岩、灰质页岩、泥灰岩、泥岩、煤等沉积岩、

云母片岩或千枚岩等变质岩

软岩

5-15

极软岩

＜5

（2） 岩体的完整程度

   主要是指围岩被各种结构面切割成单元体的特征及其被切割后的块度大小。

它是评价围岩稳定程度最直接、最重要的指标。

为了衡量围岩的完整程度要考虑的因素

按照软弱面的产状、贯通性以及充填物的情况、可将围岩分为：

完整、较完整、较破碎、破碎、极破碎。

   按照围岩受地质构造影响的程度，可将围岩分为：

构造变动轻微、较重、严重、很严重。

   按照节理（裂痕）发育程度的不同又分为：

节理不发育、节理较发育、节理发育及节理很发育。

   按照岩体风化程度的不同将围岩分为：

风化轻微、较重、严重、极严重四级。

岩体完整程度划分

完整程度

结构面状态

结构类型

岩体完整性指数

完整

结构面1-2，以构造型节理或层面为主，密闭性

巨块状整体结构

＞0.75

较完整

结构面2-3组，以构造型节理，层面为主，裂隙多呈密闭型、部分为轻微型，少有充填物

块状结构

0.55-0.75

较破碎

结构面一般为3组，以节理及风化裂隙为主，在断层附近受构造作用影响较大，裂隙以微张性和张开型为主，多有充填物

层状结构、块石碎石结构

0.35-0.55

破碎

结构面大于3组，多以风化型裂隙为主，在断层附近受构造作用影响大，裂隙宽度以张开型为主，多有充填物

碎石角砾状结构

0.15-0.35

极破碎

结构面杂乱无序，在断层附近受断层作用影响大，宽张裂隙全为

散体状结构

≤0.15

2、         围岩基本分级及其修正

（1） 基本分级

  《铁路隧道设计规范》将单、双线铁路隧道的围岩划分为六级。

（2） 隧道级别的修正

   地下水影响的修正

   根据单位时间的渗水量可将地下水状态分为3级。

 铁路隧道围岩分级

级别

围岩主要工程地质条件

围岩开挖后的稳定状态（单线）

围岩弹性纵波速度（Km/s）

主要工程地质特征

结构特征和完整状态

Ⅰ

硬质岩（单轴饱和极限抗压强度Rc≥60Mpa）受地质构造影响轻微，节理不发育，无软弱面（或夹层），层状岩层为厚层，层间结合良好

呈巨快状整体结构

围岩稳定无坍塌可能产生岩爆

＞4.5

Ⅱ

硬质岩Rc＞30Mpa受地质构造影响较重，节理较发育，有少量软弱面（或夹层）和贯通微张节理，但其产状及其组合关系不致产生滑动，层状岩层为中层或厚层，层间结合一般，很少有分离现象或为硬质岩偶夹软质岩石

呈大块状砌体结构

暴露时间长可能会出现局部小坍塌、侧壁稳定。

层间结合差的平缓岩层、极易坍塌

3.5-4.5

硬质岩Rc=30Mpa，受地质构造影响轻微，节理不发育层状岩层为厚层，层间结合良好

呈巨块状整体结构

Ⅲ

硬质岩（Rc