隧道围岩分级影响因素及指标讲义

隧道围岩分级三、分级(类)的因素指标及其选择一、概述二、影响围岩稳定性的主要因素四、国内主要地下工程围岩分级(类)标准五、国外主要围岩分类系统简介一、概述围岩的概念围岩是指隧道开挖后其周围产生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。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。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准确客观，有定量指标，尽量减少因人而异的随机性；②便于操作使用，适于一般勘测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看：土石方工程分类法(开挖难易程度)岩石的坚固性来分类:如坚固性系数fRQD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方面：大多数从定性描述经验判断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。一般来说，岩石强度越高，洞室越稳定。(2)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。从下述的5个方面来研究结构面对地下工程围岩稳定性影响的大小：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情况；④结构面的规模与方向性；⑤结构面的密度与组数。(3)结构面性质和空间的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软弱结构面的性质及它们在空间的组合状态。(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稳定性的影响较为明显，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，以及如抗钻性、抗爆性等工程指标。2.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。洞室围岩自稳的时间ts

式中，L——坑道未支护地段的长度；

α——视围岩情况在0~1之间变化，好的岩体可取α

＝0，极差的α＝1.0；

C——视围岩条件而定的系数。3.复合指标(1)巴顿(N.Barton)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，表示为式中，RQD为岩石质量指标；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。(2)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S。式中，Rc——岩石单轴饱和极限抗压强度；

Kv——岩体完整性系数，岩体愈完整，取值愈大，变化范围为1.0~0.08，由实测确定；

Kw——地下水影响减折系数，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。式中，σm——最大的垂直地应力。(3三)《水工三隧洞三设计三规范)(三SL三27三9-三20三02三)围岩三工程三地质三分类三和国三标《锚杆三喷射三混凝三土支三护技三术规三范》(三GB三50三08三6－20三01三)所采三用的围岩/岩体三强度三应力三比S，S综合三考虑三了岩三石强三度、三岩体三完整三性和三地应三力的三因素三。式中三，Rc——岩石三饱和三单轴三抗压三强度三；Kv——岩体三完整三性系三数；σm——围岩三的最三大主三应力三；σ1——垂直三洞轴三线的三较大三主应三力。(4三)国标《工程三岩体三分级三标准》(三GB三5三02三18－94三)也采三用了三两个三复合三指标——岩体三基本三质量三指标BQ和修三正的三岩体三基本三质量三指标[B三Q]．根据三以上三对分三级(类)指标三的分三析，三可以三得到三如下三的结三论：①应三选择三对围三岩稳三定性(主要三表现三在变三形破三坏特三性上)有重三大影三响的三主要三因素三；②选三择测三试设三备比三较简三单、三人为三性小三、科三学性三较强三的定三量指三标；③主三要分三级(类)指标三要有三一定三的综三合性三，最三好采三用复三合指三标，三以便三全面三、充三分地三反映三围岩三的工三程性三质，三并应三有足三够的三实测三资料三为基三础。目前三铁路三隧道三围岩三分级三采用三两种三方法三，即以围三岩稳三定为三基础三的分三级方三法和按弹三性波(纵波)速度三的分三级方三法。四、三国内三主要三地下三工程三围岩三分级(类)标准(一)《铁路三隧道三设计三规范》的围三岩分三级1.围岩三分级三的基三本因三素(1三)岩石三坚硬三程度根据三单轴三饱和三极限三抗压三强度Rc分为5级，三即极三硬岩三、硬三质岩三、较三软岩三、软三岩、三极软三岩。岩石三坚硬三程度三的划三分(2三)岩体三的完三整程三度主要三是指三围岩三被各三种结三构面三切割三成单三元体三的特三征及三其被三切割三后的三块度三大小三。它三是评三价围三岩稳三定程三度最三直接三、最三重要三的指三标。为了三衡量三围岩三的完三整程三度要三考虑三的因三素：按照三软弱三面的三产状三、贯三通性三以及三充填三物的三情况三，可三将围三岩分三为：三完整三、较三完整三、较三破碎三、破三碎、三极破三碎。按照三围岩三受地三质构三造影三响的三程度三，可三将围三岩分三为：三构造三变动三轻微三、较三重、三严重三、很三严重三。按照三节理(裂隙)发育三程度三的不三同又三分为三：节三理不三发育三、节三理较三发育三、节三理发三育及三节理三很发三育。按照三岩体三风化三程度三的不三同将三围岩三分为三：风三化轻三微、三较重三、严三重、三极严三重四三级。岩体三完整三程度三划分2.围岩三基本三分级三及其三修正(1三)基本三分级《铁路三隧道三设计三规范》将单三、双三线铁三路隧三道的三围岩三划分三为六三级。(2三)隧道三级别三的修三正地下三水影三响的三修正根据三单位三时间三的渗三水量三可将三地下三水状三态分三为3级。铁路三隧道三围岩三分级地下三水状三态的三分级根据三地下三水状三态对三围岩三级别三进行三修正三。地下三水影三响的三修正围岩三初始三地应三力状三态修三正初始三地应三力状三态评三估初始三地应三力影三响的三修正风化三作用三的影三响隧道三洞深三埋深三较浅三，应三根据三围岩三受地三表的三影响三情况三进行三围岩三级别三修正三。当三围岩三为风三化层三时应三按风三化层三的围三岩基三本分三级考三虑。三围岩三仅受三地表三影响三时，三应较三相应三围岩三降低1~三2级。采取三两步三走的三方法三：先三确定三岩体三基本三质量三；再三结合三具体三工程三的特三点确三定岩三体级三别。(二)国标《工程三岩体三分级三标准》(三GB三5三02三18三-9三4)1.分级三因素三及其三确定三方法本分三级标三准认三为岩三体基三本质三量应三由岩三石坚三硬程三度和三岩体三完整三程度三两个三因素三确定三。岩体三完整三程度三可分三为：三完整三、较三完整三、较三破碎三、破三碎、三极破三碎。三岩体三完整三程度三划分三的定三量指三标采三用岩三体完三整性三指数Kv。Kv与定三性划三分的三岩体三完整三程度三的对三应关三系2.岩体三基本三质量三分级岩体三基本三质量三分级三可根三据上三述的三分级三因素三结合三岩体三基本三质量三指标BQ进行三。岩体三基本三质量三指标BQ应根三据Rc的兆三帕数三值和Kv值计三算而三得。BQ=9三0+三3Rc+2三50Kv当Rc＞90Kv+3三0时，三应以Rc=9三0Kv+3三0和Kv代入三式计三算BQ值；当Kv＞0.三04Rc+0三.4时，三应以Kv=0三.0三4Rc+0三.4和Rc代入三式计三算BQ值。岩体三基本三质量三分级3.工程三岩体三级别三的确三定修正三的岩三体基三本质三量指三标[BQ][BQ]=BQ－10三0(K1十K2十K3)式中三，[BQ]—三—岩体三基本三质量三指标三修正三值；BQ——岩体三基本三质量三指标三；K1——地下三水影三响修三正系三数；K2——软弱三结构三面产三状影三响修三正系三数；K3——初始三应力三状态三影响三修正三系数三。地下三水影三响修三正系三数K1主要三软弱三结构三面产三状影三响系三数K2初始三应力三状态三影响三修正三系数K34.地下三工程三岩体三自稳三能力根据[BQ]值可三重新三确定三工程三岩体三的质三量级三别。地下三工程三岩体三自稳三能力20三03年发三布的《地铁三设计三规范》(三GB三50三15三7-三20三03三)规定三：暗三挖结三构的三围岩三分级三按现三行《铁路三隧道三设计三规范》确定三。(三)《地铁三设计三规范》的围三岩分三级(四)《公路三隧道三设计三规范》的围三岩分三级《公路三隧道三设计三规范)(三JT三GD三70－20三04三)围岩三分级三的思三路、三方法三和采三用的三分级三指标三与国三标《工程三岩体三分级三标准》(三GB三50三21三8－94三)完全三相同三，即三采用三了两三步分三级法三，只三是分三级的三对象三范围三更广三，包三括了三土体三。公路三隧道三围岩三分级根据三单一三岩性三指标——单轴三饱和三抗压三强度三和复三合指三标——岩体三质量三指标Rm及应三力比S，将三围岩三分为3种5大类三。(五)总参三工程三兵《坑道三工程》围岩三分类总参三工程三兵坑三道工三程围三岩分三类规范三规定三：水三工隧三洞的三围岩三分类三，岩三洞按《水利三水电三工程三地质三勘察三规范》(三GB三50三28三7-三99三)的规三定执三行，三土洞三按《土工三试验三规程》(三SL三2三37三-1三99三9)的规三定执三行。(六)《水工三隧洞三设计三规范》的围三岩分三级《水利三水电三工程三地质三勘察三规范》的围三岩工三程地三质分三类以三控制三围岩三稳定三的岩三石强三度、三岩体三完整三程度三、结三构面三状态三、地三下水三和主三要结三构面三产状5项因三素之三和的三总评三分为三基本三判据三，围三岩强三度应三力比S为限三定判三据。水工三隧洞三围岩三工程三地质三分类围岩三总评三分T是5项因三素的三评分三之和三。岩三石强三度、三岩体三完整三程度三、结三构面三状态三、地三下水三状态三、主三要结三构面三产状三这5项因三素的三评分三都有三一定三的评三分标三准。规范三规定三：围三岩级三别的三划分三，应三根据三岩石三坚硬三性、三岩体三完整三性、三结构三面特三征、三地下三水和三地应三力状三况等三因素三综合三确定三。(七)《锚杆三喷射三混凝三土支三护技三术规三范》的围三岩分三级五、三国外三主要三围岩三分类三系统三简介(