第二章第二节隧道围岩分级

1、第二节隧道围岩分级 围岩分级：围岩分级：根据岩体的若干指标，按照稳定性将围岩根据岩体的若干指标，按照稳定性将围岩分成不同的级别。分成不同的级别。 工程目的工程目的： （1 1）结构设计依据）结构设计依据 （2 2）施工方法依据）施工方法依据 （3 3）工程造价依据）工程造价依据 影响坑道围岩稳定性因素1、几个基本概念：、几个基本概念：1）岩石（土）与岩（土）体）岩石（土）与岩（土）体岩石：不同矿物，各种地质作用；岩体的基础、岩石：不同矿物，各种地质作用；岩体的基础、构成部分；试件，试验构成部分；试件，试验岩体：整个地质体的一部分，岩块组合体，结构岩体：整个地质体的一部分，岩块组合体，结构面，充

2、填物，初始应力状态，平衡面，充填物，初始应力状态，平衡岩石的物性并不能代表岩体的物性，结构面对岩岩石的物性并不能代表岩体的物性，结构面对岩体的力学性质及受力状态有较大的影响体的力学性质及受力状态有较大的影响影响坑道围岩稳定性因素岩体的结构类型与特征：整体结构、砌体结构、岩体的结构类型与特征：整体结构、砌体结构、镶嵌结构、压碎结构、松散结构、松软结构。镶嵌结构、压碎结构、松散结构、松软结构。2）岩体（原岩）与围岩）岩体（原岩）与围岩原岩（岩体）处在原始状态下，未受到人为的工原岩（岩体）处在原始状态下，未受到人为的工程外力的破坏或干扰。程外力的破坏或干扰。围岩：受到影响范围内的那部分岩土体。围岩范

3、围岩：受到影响范围内的那部分岩土体。围岩范围的确定围的确定影响坑道围岩稳定性因素3）结构面：在各种不同的地质作用中生成和发展）结构面：在各种不同的地质作用中生成和发展的；沉积结构面、火成结构面、变质结构面、构的；沉积结构面、火成结构面、变质结构面、构造结构面以及次生结构面造结构面以及次生结构面结构面对岩体的力学性质和岩体中的受力状态有结构面对岩体的力学性质和岩体中的受力状态有较大的影响较大的影响研究的内容：结构面本身的特征、组合形态、充研究的内容：结构面本身的特征、组合形态、充填情况、延展性、密集程度等填情况、延展性、密集程度等影响坑道围岩稳定性因素因素因素内在因素内在因素（地质）（地质）人为

4、因素人为因素（施工）（施工）影响坑道围岩稳定性因素2、地质因素、地质因素1）围岩的完整状态（破碎程度）围岩的完整状态（破碎程度）组成岩体的岩块的大小，岩块的组合状态；组成岩体的岩块的大小，岩块的组合状态；裂隙率、裂隙间距裂隙率、裂隙间距裂隙的密集程度裂隙的密集程度岩体的破岩体的破碎程度碎程度裂隙：广义，层理、断裂、节理以及夹层等裂隙：广义，层理、断裂、节理以及夹层等依据裂隙间距的岩体的分类依据裂隙间距的岩体的分类影响坑道围岩稳定性因素2）结构面的性质）结构面的性质软弱结构面：完全割断联系无夹层或充填粘土夹软弱结构面：完全割断联系无夹层或充填粘土夹层、未断联系但充填物软弱松散、抗剪强度很低层、未

5、断联系但充填物软弱松散、抗剪强度很低软弱结构面往往会成为岩体破坏的控制因素。软弱结构面往往会成为岩体破坏的控制因素。3）结构面的组合状态）结构面的组合状态单一、组合（产生分离岩块），闭合、张开，连单一、组合（产生分离岩块），闭合、张开，连续、不连续，组数及密度，续、不连续，组数及密度，影响坑道围岩稳定性因素4）初始应力状态）初始应力状态自重应力、构造应力自重应力、构造应力5）岩石本身的强度）岩石本身的强度在完整岩体中围岩稳定状态往往取决于岩石强度。在完整岩体中围岩稳定状态往往取决于岩石强度。但是当岩石结构面为围岩稳定的主要因素时，岩但是当岩石结构面为围岩稳定的主要因素时，岩石本身的强度对围岩稳

6、定的影响并不大。石本身的强度对围岩稳定的影响并不大。影响坑道围岩稳定性因素6）地下水的影响）地下水的影响岩质软化，强度降低，涌水岩质软化，强度降低，涌水3、人为因素、人为因素1）隧道尺寸：跨度大小、断面积）隧道尺寸：跨度大小、断面积2）断面形状：）断面形状：3）支护的结构类型及支护时间）支护的结构类型及支护时间4）施工方法）施工方法一、围岩分级3 3个基本因素：个基本因素： 岩性：抗压强度、弹性模量、弹性波速岩性：抗压强度、弹性模量、弹性波速等。等。 地质构造：岩体完整性或结构状态。地质构造：岩体完整性或结构状态。 地下水：地下水发育时，围岩级别应降地下水：地下水发育时，围岩级别应降低。低。

7、1 1个附加因素：个附加因素： 初始地应力：适当考虑。初始地应力：适当考虑。（一）以岩石强度或岩石的物性指标为代表的分级法（一）以岩石强度或岩石的物性指标为代表的分级法 1. 1.以岩石强度为基础的分级法以岩石强度为基础的分级法 代表：土石分类法坚石、次坚石、松石、土。代表：土石分类法坚石、次坚石、松石、土。 2. 2.以岩石物性指标为基础的分级法以岩石物性指标为基础的分级法 代表：岩石坚固性系数代表：岩石坚固性系数(f(f值值) )分级法普氏法分级法普氏法 f f值：一个综合的物性指标值，如岩石的抗钻性、抗值：一个综合的物性指标值，如岩石的抗钻性、抗爆性、强度等。爆性、强度等。 但核心还是岩

8、石强度。但核心还是岩石强度。 ( (二二) ) 以岩体构造、岩性特征为代表的分级方法以岩体构造、岩性特征为代表的分级方法 代表：代表： 泰沙基法考虑围岩的完整状态和岩性，泰沙基法考虑围岩的完整状态和岩性，共共9 9级。级。 我国交通隧道围岩分级法借鉴了泰沙基我国交通隧道围岩分级法借鉴了泰沙基法，考虑岩体综合物性，共法，考虑岩体综合物性，共6 6级。级。 （三）与地质勘探手段相联系的分级方法（三）与地质勘探手段相联系的分级方法 代表：代表： 弹性波速分级法波速是反映岩性与岩体结构的一项综合弹性波速分级法波速是反映岩性与岩体结构的一项综合指标，波速越高，围岩越好。指标，波速越高，围岩越好。波速波速

9、 KvKv0.750.750.750.750.550.550.550.550.350.350.350.350.150.150.15 0.90.75 R 0.90.5 R 0.750.25 R 0.5R 30 30 硬岩硬岩 5 R5 Rb b30 30 软岩软岩 R Rb b 5 5 极软岩极软岩围岩完整程度围岩完整程度 指标指标1 1：结构面发育程度：结构面发育程度 指标指标2 2：地质构造影响程度：地质构造影响程度 由此两指标，将岩体完整程度分为由此两指标，将岩体完整程度分为5 5个级别，见下表：个级别，见下表： 第第4 4岩体完整程度的划分岩体完整程度的划分完整程度完整程度结构面发育程度

10、结构面发育程度地质构造影响程度地质构造影响程度完整完整不发育不发育轻微轻微较完整较完整较发育、不发育较发育、不发育较重、轻微较重、轻微较破碎较破碎发育、较发育发育、较发育严重严重破碎破碎极发育、发育极发育、发育极严重、严重极严重、严重极破碎极破碎极发育极发育极严重极严重 围岩受地质构造影响程度等级划分围岩受地质构造影响程度等级划分 围岩节理（裂隙）发育程度划分围岩节理（裂隙）发育程度划分 等级等级地质构造作用特征地质构造作用特征轻微轻微围岩地质构造变动小，无断裂（层）；层状岩体一般呈单斜构造；节理不发育较重较重围岩地质构造变动较大；位于断裂（层）或褶曲轴的邻近地段；可有小断层，节理较发育严重严

11、重围岩地质构造变动较强烈，位于褶曲轴部或断裂影响带内；软岩多见扭曲及拖拉现象；节理发育很严重很严重位于断裂（层）破碎带内；节理很发育；岩体呈碎石、角砾状，有的呈粉末泥土状等级等级地质构造作用特征地质构造作用特征节理不发育节理不发育节理（裂隙）1-2组，规则，为原生型或构造型，多数的间距在1.0m以上，为密闭型。岩体被切割成块状节理较发育节理较发育节理（裂隙）2-3组，呈x型，较规则，以构造型为主，多数的间距大于0.4m，多为密闭。部分微张开，少有填充物。岩体被切割成大块状节理发育节理发育节理（裂隙）3组以上，不规则，呈x型或米字型，以构造型或风化型为主，多数间距小于0.4m，大部分微张开，部分

12、张开，大部分为粘性土填充。岩体被切割成块、碎石状节理很发育节理很发育节理（裂隙）3组以上，杂乱，以构造型或风化型为主，多数间距小于0.2m，微张开或张开，部分为粘土充填。岩体被切割成碎石状(4) (4) 铁路隧道围岩分级表铁路隧道围岩分级表 基本分级基本分级+ +围岩弹性纵波速度围岩弹性纵波速度= =铁路隧道围岩分级表铁路隧道围岩分级表 特点特点 给出了单线隧道围岩开挖后的稳定状态。给出了单线隧道围岩开挖后的稳定状态。 尚未考虑地下水和地应力。尚未考虑地下水和地应力。 修正分级修正分级 地下水地下水地下水的地下水的3 3种处理方法：种处理方法：分级时按无水考虑，而是根据地下水的状态，适分级时按

13、无水考虑，而是根据地下水的状态，适当降低围岩等级当降低围岩等级(1(12 2级级) )；分级时按有水考虑，当确认围岩无水则提高围岩分级时按有水考虑，当确认围岩无水则提高围岩等级；等级；直接将地下水状况直接将地下水状况( (水质、水量、流通条件、静水质、水量、流通条件、静水压力等水压力等) )作为一个分级指标。作为一个分级指标。铁路隧道分级按第铁路隧道分级按第1 1种方法处理：种方法处理： 地下水影响的修正地下水影响的修正 地下水状态的分级表地下水状态的分级表级别级别状态状态渗水量渗水量L/(minL/(min10m)10m)干燥或湿润干燥或湿润1010偶有渗水偶有渗水10251025经常渗水经

14、常渗水2512525125 围岩基本分类围岩基本分类地下水状态分级地下水状态分级初始地应力初始地应力初始地初始地应力状应力状态态主主 要要 现现 象象评估基准评估基准 （R Rc c/maxmax）极高应极高应力力1.1.硬质岩：开挖过程中时有岩爆发生，有岩块弹硬质岩：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，成洞性差出，洞壁岩体发生剥离，新生裂缝多，成洞性差442.2.软质岩：岩芯常有饼化现象，开挖过程中洞壁软质岩：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，岩体有剥离，位移极为显著，甚至发生大位移，持续时间长，不易成洞持续时间长，不易成

15、洞高应力高应力1 .1 .硬质岩硬质岩: : 开挖过程中可能出现岩爆，洞壁岩体开挖过程中可能出现岩爆，洞壁岩体有剥离和掉块现象，新生裂纹较多，成洞性较差有剥离和掉块现象，新生裂纹较多，成洞性较差4-74-72.2.软质岩：岩芯时有饼化现象，开挖过程中洞壁软质岩：岩芯时有饼化现象，开挖过程中洞壁岩体位移极显著，持续时间长，成洞性差岩体位移极显著，持续时间长，成洞性差u初始地应力影响的修正初始地应力影响的修正围岩基本分级围岩基本分级 修正级别修正级别初始地应力状态初始地应力状态极高应力极高应力或或高应力高应力或或2.2.公路隧道公路隧道初步分级相当于铁路的基本分级初步分级相当于铁路的基本分级 依据：围岩主要定性特征依据：围岩主要定性特征 该特征由两个基本因素组成：该特征由两个基本因素组成： 岩石坚硬程度岩石坚硬程度R Rc c( (即强度即强度) ) 岩体完整性岩体完整性K Kv v( (即弹性波速即弹性波速) ) 推出推出围岩基本质量指标围岩基本质量指标 BQ=90+3RBQ=90+3Rc c+250K+250Kv v详细分级相当于铁路的修正分级详细分级相当于铁路的修正分级 修正修正BQBQ值：当有以下值：当有以下3 3方面影响时，应予修正：方面影响时，应予修正： 地下水地下水K K1