隧道围岩级别划分与判定.docx
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隧道围岩级别划分与判定
隧道围岩级别划分与判定
隧道围岩分级就是评定围岩性质、判断隧道围岩稳定性，作为选择隧道位置、支护类型的依据和指导安全施工。
1国标《锚杆喷射混凝土支护技术规范》围岩分级
1.1围岩分级
围岩级别的划分应根据岩石坚硬性岩体完整性结构面特征地下水和地应力状况等因素综合确定并应符合表1.1规定。
表1.1围岩分级
围
岩
级
别
主要工程地质特征
毛洞稳定情况
岩体结构
构造影响程度，结构面发育情况和组合状态
岩石强度指标
岩体声波指标
岩体强度应力比
单轴饱和抗压强度
（MPa）
点荷载强度
（MPa）
岩体纵波速度
（km/s）
岩体完整性指标
I
整体状及层间结合良好的厚层状结构
构造影响轻微，偶有小断层结构面不发育，仅有2~3组，平均间距大于0.8m，以原生和构造节理为主，多数闭合，无泥质充填，不贯通。
层间结合良好，一般不出现不稳定块体
>60
>2.5
>5
>0.75
——
毛洞跨度5~10m时长期稳定，无碎块掉落
Ⅱ
同I级围岩结构
同I级围岩特征
30~60
1.25~2.5
3.7~5.2
>0.75
毛洞跨度5~10m时，围岩能较长时间（数月至数年）维持稳定，仅出现局部小块掉落
块状结构和层间结合较好的中厚层或厚层状结构
构造影响较重，有少量断层，结构面发育，一般
为3组，平均间距0.4~0.8m，以原生和构造节理为主，多数闭合，偶有泥质充填，贯通性较差，有少量软弱结构面。
层间结合较好，偶有层间错动和层面张开现象
>60
>2.5
3.7~5.2
>0.5
——
Ⅲ
同I级围岩结构
同I级围岩特征
20~30
0.85~1.25
3.0~4.5
>0.75
>2
毛洞跨度5~10m时围岩能维持一个月以上的稳定主要出现局部掉块塌落
同Ⅱ级围岩块状结构和层间结合较好的中厚层或厚层状结构
同Ⅱ级围岩块状结构和层间结合较好的中厚层或厚层状结构特征
30~60
1.25~2.50
3.0~4.5
0.5~0.75
>2
层间结合良好的薄层和软硬岩互层结构
构造影响较重结构面发育一般为3组平均间距0.2~0.4m以构造节理为主节理面多数闭合少有泥质充填岩层为薄层或以硬岩为主的软硬岩互层层间结合良好少见软弱夹层层间错动和层面张开现象
>60（软岩>20）
>2.50
3.0~4.5
0.30~0.50
>2
碎裂镶嵌结构
构造影响较重结构面发育一般为3组以上平均间距0.2~0.4m以构
造节理为主节理面多数闭合少数有泥质充填块体间牢固咬合
>60
>2.50
30~4.5
0.30~0.50
>2
Ⅳ
同Ⅱ级围岩块状结构和层间结合较好的中厚层或厚层状结构
同Ⅱ级围岩块状结构和层间结合较好的中厚层或厚层状结构特征
10~30
0.42~1.25
2.0~3.5
0.50~0.75
>1
毛洞跨度5m时围岩能维持数日到一个月的稳定主要失稳形式为冒落或片帮
散块状结构
构造影响严重一般为风化卸荷带结构面发育一般为3组平均间距0.4~0.8m以构造节理卸荷风化裂隙为主贯通性好多数张开夹泥夹泥厚度一般大于结构面的起伏高度咬合力弱构成较多的不稳定块体
>30
>1.25
>2.0
>0.15
>1
层间结合不良的薄层中厚层和软硬岩互层结构
构造影响严重结构面发育一般为3组以上平均间距0.2~0.4m以构造风化节理为主大部分微张（0.5~1.0mm）部分张开（1.0mm）有泥质充填层间结合不良多数夹泥层间错动明显
>30（软岩>10）
>1.25
2.0~3.5
0.20~0.40
>1
碎裂状结构
构造影响严重多数为断层影响带或强风化带结构面发育一般为3组以上平均间距0.2~0.4m大部分微张（0.5~1.0mm）部分张开（1.0mm）有泥质充填形成许多碎块体
>30
>1.25
2.0~3.5
0.20~0.40
>1
Ⅴ
散体状结构
构造影响很严重多数为破碎带全强风化带破碎带交汇部位构造及风化节理密集节理面及其组合杂乱形成大量碎块体块体间多数为泥质充填甚至呈石夹土状或土夹石状
——
——
<2.0
——
——
毛洞跨度5时围岩稳定时间很短约数小时至数日
注1围岩按定性分级与定量指标分级有差别时一般应以低者为准。
2本表声波指标以孔测法测试值为准如果用其他方法测试时可通过对比试验进行换算。
3层状岩体按单层厚度可划分为
厚层大于0.5m
中厚层0.1~0.5m
薄层小于0.1m
4一般条件下确定围岩级别时应以岩石单轴湿饱和抗压强度为准当洞跨小于5m，服务年限小于10年的工程确定围岩级别时可采用点荷载强度指标代替岩块单轴饱和抗压强度指标可不做岩体声波指标测试
5测定岩石强度做单轴抗压强度测定后可不做点荷载强度测定。
3公路隧道围岩分级
3.1公路隧道围岩分级
围岩级别可根据调查、勘探、试验等资料、岩石隧道的围岩定性特征、围岩基本质量指标（BQ）或修正的围岩质量指标[BQ]值、土体隧道中的土体类型、密实状态等定性特征，按表3.1确定。
当根据岩体基本质量定性划分与（BQ）值确定的级别不一致时，应重新审查定性特征和定量指标计算参数的可靠性，并对它们重新观察、测试。
在工程可行性研究和初勘阶段，可采用定性划分的方法或工程类比方法进行围岩级别划分。
表3.1公路隧道围岩分级
围岩级别
围岩或土体主要定性特征
围岩基本质量指标（BQ）或
修正的围岩基本质量指标[BQ]
Ⅰ
坚硬岩，岩体完整，巨整体状或巨厚层状结构
>550
Ⅱ
坚硬岩，岩体较完整，块状或厚层状结构
较坚硬岩，岩体完整，块状整体结构
550～451
Ⅲ
坚硬岩，岩体较破碎，巨块（石）碎（石）状镶嵌结构
较坚硬岩或较软硬岩层，岩体较完整，块状体或中厚层结构
450～351
Ⅳ
坚硬岩,岩体破碎,碎裂结构
较坚硬岩,岩体较破碎～破碎,镶嵌碎裂结构
较软岩或软硬岩互层,且以软岩为主,岩体较完整～较破碎,中薄层状结构
350～251
土体：
1.压密或成岩作用的粘性土及砂性土
2.黄土（Q1、Q2）
3.一般钙质、铁质胶结的碎石土、卵石土、大块石土
Ⅴ
较软岩，岩体破碎；软岩，岩体较破碎～破碎；极破碎各类岩体。
碎、裂状、松散结构
≤250
一般第四系的半干硬至硬塑的黏性土及稍湿至潮湿的碎石土，卵石土、圆砾、角砾土及黄土（Q3、Q4）。
非粘性土呈松散结构、黏性土及黄土呈松软结构
Ⅵ
软塑状粘性土及潮湿、饱和粉细砂层、软土等
注：
本表不适用于特殊条件的围岩分级，如膨胀性围岩、多年冻土等。
3.2围岩分级的主要因素
公路隧道围岩分级的综合评判方法采用两步分级，并按以下顺序进行：
（1）根据岩石的坚硬程度和岩体完整程度两个基本因素的定性特征和定量的岩体基本质量指标（BQ），综合进行初步分级。
（2）对围岩进行详细定级时，应在岩体基本质量分级基础上，考虑修正因素的影响修正岩体基本质量指标值。
（3）按修正后的岩体基本质量指标[BQ]，结合岩体的定性特征综合评判，确定围岩的详细分级。
3.2.1岩石坚硬程度
1岩石坚硬程度可按表3.2.1-1定性划分。
表3.2.1-1岩石坚硬程度的定性划分
名称
定性鉴定
代表性岩石
硬质岩
坚硬岩
锤击声清脆，有回弹，震手，难击碎；浸水后，大多无吸水反应
未风化～微风化的花岗岩、正长岩、闪长岩、辉绿岩、玄武岩、安山岩、片麻岩、石英片岩、硅质板岩、石英岩、硅质胶结的砾岩、石英砂岩、硅质石灰岩等
较坚硬岩
锤击声较清脆，有轻微回弹，稍震手，较难击碎；
浸水后，有轻微吸水反应
1弱风化的坚硬岩；
2未风化～微风化的熔结凝灰岩、大理岩、板岩、白云岩、石灰岩、钙质胶结的砂页岩等
软质岩
较软岩
锤击声不清脆，无回弹，较易击碎；浸水后，指甲可刻出印痕
1强风化的坚硬岩；
2弱风化的较坚硬岩；
3未风化～微风化的凝灰岩、千枚岩、砂质泥岩、泥灰岩、泥质砂岩、粉砂岩、页岩等
软岩
锤击声哑，无回弹，有凹痕，易击碎；浸水后，手可掰开
1强风化的坚硬岩；
2弱风化～强风化的较坚硬岩；
3弱风化的较软岩；
4未风化的泥岩等
极软岩
锤击声哑，无回弹，有较深凹痕，手可捏碎；浸水后，可捏成团
1全风化的各种岩石；
2各种半成岩
2岩石坚硬程度定量指标用岩石单轴饱和抗压强度（Rc）表达。
Rc一般采用实测值，若无实测值时，可采用实测的岩石点荷载强度指数Is（50）的换算值，即按式（3.2.1）计算：
Rc=Is（50）0.75（3.2.1）
3Rc与岩石坚硬程度定性划分的关系，可按表3.2.1-2确定。
表3.2.1-2Rc与岩石坚硬程度定性划分的关系
Rc （MPa）
>60
60～30
30～15
15～5
<5
坚硬程度
坚硬岩
较坚硬岩
较软岩
软岩
极软岩
3.2.2岩体完整程度
1岩石完整程度可按表3.2.2-1定性划分。
表3.2.2-1岩体完整程度的定性划分
名 称
结构面发育程度
主要结构面的结合程度
主要结构面类型
相应结构类型
组数
平均间距（m）
完整
1～2
>1.0
好或一般
节理、裂隙、层面
整体状或巨厚层结构
较完整
1～2
>1.0
差
节理、裂隙、层面
块状或厚层状结构
2～3
1.0～0.4
好或一般
块状结构
较破碎
2～3
1.0～0.4
差
节理、裂隙、层面、小断层
裂隙块状或中厚层结构
>3
0.4～0.2
好
镶嵌碎裂结构
一般
中、薄层状结构
破碎
>3
0.4～0.2
差
各种类型结构面
裂隙块状结构
<0.2
一般或差
碎裂状结构
极破碎
无序
很差
散体状结构
注：
平均间距指主要结构面（1～2组）间距的平均值。
2岩体完整程度的定量指标用岩体完整性系数（Kv）表达。
Kv一般用弹性波探测值，若无探测值时，可用岩体体积节理数（Jv）按表3.2.2-2确定对应的Kv值。
表3.2.2-2Jv与Kv对照表
Jv（条/m3）
<3
3～10
10～20
20～35
＞35
Kv
＞0.75
0.75～0.55
0.55～0.35
0.35～0.15
＜0.15
3Kv与定性划分的岩体完整程度的对应关系，可按表3.2.2-3确定。
表3.2.2-3Kv与定性划分的岩体完整程度的对应关系
Kv
>0.75
0.75～0.55
0.55～0.35
0.35～0.15
<0.15
完整程度
完整
较完整
较破碎
破碎
极破碎
4岩体完整程度的定量指标Kv、Jv的测试和计算方法
岩体完整性指标Kv，应针对不同的工程地质岩组或岩性段，选择有体表性的点、段，测试岩体弹性纵波速度，度应在同一岩体取样测定岩石纵波速度。
按下式计算：
Kv=（Vpm/Vpr）2
式中：
Vpm——岩体弹性纵波速度（km/s）
Vpr——岩石弹性纵波速度（km/s）
岩体体积节理数Jv（条/m3），应针对不同的工程地质岩组或岩性段，选择有代表性的露头或开挖壁面进行节理（结构面）统计。
除成组节理外，对延伸长度大于1m的分散节理亦应予以统计。
已为硅质、铁质、钙质充填再胶结的节理不予统计。
每一测点的统计面积不应小于2m×5m。
岩体值Jv应根据节理统计结果按下式计算
Jv=S1+s2+……+Sn+Sk
式中：
Sn——第n组节理每米长测线上的条数；
Sk——每立方米岩体非成组节理条数（条/m3）。
3.2.3围岩基本质量指标（BQ）
应根据分级因素的定量指标Rc值和Kv值，按式（3.2.3）计算：
BQ=90+3Rc+250Kv（3.2.3）
使用式（3.2.3）时，应遵守下列限制条件：
1当Rc>90Kv+30时，应以Rc=90Kv+30和Kv代入计算BQ值。
2当Kv>0.04Rc+0.4时，应以Kv=0.04Rc+0.4和Rc代入计算BQ值。
围岩详细定级时，如遇下列情况之一，应对岩体基本质量指标（BQ）进行修正：
1有地下水；
2围岩稳定性受软弱结构面影响，且由一组起控制作用；
3存在高初始应力。
围岩基本质量指标修正值[BQ]，可按式（3.2.4）计算：
[BQ]=BQ-100（K1+K2+K3）（3.2.4）
式中：
[BQ]——围岩基本质量指标修正值；
BQ——围岩基本质量指标；
K1——地下水影响修正系数；
K2——主要软弱结构面产状影响修正系数；
K3——初始应力状态影响修正系数。
K1、K2、K3值，可分别按表3.2.3-1、表3.2.3-2、表3.2.3-3确定。
无表中所示情况时，修正系数取零。
表3.2.3-1地下水影响修正系数K1
BQ
地下水出水状态
>450
450～351
350～251
<250
潮湿或点滴状出水
0
0.1
0.2～0.3
0.4～0.6
淋雨状或涌流状出水,水压<0.1Mpa或单位出水量<10L/min•m
0.1
0.2～0.3
0.4～0.6
0.7～0.9
淋雨状或涌流状出水,水压>0.1Mpa或单位出水量>10L/min•m
0.2
0.4～0.6
0.7～0.9
1.0
表3.2.3-2主要软弱结构面产状影响修正系数K2
结构面产状及其与洞轴线的组合关系
结构面走向与洞轴线夹角<30°,结构面倾角30°～75°
结构面走向与洞轴线夹角>60°,结构面倾角>75°
其它组合
K2
0.4～0.6
0～0.2
0.2～0.4
表3.2.3-3初始应力状态影响系数K3
BQ
初始应力状态
>550
550～451
450～351
350～251
<250
极高应力区
1.0
1.0
1.0～1.5
1.0～1.5
1.0
高应力区
0.5
0.5
0.5
0.5～1.0
0.5～1.0
围岩极高及高初始应力状态的评估，可按表3.2.3-4规定进行。
表3.2.3-4高初始应力地区围岩在开挖过程中出现的主要现象
应力情况
主要现象
Rc/σmax
极高应力
1.硬质岩：
开挖过程中时有岩爆发生，有岩块弹出，洞壁岩体发生剥离，新生裂缝多，成洞性差
2.软质岩：
岩芯常有饼化现象，开挖过程中洞壁岩体有剥离，位移极为显著，甚至发生大位移，持续时间长，不易成洞
<4
高应力
1.硬质岩：
开挖过程中可能出现岩爆，洞壁岩体有剥离和掉块现象，新生裂缝较多，成洞性较差
2.软质岩：
岩芯时有饼化现象，开挖过程中洞壁岩体位移显著，持续时间较长，成洞性差
4～7
注:
σmax为垂直洞轴线方向的最大初始应力。
3.2.4各级围岩的物理力学参数
宜通过室内或现场试验获取，无试验数据和初步分级时，可按表2.2选用（同铁路隧道）；岩体结构面抗剪断峰值强度参数，可按表3.2.4选用。
表3.2.4岩体结构面抗剪断峰值强度
序号
两侧岩体的坚硬程度及结构面的结合程度
内摩擦角φ（º）
粘聚力C（MPa）
1
坚硬岩,结合好
>37
>0.22
2
坚硬～较坚硬岩,结核一般;
较软岩,结合好
37～29
0.22～0.12
3
坚硬～较坚硬岩,结核差;
较软岩～软岩,结合一般
29～19
0.12～0.08
4
较坚硬～较软岩,结核差～结合很差;
软岩,结合差;软质岩的泥化面
19～13
0.08～0.05
5
较坚硬岩及全部软质岩,结合很差;
软质岩泥化层本身
<13
<0.05
3.2.5各级围岩的自稳能力
宜根据围岩变形量测和理论计算分析来评定，也可按表3.2.5作出大致的评判。
表3.2.5隧道各级围岩自稳能力判断
围岩级别
自稳能力
Ⅰ
跨度20m,可长期稳定,偶有掉块,无塌方
Ⅱ
跨度10m～20m,可基本稳定,局部可发生掉块或小塌方
跨度10m,可长期稳定,偶有掉块
Ⅲ
跨度10m～20m,可稳定数日～1个月,可发生小～中塌方
跨度5m～20m,可稳定数月,可发生局部块体位移及小～中塌方
跨度5m,可基本稳定
Ⅳ
跨度5m,一般无自稳能力,数日～数月内可发生松动变形位移、小塌方，进而发展为及中～大塌方
埋深小时，以拱部松动破坏为主，埋深大时，有明显塑性流动变形和挤压破坏；
跨度小于5m,可稳定数日～1个月
Ⅴ
无自稳能力，跨度5m或更小时，可稳定数日
Ⅵ
无自稳能力
注：
①小塌方：
塌方高度<3m，或塌方体积<30m3。
②中塌方：
塌方高度3～6m，或塌方体积30～100m3。
③大塌方：
塌方高度>6m，或塌方体积>100m3。
5.2Q系统简要用法介绍
Q分类法主要考察围岩结构、完整性和应力情况及其对应的6个参数，通过公式（5.2-1）计算得到Q值，每一个Q值都反映所在掌子面处的围岩情况，为了更具有代表性，Q值可以是一个范围。
但Q分类法中参数取值也是通过给定性描述赋权值的方法进行，所以在实施中也难免带有人为因素，同时Q系统建议的比较经济的隧道支护方法，由于种种原因在我国还没有得到有效和推广应用。
尽管如此，Q系统的分类方法能给围岩的好坏赋于一个数值，它可以作为我国隧道分类方法的一个有益补充，使围岩分类的结果更贴近实际地质情况。
（5.2-1）
式中：
Q——N.Barton岩质评定系数；
RQD——岩体质量指标；
Jn——岩体组数；
Jr——节理粗糙度；
Ja——节理蚀变系数；
Jw——节理折减系数；
SRF——应力折减系数。
式中，第一个商数（
）表示岩体的完整性；第二个商数（
）表示结构面形态，充填物特征及次生变化程度；第三个商数（
）表示水与应力存在时对岩体质量的影响。
下面简述各个系数所代表的意义和取值方法。
（1）RQD值，岩体质量指标。
RQD是Deree推荐了一种在钻进时统计岩体质量指标（RockQualityDesignation）进行岩体分类的方法。
RQD值的定义是：
采用NX标准钻头钻进，每一回次进尺中，长度大于10cm的完整岩芯段所占的百分比，即：
（5.2-2）
式中：
l——岩芯单节长，≥10cm；
L——钻孔长度。
在统计时沿岩芯中心量测，明显在钻进中产生的裂隙不计。
取值如表5.2-1。
表5.2-1岩石质量指标（RQD，%）
A极差
0～～25
B差
25～50
C一般
50～75
D好
75～90
E极好
90～100
注：
①当RQD<10时，取10；
2RQD最小间隔为5。
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