高铁隧道(围岩分级、压力)

1、 第二章第二章 围岩分级及围岩压力围岩分级及围岩压力围岩分级围岩分级围岩压力围岩压力围岩分级围岩分级1一、概述一、概述 围岩围岩是指隧道开挖后其周围产生应力重分布范是指隧道开挖后其周围产生应力重分布范围内的岩（土）体，或指隧道开挖后对其稳定性围内的岩（土）体，或指隧道开挖后对其稳定性产生影响的那部分岩（土）体。产生影响的那部分岩（土）体。 在不同的岩体中开挖隧道后岩体所表现出的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，可归纳为性态是不同的，可归纳为充分稳定、基本稳定、充分稳定、基本稳定、暂时稳定和不稳定暂时稳定和不稳定四种。四种。 围岩分级，围岩分级，就是针对不同的工程要求，如爆就是

2、针对不同的工程要求，如爆破、开挖、支护、编制定额等，而把与之相适应破、开挖、支护、编制定额等，而把与之相适应的地质条件进行分类，以满足地下工程设计、施的地质条件进行分类，以满足地下工程设计、施工的需要。隧道围岩分级是正确地进行隧道设计工的需要。隧道围岩分级是正确地进行隧道设计与施工的基础。与施工的基础。 围岩分级的目的围岩分级的目的：作为选择施工方法的依据；作为选择施工方法的依据；进行科学管理及正确评价经济效益；进行科学管理及正确评价经济效益；确定结构上的荷载确定结构上的荷载( (松散荷载松散荷载) )；给出衬砌结构的类型及其尺寸；给出衬砌结构的类型及其尺寸；制定劳动定额、材料消耗标准的基础等

3、等。制定劳动定额、材料消耗标准的基础等等。围岩分级围岩分级1二、围岩分级方法二、围岩分级方法围岩分级需要满足围岩分级需要满足科学性科学性和和实用性实用性要求，围岩分要求，围岩分类方法必须来源于实践，然后再返回到工程实践中去类方法必须来源于实践，然后再返回到工程实践中去检验，并得到不断的完善。同时，任何一种围岩分类检验，并得到不断的完善。同时，任何一种围岩分类方法都是为一定目的服务的，它必然存在一定的局限方法都是为一定目的服务的，它必然存在一定的局限性。因为这些方法都是针对某种类型岩石工程或专门性。因为这些方法都是针对某种类型岩石工程或专门需要而制定的。需要而制定的。围岩分级围岩分级1 3 3个

4、基本因素：个基本因素： 岩性：岩性：抗压强度、弹性模量、弹性波速等。抗压强度、弹性模量、弹性波速等。 地质构造：地质构造：岩体完整性或结构状态。岩体完整性或结构状态。 地下水：地下水：地下水发育时，围岩级别应降低。地下水发育时，围岩级别应降低。 1 1个附加因素：个附加因素： 初始地应力：初始地应力：适当考虑。适当考虑。围岩分级围岩分级1（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：代表：土石分类法坚石、次坚石、松石、土。土石分类法坚石、次坚石、松石、土。 2.2.以岩石物性指标

5、为基础的分级法以岩石物性指标为基础的分级法 代表：代表：岩石坚固性系数岩石坚固性系数(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。 但核心还是岩石强度。但核心还是岩石强度。 围岩分级围岩分级1( (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，泰沙基法，19751975年我国铁路工程技术规范中所采年我国铁路工程技术规范中所采用的铁路隧道围岩分级法，属于这一类。用的铁路隧道围岩分级法，属于这一类。 优点优点是正确地

6、考虑了地质构造特征、风化状况、是正确地考虑了地质构造特征、风化状况、地下水情况等多种因素对隧道围岩稳定性的影响，并建地下水情况等多种因素对隧道围岩稳定性的影响，并建议了各类围岩应采用的支护类型和施工方法。议了各类围岩应采用的支护类型和施工方法。 缺点缺点是分级指标还缺乏定量描述，没有提供可靠是分级指标还缺乏定量描述，没有提供可靠的预测隧道围岩级别的方法，在一定程度上要等到隧道的预测隧道围岩级别的方法，在一定程度上要等到隧道开挖后才能确定。开挖后才能确定。 围岩分级围岩分级1（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： 弹性波速分级法弹性波速分级法波速是

7、反映岩性与岩体结构的一项综合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 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 0.25优优良良好好差差很差很差表中表中R R为为RQDRQD指标。指标。 %10010钻孔总长度以上的岩心累计长度cmRQD围岩分级围岩分级1 优点优点是分级指标大体上是半定量的，同是分级指标大体上是半定量的，同时考虑了多种因素的影响；时考虑了多种因素的影响；缺点缺点是分级

8、的是分级的判断还带有一定的主观性，如弹性波速度判断还带有一定的主观性，如弹性波速度低，可能是有岩体完整，但岩质松软；地低，可能是有岩体完整，但岩质松软；地质坚硬，但比较破碎；地形上局部高低相质坚硬，但比较破碎；地形上局部高低相差悬殊等几种原因引起的，就弹性波速度差悬殊等几种原因引起的，就弹性波速度这一个指标，就很难客观地下出正确的结这一个指标，就很难客观地下出正确的结论。论。 围岩分级围岩分级1( (四四) )组合多种因素的分级方法组合多种因素的分级方法 代表：代表： 岩体质量分级法岩体质量分级法 巴顿等人提出的巴顿等人提出的“岩体质量岩体质量Q Q”分级法。表达如下：分级法。表达如下：SRF

9、JJJJRQDQwarh组合了组合了6 6个参数：个参数： 岩石质量指标、节理组数目、节理粗糙度、岩石质量指标、节理组数目、节理粗糙度、 节理蚀变值、节理含水折减系数、应力折减系数。节理蚀变值、节理含水折减系数、应力折减系数。围岩分级围岩分级1围岩分级有以下几方面发展趋势：围岩分级有以下几方面发展趋势：分级要以岩体为对象分级要以岩体为对象 分级要与地质勘探手段有机地联系起来，这分级要与地质勘探手段有机地联系起来，这样才有一个方便而又较可靠的判断手段样才有一个方便而又较可靠的判断手段分级要有明确的工程对象和工程目的分级要有明确的工程对象和工程目的分级逐渐定量化分级逐渐定量化围岩分级围岩分级1三、

10、铁路隧道围岩分级三、铁路隧道围岩分级1 1、沿革、沿革 岩体综合分类岩体综合分类6060年代，成昆线，五类。年代，成昆线，五类。 隧道围岩分类隧道围岩分类7474年版，首部铁路隧道规范，六类。年版，首部铁路隧道规范，六类。 隧道围岩分类隧道围岩分类8686年版，加入围岩弹性波速指标。年版，加入围岩弹性波速指标。 隧道围岩分级隧道围岩分级9999年版，采用国标分级排序，改称年版，采用国标分级排序，改称“围岩围岩分级分级”，六级。，六级。 隧道围岩分级隧道围岩分级20012001年版，不变。年版，不变。 隧道围岩分级隧道围岩分级20052005年版，不变。年版，不变。围岩分级围岩分级12 2、分级

11、的理论基础、分级的理论基础 以围岩的稳定性判断为基础以围岩的稳定性判断为基础。 属于属于“以岩体构造和岩性特征为代表以岩体构造和岩性特征为代表”的分级方法。的分级方法。 主要考虑主要考虑4 4种因素：种因素： 岩石坚硬程度岩石坚硬程度 围岩完整状态围岩完整状态 地下水地下水 围岩初始地应力围岩初始地应力 基本分级基本分级修正基本分级修正基本分级 基本分级基本分级 修正基本分级修正基本分级 最终分级最终分级围岩分级围岩分级13 3、基本分级、基本分级 围岩分级围岩分级1 围岩分级围岩分级1岩石类别岩石类别单轴饱和抗压单轴饱和抗压极限强度极限强度R Rc c(MPa)(MPa)代代 表表 性性 岩

12、岩 石石硬质岩硬质岩极硬岩极硬岩R Rc c6060未风化或微风化的花岗岩、片麻岩、闪长岩、石英未风化或微风化的花岗岩、片麻岩、闪长岩、石英岩、硅质灰岩、钙质胶结的砂岩或砾岩等岩、硅质灰岩、钙质胶结的砂岩或砾岩等硬硬 岩岩3030R Rc c6060弱风化的极硬岩；未风化或微风化的熔结凝灰岩、弱风化的极硬岩；未风化或微风化的熔结凝灰岩、大理岩、板岩、白云岩、灰岩、钙质胶结的砂岩、大理岩、板岩、白云岩、灰岩、钙质胶结的砂岩、结晶颗粒较粗的岩浆岩等结晶颗粒较粗的岩浆岩等软质岩软质岩较软岩较软岩1515R Rc c3030强风化的极硬岩；弱风化的硬岩；未风化或微风化强风化的极硬岩；弱风化的硬岩；未风

13、化或微风化的云母片岩、千枚岩、砂质泥岩、钙泥质胶结的粉的云母片岩、千枚岩、砂质泥岩、钙泥质胶结的粉砂岩和砾岩、泥灰岩、泥岩、凝灰岩等砂岩和砾岩、泥灰岩、泥岩、凝灰岩等软软 岩岩5 5R Rc c1515强风化的极硬岩；弱风化至强风化的硬岩；弱风化强风化的极硬岩；弱风化至强风化的硬岩；弱风化的较软岩和未风化或微风化的泥质岩类；泥岩、的较软岩和未风化或微风化的泥质岩类；泥岩、煤、泥质胶结的砂岩和砾岩等煤、泥质胶结的砂岩和砾岩等极软岩极软岩R Rc c 5 5全风化的各类岩石和成岩作用差的岩石全风化的各类岩石和成岩作用差的岩石围岩分级围岩分级1 围岩分级围岩分级1等级等级地质构造作用特征地质构造作用

14、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，有的呈粉末泥土状围岩分级围岩分级1等级等级地质构造作用特征地质构造作用特征节理不节理不发育发育节理（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节理较发育发育节理（裂隙）2-3组，呈x型，较规则，以构造型为主，多数的间距

15、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节理发育育 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，部分张开，大部分为粘性土填充。岩体被切割成块、碎石状节理很节理很发育发育 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围岩分级围岩分级1围岩级别围岩级别岩岩 体体 特特 征征土土 体体 特特 征征围岩弹性纵波速围岩弹性纵波速度度(km/s)极硬岩，岩体完整极硬岩，岩体完整-4.5极硬岩，岩体较完整；极硬岩，岩体较完整；硬岩，岩体完整硬

16、岩，岩体完整-3.54.5极硬岩，岩体较破碎；极硬岩，岩体较破碎；硬岩或软硬岩互层，岩体较完整；硬岩或软硬岩互层，岩体较完整；较软岩，岩体完整较软岩，岩体完整-2.54.0极硬岩，岩体破碎；极硬岩，岩体破碎；硬岩，岩体较破碎或破碎；硬岩，岩体较破碎或破碎；较软岩或软硬岩互层，且以软岩为主较软岩或软硬岩互层，且以软岩为主，岩体较完整或较破碎；，岩体较完整或较破碎；软岩，岩体完整或较完整软岩，岩体完整或较完整具压密或成岩作用的粘性土、粉土具压密或成岩作用的粘性土、粉土及砂类土，一般钙质、铁质胶及砂类土，一般钙质、铁质胶结的粗角砾土、粗圆砾土、碎结的粗角砾土、粗圆砾土、碎石土、卵石土、大块石土，黄石

17、土、卵石土、大块石土，黄土（土（Q1、Q2）1.53.0软岩，岩体破碎至极破碎；软岩，岩体破碎至极破碎；全部极软岩及全部极破碎岩（包括受全部极软岩及全部极破碎岩（包括受构造影响严重的破碎带）构造影响严重的破碎带）一般第四系坚硬、硬塑黏性土，稍一般第四系坚硬、硬塑黏性土，稍密及以上、稍湿、潮湿的碎密及以上、稍湿、潮湿的碎（卵）石土、粗圆砾土、细圆（卵）石土、粗圆砾土、细圆砾土、粗角砾土、细角砾土、砾土、粗角砾土、细角砾土、粉土及黄土（粉土及黄土（Q3、Q4）1.02.0受构造影响很严重呈碎石、角砾及粉受构造影响很严重呈碎石、角砾及粉末、泥土状的断层带末、泥土状的断层带软塑状黏性土、饱和的粉土、砂

18、类软塑状黏性土、饱和的粉土、砂类土等土等1.0（饱和状态（饱和状态的土的土1.5）围岩分级围岩分级16 6、修修正正分分级级 地地下下水水 地地下下水水的的3 3种种处处理理方方法：法： 分分级级时时按按无无水水考考虑，虑，而而是是根根据据地地下下水水的的状状态，态，适适当当降降低低 围围岩岩等等级级( (1 12 2级级) )； 分分级级时时按按有有水水考考虑，虑，当当确确认认围围岩岩无无水水则则提提高高围围岩岩等等级；级； 直直接接将将地地下下水水状状况况( (水水质、质、水水量、量、流流通通条条件、件、静静水水压压力力等等) ) 作作为为一一个个分分级级指指标。标。围岩分级围岩分级1 地

19、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 围岩分级围岩分级1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，

20、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，成洞性差围岩分级围岩分级1初始地应初始地应力状态力状态围岩级别围岩

21、级别极高应力极高应力或*高应力高应力或*注：*围岩岩体为较破碎的极硬岩、较完整的硬岩时，定为级；围岩岩体为完整的较软岩、较完整的软硬互层时，定为级。 *围岩岩体为破碎的极硬岩、较破碎及破碎的硬岩时，定为级；围岩岩体为完整及较完整软岩、较完整及较破碎的较软岩时，定为级。围岩分级围岩分级1围岩分级围岩分级1 另外，若隧道洞身埋藏较浅，应根据围岩受地表的影响情况进行围岩级别修正。当围岩为风化层时应按风化层的围岩基本分级考虑；当围岩仅受地表影响时，应较相应的围岩降低12级。 围岩分级围岩分级1两点说明： 设计阶段设计阶段：采用修正后的围岩分级。：采用修正后的围岩分级。 施工阶段施工阶段：根据实际情况，

22、进一步判定围：根据实际情况，进一步判定围岩分级，依据仍然是：岩分级，依据仍然是： 岩石坚硬程度岩石坚硬程度 围岩完整状态围岩完整状态 地下水地下水 初始地应力初始地应力 围岩压力围岩压力2一一、围岩压力及其分类、围岩压力及其分类 围岩压力：围岩压力：是指引起地下开挖空间周围岩体和支护变形或破坏的作用力。它包括由地应力引起的围岩应力以及围岩变形受阻而作用在支护结构上的作用力。从狭义上来理解，围岩压力是指围岩作用在支护结构上的压力。在工程中一般研究狭义的围岩压力。原岩原岩 毛洞毛洞稳定洞室稳定洞室开挖开挖支护支护围岩压力围岩压力2 围岩压力分类：围岩压力分类： 围岩压力按作用力发生的形态，一般可分

23、为如下几种类型： 围岩压力围岩压力2围岩压力围岩压力2 (1)隧道开挖后，在围岩应力重分布过程中，顶板开始沉陷，并出现拉断裂纹，可视为变形阶段；围岩压力围岩压力2 (2)顶板的裂纹继续发展并且张开，由于结构面切割等原因，逐渐转变为松动，可视为松动阶段；(3)顶板岩体视其强度的不同而逐步塌落，可视为塌落阶段；围岩压力围岩压力2(4)顶板塌落停止，达到新的平衡，此时其界面形成一近似的拱形，可视为成拱阶段。围岩压力围岩压力2。 围岩压力围岩压力2 0 41 1 79qsqqhh.围岩压力围岩压力2 0 45 2qs iqqhh.围岩压力围岩压力215+i BH/B1.7(H为坑道的高度)；深埋隧道；

24、不产生显著的偏压力及膨胀压力的一般围岩；采用钻爆法施工的隧道围岩压力围岩压力2产生竖向压力的同时，隧道也会有侧向压力出现，即围岩水平分布松动压力e，可用表中的经验公式计算，其适用条件同前式。 围岩压力围岩压力2围岩压力围岩压力2 qphH5 . 22 pHqh围岩压力围岩压力2围岩压力围岩压力2 围岩压力围岩压力2 围岩压力围岩压力2 围岩压力围岩压力2112QWT sin围岩压力围岩压力2围岩压力围岩压力2 tgHDFBFW121212202090sinsinWT围岩压力围岩压力2 cos11210002tgtgtgtgtgtgtgtgHTtgtgtgtgtgtgtgtg0001 cos212HT 围岩压力围岩压力2