掘进机开挖隧道的岩石分类与鉴定

掘进机开挖隧道的岩石分类与鉴定用掘进机开挖隧道时，不能完全抛弃用常规方法开挖隧道所需的地质资料。因它对于掘进机开挖施工隧道来说，还是必需的。用常规方法开挖隧道的经验表明，隧道掘进速度及工程费用几乎是直接同岩石的质量和实际遇到的地下水情况有关。一般隧道开挖所选择的施工方案或施工期间可能采用的施工方法，不外乎是全断面掘进，上导洞分层开挖或多头掘进作业等，它们在很大程度上是取决于地质条件的好坏程度。在开挖面后方用稳定地层所需的支撑形式及数量，也是与地质条件相关的。支撑方式有锚杆栓固的模板、轻型钢支撑、以及采用密集分布的全封闭重型钢支撑和顶拱支撑等。在许多情况下，还必须用顶拱支柱、桩和胸墙来推进工作面。在隧道顶部和上部洞壁及时地喷射混凝土是最新的发展，它可以成为临时性支护，也可以是永久性支护。地下水的流入，影响了地层的稳定性，降低了掘进速度，并降低隧道工程队的总工作效率。按照隧道的倾斜度和排水量使用水泵排水，其费用也是极高的。在竖井中使用水泵就更成问题。为了排除地下水的不利影响，必须经常到开挖面前方灌浆，这一方法虽然可以减少地下水的流入，但大大增加了开挖时间。而且工程费用也增加了。地下水并非均匀地分在整个岩体中而是集中在少数地带，一般宽度只有几米到十几米，在某些例外场合中可到几百米。偶然也发现地下水的流向几乎与隧道平行，此时遇到的恶劣地层就要比在宽度和厚度方面的恶劣地层要长得多。经常发生的情况是掘进工作由一优质岩石地带到一劣质岩石地带时，施工人员没有时间采取必要的措施或采用相应的施工方法以适应新的情况。为此，可以认为在开挖面前方进行钻探，是有价值的。一个大型隧道工程用一般开挖方法施工，如遇到恶劣地层或地下水时，其掘进速度可由正常的9.12或15m/day,减少到1.5或3m/day,—般也要减少到lm/day。虽然对恶劣地区的数量和性质推断的准确程度，将决定设计与实际施工时间和费用的接近程度。上述是应用常规方法开挖隧道的经验。而这种经验是否适用于掘进机开挖呢？我们认为也可以。由于掘进机法修建隧道不会有因爆破而增多的裂纹或使已有的裂缝扩大,因而对岩石缺陷的影响将减少,而且挖出的隧道是圆形的,这是一个比较有利的形状。从这些情况看来,掘进机法施工隧道可减少事故。但开挖面上以及在刀头之间与靠近刀盘后面的拱顶的岩石仍会有滑落和崩落现象,这种情况是在岩石的节理和层面十分接近于开挖面时发生。在崩落地区也会出现岩石的挤出和折裂现象,这些情况和地下水的危害一样将会在各方面妨碍掘进机的施工作业。用常规方法开挖隧道,岩石硬度可以不必多加考虑。虽然钻针磨损,钻孔时间和爆破数额是随着岩石硬度和强度的增加而成正比和反比,但这些问题与支撑问题相比较还是次要的。加之人们已经积累了足够的经验,可以对一般遇到的各种岩石种类进行合理的估计。当用掘进机开挖隧道时,岩石硬度指标是表示岩石对于切削,破碎和研磨的抵抗能力,这确实是很重要的问题。岩石硬度影响了掘进速度,而更重要是它对刀具费用和掘进机停歇时间有影响。对于中等硬度以下的岩石,正在迅速地积累一些可靠的经验。而对十高强硬岩石的经验还是十分有限的。对于那些已是成熟可用的硬岩方面的经验,应当迅速地加以总结,并介绍给有关工程界。在下面章节中,有关岩石分类的问题,将从两个观点出发来进行讨论,即岩石的总质量和岩石的硬度。并从这两方面对岩石进行试验性的分类。（一）岩石作为工程地基和环境的原则分类按成因可分为岩浆岩、沉积岩和变质岩。根据强度、风化程度、结构类型的岩石分类,应符合本规范表8、表9、表10的规定。3•按软化系数K可分为软化岩石和不软化岩石。当软化系数K值小于或等于0.75时，应定为软化RR岩石，当软化系数K值大于0.75时，应定为不软化岩石。R4.当岩石具有特殊成分，结构特征和性质时，应定为特殊性岩石，并分为易溶性岩石、膨胀性岩石崩解性岩石和盐渍化岩石等。岩石按强度分类 表8类另9亚类强度（Mpa）代表性岩石硬质岩石极硬岩石>60花岗岩、花岗片麻岩、闪长岩、玄武岩、石灰岩、石英砂岩、石英岩、大理岩、硅质砾岩等次硬岩石30〜60

软质岩石次软岩石5〜〈30粘土岩、页岩、千枚岩、绿泥石片岩、云母片岩等极软岩石<5注：强度指新鲜岩块的饱和单轴极限抗压强度岩石按风化程度分类 表9岩石类别风化程度野外特征风化程度参数据标压缩波速度uP（m/s）波速比K风化系数Kf硬质岩石未风化岩质新鲜，未见风化痕迹>50000.9〜1.00.9〜1.0微风化组织结构基本未变，仅节理面有铁锰质渲染或矿物略有变色。有少量风化裂隙4000〜50000.8〜0.90.8〜0.9中等风化组织结构部分破坏，矿物成分基本未变化，仅沿节理面出现次生矿物。风化裂隙发育，岩体被切割成20〜50cm的岩块。锤击声脆，且不易击；不能用镐挖掘，岩芯钻方可钻进2000〜40000.6〜0.80.4〜0.8强风化组织结构已在部分破坏，矿物成分已显著变化。长石、云母已风化成次一矿物。裂隙很发育，岩体破碎。岩体被切割成2〜20cm的岩块，可用手折断。用搞可挖掘，干钻可钻进。1000〜20000.4〜0.6<0.4全风化组织结构已基本破坏，但尚可辨认，并且有微弱的残余结构强度，可用镐挖，干钻可钻进。500〜10000.2〜0.4—残积土组织结构已全部破坏。矿物成分除石英外。大部分已风化成土状，锹镐易挖掘，干钻易钻进，具可塑性<500<0.2—软质岩石未风化岩质新鲜，未见风化痕迹>40000.9〜1.00.9〜1.0微风化组织结构基本未变，仅节理面有铁锰质泻染或矿物略有变色。有少量风化裂隙。3000〜40000.8〜0.90.8〜0.9中等风化组织结构分破坏，成分发生变化，节理面附近的矿物已风化成土状。风化裂隙发育。岩体被切割成20〜50cm的岩块，锤击易碎，用镐难挖掘，岩芯钻方可钻进1500〜30000.5〜0.80.3〜0.8强风化组织结构已大部分破坏，矿物成分已赤著变化，含大量粘土质粘土矿物。风化裂隙很发育，岩体被切割成碎块，干时可用手折断或捏碎，浸水或干湿变替时可较迅速地软7000〜15000.3〜0.5<0.3

化或崩解。用镐或锹可挖掘，干钻可钻进。全风化组织结构已基本破坏，但尚可辨认，并且有微弱残余结构强度，可用镐挖，干钻可钻进。300〜7000.1〜0.3—残积土组织结构已全部破坏，矿物成分已全部改变并已风化成土状，锹镐易挖掘，干钻易钻进，具可塑性。<300<0.1—注：①波速比K为风化岩石与新鲜岩石压缩波速度之比v风化系数K为风化岩石与新鲜岩石饱和单轴抗压强度之比f岩石风化程度，除按表列野外特征和定量指标划分外，亦可根据地区经验按点荷载试验资料划分④花岗岩类的强风化与全风化、全风化与残积土的划分，宜采用标准贯入试验，其划分标准NN50为强风化；50>N±30为全风化；NV30为残积土岩体按结构类型分类 表10岩体结构类型岩体地质类型主要结构体形状结构面发育情况岩土工程特征可能发生的岩土工程问题整体状结构均质，巨块状岩浆岩、变质岩、巨厚层沉积岩、正变质岩巨块状以原生构造节理为主，多呈闭合型，裂隙结构面间距大于1.5m，—般不超过1〜2组，无危险结构面组成的落石掉块整体性强度高，岩体稳定，可视为均质弹性各向同性体不稳定结构体的局部滑动或坍塌，深埋洞室的岩爆块状结构厚层状沉积岩、正变质岩、块状岩将岩、变质岩块状柱状只具有少量贯穿性较好的节理裂隙，裂隙结构面间距0.7〜1.5m。一般为2〜3组,有少量分离体整体强度较高，结构面互相牵制，岩体基本稳定，接近弹性各向同性体层状结构多韵律的薄层及中厚层状沉积岩、副变质岩层状板状透镜体有层理、片理、节理，党有层间错动画接近均一的各向异性体，其变形及强度特征受层面及岩层组合控制，可视为弹塑性体，稳定性较差不稳定结构体可能产生滑塌，特别是岩层的弯张破坏及软弱岩层的塑性变形碎裂状结构构造影响严重的破碎岩层碎块状断层、断层破碎带、片理、层理及层间结构面较发育，裂隙结构面间距0.25-0.5cm，—般在3组以上，由许多分离体形成完整性破坏较大，整体强度很低，并受断裂等软弱结构面控制，多呈弹塑性介质，稳定性很差易引起规模较大的岩体失稳，地下水加剧岩体失稳散体状结构构造影响剧烈的断层破碎带，强风化带，全风化带碎屑状颗粒状断层破碎带交叉，构造及风化裂隙密集，结构面及组合错综复杂，并多育填粘性土，形成许多大小不一的分完整性遭到极大破坏，稳定性极差，岩体属性接松散体介质易引起规模较大的岩体失稳，地下水加剧岩体失

离岩块稳(二)岩石的鉴定岩石的描述应包括成因、年代、名称、颜色、主要矿物、结构、构造和风化程度。对沉积岩尚描述沉积物的颗粒大小、形状、胶结物成分和胶结程度；对岩浆岩和变质岩尚应描述矿物结晶大小和结晶程度。岩体的描述尚应包括结构面、结构体和岩层厚度，并宜符合下列规定：1．结构面的描述包括类型、性质、产状、组合形式、发育程度、延展程度、闭合程度、粗糙程度、充填情况和充填物性质以及水性质等。2.结构体的描述，包括类型、形状、大小、结构体在围岩中的受力情况等。岩层厚度分类按表11。岩层厚度分类 表11层厚分类单层厚度h(m)巨厚层h>1.0厚层1.0±h>0.5中厚层0.5三h>0.1薄层hWO.l碎石土分类就符合表12。碎石土分类表12土的名称颗粒形状颗粒级配漂石圆形及亚圆形为主粒径大于200mm的颗粒超过总质量50%块石棱角形为主卵石圆形及亚圆形为主粒径大于20mm的颗粒超过总质量50%碎石棱角形为主圆砾圆形及亚圆形为主料径大于2mm颗粒超过总量50%角砾棱角形为主碎石土密实野外鉴别方法应符合表13规定。碎石土密实度野外鉴别方法 表13密实度骨架颗料含量和排列可挖性可钻性密实骨架颗粒质量大于总质量的70%，呈交错排列，连续接触锹镐挖掘困难，用撬棍方能动，井壁一般较稳定钻进极困难，冲击钻探时钻杆、吊锤跳动剧烈，