關于隧道圍巖的分級

1、關于隧道圍巖的分級   最近一段時間學習了關于隧道圍巖分級的問題，逐漸的了解了隧道的施工工藝及工序，也在網(wǎng)上查找了一些關于圍巖問題的文章，學習了，很深奧，有很多東西還是不能夠理解，希望能交到良師益友向您學習，本文章來自于百度文庫，我整理了下，其中有些內容是我通過查找規(guī)范所得。公路隧道設計規(guī)范JTGD70-2004公路工程地質勘察規(guī)范JTJ064-98巖土工程勘察規(guī)范GB50021-2001水工隧洞設計規(guī)范（SL279-2002）工程巖體分級標準（GB50218-94）鐵路隧道設計規(guī)范(TB10003-2005)地鐵設計規(guī)范（GB50157-2003）錨桿噴射混凝土支護技術規(guī)

2、范(50086-2001)公路隧道施工技術規(guī)范（JTJF60-2009）工程巖體分級標準（GB50218-94）名詞解釋：圍巖：圍巖是隧道開挖后其周圍產生的應力重分布范圍內的巖體，或指隧道開挖后對其穩(wěn)定性產生影響的那部分巖體，（這里所指的巖體是土體與巖體的總稱）在不同的巖體中開挖隧道后巖體所表現(xiàn)出的性態(tài)是不同的，可歸納為充分穩(wěn)定、基本穩(wěn)定、暫時穩(wěn)定和不穩(wěn)定四種。   巖爆：巖體中聚積的彈性變形能在地下工程開挖中突然猛烈釋放，使巖石爆裂并彈射出來的現(xiàn)象。輕微的巖爆僅剝落巖片，無彈射現(xiàn)象。嚴重的可測到4.6級的震級 ，一般持續(xù)幾天或幾個月。發(fā)生巖爆的原因是巖體中有較高

3、的地應力，并且超過了巖石本身的強度，同時巖石具有較高的脆性度和彈性。這時一旦地下工程破壞了巖體的平衡，強大的能量把巖石破壞，并將破碎巖石拋出。預防巖爆的方法是應力解除法、注水軟化法和使用錨栓-鋼絲網(wǎng)-混凝土支護。   在JTJD70-2004公路隧道設計規(guī)范中關于隧道圍巖級別劃分為六級，級別越大圍巖越差，六級為土，但目前實施中不同，巖土工程勘察規(guī)范GB50021-2001中規(guī)定地下鐵道圍巖分類應按GB50307-1999地下鐵道，輕軌交通巖土工程勘查規(guī)范, GB50307-1999地下鐵道，輕軌交通巖土工程勘查規(guī)范中的圍巖分類方法引自原鐵路隧道設計規(guī)范(TB10003-19

4、99)圍巖分級是根據(jù)工程巖體分級標準（GB50218-94）結合工程經(jīng)驗得來的，勘察是為設計服務的，所以在地鐵工程勘察中，如果還利用地鐵勘察規(guī)范進行圍巖分類，易給設計帶來不便。   公路隧道圍巖分級將圍巖分為6級，給出了主要圍巖的工程地質特征、結構特征，和完整性等指標并預測了隧道開挖后可能出現(xiàn)的塌方、滑動、膨脹、擠出、巖爆、突然涌水、及瓦斯突出等失穩(wěn)的部位和地段，給出了相應的工程措施，圍巖分級的概念各種圍巖的物理性質之間存在一定的內在聯(lián)系和規(guī)律，依照這些聯(lián)系和規(guī)律，可將圍巖劃分為若干級，這就是圍巖分級。1、   目前，隧道圍巖分級是設計、施工的基礎（工程

5、類比法就是建立在圍巖分級的基礎上的）。圍巖分級的目的是：  作為選擇施工方法的依據(jù)，  進行科學管理及正確評價經(jīng)濟效益，  確定結構上的荷載（松散荷載）  給出襯砌結構的類型及其尺寸  制定勞動定額、材料消耗標準的基礎等等。比較理想的分級方法是：  確定客觀，有定量指標，盡量減少因人而異的隨機性。  便于操作使用，適于一般勘察單位所具備的技術裝備水平。  最好在挖開地層前得到結論。人們對圍巖的認識是不斷深入的從國外的情況： 

6、   土石方工程分類法（開挖的難易程度）巖石的堅固性來分類：如巖石的堅固性系數(shù)fRQD 從圍巖穩(wěn)定性出發(fā)分類來代替多年沿用的堅固性為基礎的分類從分級指標看：大多數(shù)從定性描述經(jīng)驗判斷和定量描述以隧道圍巖的穩(wěn)定性為基礎進行分級是隧道圍巖分級的總趨勢。另外的發(fā)展趨勢：以巖體為對象、與地質勘探結合、與設計施工結合、定量化。二、影響圍巖穩(wěn)定性的主要因素1、地質因素(1)巖體結構特征  巖體的結構特征可以簡單地用巖體的破碎程度或完整性來表示，在某種程度上它反映了巖體受地質構造作用的嚴重程度。巖體的破碎程度或完整狀態(tài)是指構成巖體的巖塊的大小及這些巖塊的組合排

7、列形態(tài)。（2）結構面性質和空間組合  在塊狀或層狀結構的巖體中，控制巖體破壞的主要因素是如軟弱結構面的性質及它們在空間的組合狀態(tài)。從下述的5個方面來研究結構面對地下工程圍巖穩(wěn)定性的大?。?#160;  結構面的成因及其發(fā)展史  結構面的平整、光滑程度。  結構面的物質組成及其充填物質的情況  結構面的規(guī)模與方向性  結構面的密實與組數(shù)（3）巖石的力學性質 在整體結構的巖體中，控制圍巖穩(wěn)定性的主要因素是巖石的力學性質，尤其是巖石的強度，一般快來說，巖石強度越高，洞室越

8、穩(wěn)定。（4）圍巖的初始應力場 圍巖的初始應力場是地下工程圍巖變形，破壞的根本作用力，它直接影響圍巖的穩(wěn)定性。（5）地下水狀況  地下水對圍巖的影響主要表現(xiàn)在：  軟化圍巖  軟化結構面  承壓水作用2、工程活動所造成的人為因素（1）地下洞室尺寸和形狀 在同一級（類）圍巖中，洞室跨度愈大，圍巖的穩(wěn)定性就愈差。地下洞室的形狀主要影響開挖后圍巖的應力狀態(tài)。（2）施工中采用的開挖方法開挖方法對地下工程圍巖性的影響較為明顯，在分級（類）中必須予以考慮。三、分級（類）的因素指標及其選擇1、單一的巖性指標包括

9、巖石的抗壓和抗拉強度、巖石堅固性系數(shù)f、彈性模量等物理力學參數(shù)，以及如抗磚性、抗爆性等工程指標。3、                 單一的綜合巖性指標    它表明指標是單一的，但反映的因素卻是綜合的。 “巖石質量指標”（RQD-Rock Quality Designation）也是反映巖體破碎程度和巖石強度的綜合指標。所謂巖石質量指標是指鉆探時巖芯復原率，或稱巖芯采取率。R

10、QD=（10cm以上巖芯累計長度單位鉆孔長度）×100洞室圍巖自穩(wěn)的時間t（s）=C×L（1+a）式中，L坑道未支護地段的長度。     a視圍巖情況在0-1之間變化，好的巖體可取a=0，極差的a=1.0，C視圍巖條件而定的系數(shù)。3、復合指標（1）巴頓等人所提出的“巖體質量Q”Q與6個表明巖體質量的地質參數(shù)有關，表示為Q=（RQD/Jn）·（Jr/Ja）·(Jw/SRF)式中RQD為巖石質量標準，Jn為節(jié)理組數(shù)目，Jr為節(jié)理粗糙度，Ja為節(jié)理蝕變值，Jw為節(jié)理含水折減系數(shù)，SRF為初始應力折減系數(shù)。（3） 

11、;我國總參工程兵坑道工程圍巖分類中所采用的巖體質量指標Rm和應力比So  Rm=Rc×Kv×Kw×Kj式中，Rc巖石單軸飽和極限抗壓強度，    Kv掩體完整性系數(shù)，巖體愈完整，取值愈大，變化范圍為1.0-0.08，由實測值確定Kw地下水影響折減系數(shù)，變化范圍為1.0-0.4，無水時取1.0，視具體情況由經(jīng)驗確定。Kj巖層面產狀要素影響折減系數(shù)，變化范圍為1.0-0.5.S=Rm/m式中，m最大垂直地應力。（3）水工隧洞設計規(guī)范（SL279-2002）圍巖工程地質分類和國標錨桿噴射混凝土支護技術規(guī)范（GB50086

12、-2001）所采用的圍巖/巖體強度應力比S，S綜合考慮了巖石強度，巖體完整性和地應力的因素。S=Rc×Kv÷mS=Rc×Kv÷1式中，Rc巖石飽和單軸抗壓強度，     Kv巖體完整性系數(shù)。    m圍巖的最大主應力，    1垂直洞軸線的較大主應力，（4）國標工程巖體分級標準（GB50218-94）也采用了兩個復合指標-巖體基本質量指標BQ和修正的巖體基本質量指標（BQ）根據(jù)以上對分級（類）指標的分析，可以得到如下結論：&#

13、160; 應選擇對圍巖穩(wěn)定性（主要表現(xiàn)在變形破壞特性上）有重大影響的主要因素，  選擇測試設備比較簡單，人為性小，科學性較強的定量指標，  主要分級（類）指標要有一定的綜合性，最好采用復合指標，以便全面、充分地反映圍巖的工作性質，并應有足夠的實測質料為基礎。四、國內主要地下工程圍巖分級（類）標準（一）鐵路隧道設計規(guī)范的圍巖分級  目前鐵路隧道圍巖分級采用兩種方法，即以圍巖穩(wěn)定為基礎的分級方法和按彈性波（縱波）速度的分級方法。1、        &

14、#160;圍巖分級的基本因素（1） 巖石堅硬程度根據(jù)單軸飽和極限抗壓強度Rc分為5級，即極堅巖、硬質巖、較軟巖、軟巖、極軟巖。巖石堅硬程度劃分巖石類別單軸飽和抗壓強度Rc/MPa代表性巖石硬質巖極硬巖60花崗巖、閃長巖、玄武巖等巖漿巖，硅巖、鈣質膠結的礫巖及砂巖、石灰?guī)r、白云巖、等沉積巖、片麻巖、石英巖、大理巖、板巖、片巖等變質巖硬巖30-60軟質巖較軟巖15-30凝灰?guī)r等噴出巖，砂礫巖、泥質砂巖、泥質頁巖、灰質頁巖、泥灰?guī)r、泥巖、煤等沉積巖、云母片巖或千枚巖等變質巖軟巖5-15極軟巖5（2） 巖體的完整程度   主要是指圍巖被各種結構面切割成

15、單元體的特征及其被切割后的塊度大小。它是評價圍巖穩(wěn)定程度最直接、最重要的指標。為了衡量圍巖的完整程度要考慮的因素按照軟弱面的產狀、貫通性以及充填物的情況、可將圍巖分為：完整、較完整、較破碎、破碎、極破碎。   按照圍巖受地質構造影響的程度，可將圍巖分為：構造變動輕微、較重、嚴重、很嚴重。   按照節(jié)理（裂痕）發(fā)育程度的不同又分為：節(jié)理不發(fā)育、節(jié)理較發(fā)育、節(jié)理發(fā)育及節(jié)理很發(fā)育。   按照巖體風化程度的不同將圍巖分為：風化輕微、較重、嚴重、極嚴重四級。巖體完整程度劃分完整程度結構面狀態(tài)結構類型巖體完整性指數(shù)完

16、整結構面1-2，以構造型節(jié)理或層面為主，密閉性巨塊狀整體結構0.75較完整結構面2-3組，以構造型節(jié)理，層面為主，裂隙多呈密閉型、部分為輕微型，少有充填物塊狀結構0.55-0.75較破碎結構面一般為3組，以節(jié)理及風化裂隙為主，在斷層附近受構造作用影響較大，裂隙以微張性和張開型為主，多有充填物層狀結構、塊石碎石結構0.35-0.55破碎結構面大于3組，多以風化型裂隙為主，在斷層附近受構造作用影響大，裂隙寬度以張開型為主，多有充填物碎石角礫狀結構0.15-0.35極破碎結構面雜亂無序，在斷層附近受斷層作用影響大，寬張裂隙全為散體狀結構0.15 2、   &#

17、160;     圍巖基本分級及其修正（1） 基本分級  鐵路隧道設計規(guī)范將單、雙線鐵路隧道的圍巖劃分為六級。（2） 隧道級別的修正   地下水影響的修正   根據(jù)單位時間的滲水量可將地下水狀態(tài)分為3級。 鐵路隧道圍巖分級級別圍巖主要工程地質條件圍巖開挖后的穩(wěn)定狀態(tài)（單線）圍巖彈性縱波速度（Km/s）主要工程地質特征結構特征和完整狀態(tài)硬質巖（單軸飽和極限抗壓強度Rc60Mpa）受地質構造影響輕微，節(jié)理不發(fā)育，無軟弱面（或夾層），層狀巖層

18、為厚層，層間結合良好呈巨快狀整體結構圍巖穩(wěn)定無坍塌可能產生巖爆4.5硬質巖Rc30Mpa受地質構造影響較重，節(jié)理較發(fā)育，有少量軟弱面（或夾層）和貫通微張節(jié)理，但其產狀及其組合關系不致產生滑動，層狀巖層為中層或厚層，層間結合一般，很少有分離現(xiàn)象或為硬質巖偶夾軟質巖石呈大塊狀砌體結構暴露時間長可能會出現(xiàn)局部小坍塌、側壁穩(wěn)定。層間結合差的平緩巖層、極易坍塌3.5-4.5硬質巖Rc=30Mpa，受地質構造影響輕微，節(jié)理不發(fā)育層狀巖層為厚層，層間結合良好呈巨塊狀整體結構硬質巖（Rc30Mpa）受地質構造影響較重，節(jié)理較發(fā)育，有層狀軟弱面（或夾層）但其產狀及組合不致產生滑動層狀巖層為中層或薄層，層間結合差

19、，多有分離現(xiàn)象或為硬、軟質巖石互層呈塊（石）碎（石）狀鑲巖結構拱部無支護時可產生小的坍塌側壁基本穩(wěn)定、爆破震動過大易坍塌2.5-4.0軟質巖（Rc=5-30Mpa）受地質構造影響較重、節(jié)理較發(fā)育，層狀巖層為薄層、中層或厚層、層間結合一般成大塊狀砌體結構硬質巖（Rc30Mpa）受地質構造影響很重，節(jié)理很發(fā)育層狀軟弱面（或夾層）以基本被破壞呈碎石狀壓碎結構拱部無支護時可產生較大的坍塌、側壁有時候失去穩(wěn)定1.5-3.0軟質巖（Rc=5-30Mpa）受地質構造影響嚴重、節(jié)理發(fā)育呈塊（石）碎（石）狀鑲巖結構土體：1、略具壓密或成巖作用粘性土或砂類土2、黃土（Q1、Q2）3、一般鈣質鐵質膠結的碎、卵石土大

20、塊石土1和2顯大塊狀壓密結構，3呈巨塊狀整體結構巖體：軟巖，巖體破碎至極破碎，全部及軟巖及全部及破碎巖（包括受構造影響嚴重的破碎帶）呈角（礫）碎（石）狀松散結構圍巖易坍塌、處理不當會出現(xiàn)大坍塌、側壁經(jīng)常小坍塌、淺埋時1.0-2.0土體：一般第四系堅硬，硬塑的粘性土，稍密及以上、稍濕或潮濕的碎石土、卵石土、圓礫土、角礫土、粉土及黃土（Q3、Q4）非粘性土呈松散結構、粘性土及黃土呈松散結構易出現(xiàn)地表下沉（陷）或坍塌至地表巖體：受構造影響很嚴重呈碎石、角礫及粉末、泥土狀的斷層帶呈松軟結構圍巖極易坍塌變形，有水時土砂常與水一起涌出，錢埋時易坍塌至地表1.0（飽和狀態(tài)的土1.5土體：軟塑狀粘性土、飽和的

21、粉土、砂類土粘性土呈易蠕動的松軟結構、砂性土呈潮濕松軟結構  地下水狀態(tài)的分級級別狀態(tài)滲水量（1/min·10m）干燥或濕潤10偶有滲水10-25經(jīng)常滲水25-125 根據(jù)地下水狀態(tài)對圍巖級別進行修正。地下水影響的修正地下水狀態(tài)分級圍巖級別 圍巖初始地應力狀態(tài)修正初始地應力狀態(tài)評估初始應力狀態(tài)主要現(xiàn)象評估基準Rc/max極高應力硬質巖:開挖過程中有時巖爆發(fā)生.有巖塊彈出,洞壁巖體發(fā)生剝離,新生裂縫多,成洞性差.4較質巖:巖芯常有餅化現(xiàn)象,開挖過程中洞壁巖體有剝離,位移極為顯著，甚至發(fā)生大位移，持續(xù)時間長，不易成洞。高應力硬質巖：開挖過程中可能出

22、現(xiàn)巖爆，洞壁巖體有剝離和掉快現(xiàn)象，新生裂縫較多，成洞性較差4-7軟質巖：巖芯時有餅化現(xiàn)象，開挖過程中洞壁巖體位移顯著，持續(xù)時間長，成洞性差 初始地應力初始地應力狀態(tài)圍巖級別極高應力或高應力或風化作用的影響  隧道洞深埋深較差，應根據(jù)圍巖受地表的影響情況進行圍巖級別修正。當圍巖為風化層時應按風化層的圍巖基本分級考慮。圍巖僅受地表影響時，應較相應圍巖降低1-2級。 （二）國標工程巖體分級標準（GB50218-94）采取兩步走的方法：先確定巖體基本質量，再結合具體工程的特點確定巖體級別。1、      

23、;   分級因素及其確定方法   本分級標準認為巖體基本質量應有巖體堅硬程度和巖體完整程度兩個因素確定。巖體完整程度可分為：完整、較完整、較破碎、破碎、極破碎、巖體完整程度劃分的定量指標采用巖體完整性指數(shù)Kv.Kv與定性劃分的巖體完整程度的對應關系Kv0.750.75-0.550.55-0.550.35-0.150.15完整程度完整較完整較破碎破碎極破碎2.巖體基本質量分級  巖體基本質量分級可根據(jù)上述的分級因素結合巖體基本質量指標BQ進行。  巖體基本質量指標BQ應根據(jù)Rc的兆帕數(shù)值和Kv值計

24、算而得。                                          BQ90+3Rc+250Kv當Rc90Kv+30時，應以Rc90Kv+30和Kv代入式計算BQ值，當Kv0.04Rc+0.4時，應以Kv0.04Rc+0.4和Rc代入式計算BQ值。巖體基本質量分級基本質量級別巖體基本質量的定性特征巖體基本質量指標BQ堅硬巖，巖體完整550堅硬巖。巖體較完

25、整，較堅硬眼、巖體完整550-451堅硬巖、巖體較破碎、較堅硬巖或軟硬巖互層，巖體較完整，較軟巖，巖體完整450-351堅硬巖、巖體破碎，較堅硬巖，巖體較破碎，破碎，較軟巖，或較硬巖互層，且以軟巖為主，巖體較完整-較破碎，軟巖，巖體完整-較完整350-251較軟巖，巖件破碎，軟巖，巖體較破碎-破碎，全部及軟巖及全部級破碎巖2502、        3、 工程巖體級別的確定修正的巖體基本質量指標【BQ】      【BQ】BQ-100(K1+K2+K3) 式中，【BQ

26、】巖體基本質量指標修正值        BQ巖體基本質量指標        K1地下水影響修正系數(shù)        K2軟弱結構面產狀影響修正系數(shù)       K3初始應力狀態(tài)影響修正系數(shù)。地下水影響修正系數(shù)K1地下水出水狀態(tài)BQ450450-351350-251250潮濕或點滴狀出水00.10.2-0.30.

27、4-0.6淋雨狀態(tài)或涌流狀出水，水壓0.1Mpa或單位出水量10L/（min·m）0.10.2-0.30.4-0.60.7-0.9淋雨狀態(tài)或涌流狀出水，水壓0.1Mpa或單位出水量10L（min·m）0.20.4-0.60.7-0.91.0主要軟弱結構面產狀影響系數(shù)K2結構面產狀及其與洞軸線的組合關系結構面走向與洞軸線夾角30°，結構面傾角為30°-75°結構面走向與洞軸線夾角60°，結構面傾角75°其他組合K20.4-0.60-0.20.2-0.4初始應力狀態(tài)影響修正系數(shù)K3初始應力狀態(tài)BQ550550-451450-35

28、1350-251250極高應力1.01.01.0-1.51.0-1.51.0高應力區(qū)0.50.50.50.5-1.00.5-1.0 根據(jù)【BQ】值可重新確定工程巖體的質量級別4.地下工程巖體自穩(wěn)能力地下工程巖體自穩(wěn)能力巖體級別自穩(wěn)能力跨度20m，可長期穩(wěn)定，偶有掉快，無塌方，跨度10-20m，可基本穩(wěn)定，局部可發(fā)生掉快或塌方，跨度10m，可長期穩(wěn)定，偶有掉快跨度10-20m，可穩(wěn)定數(shù)日到1個月，可能發(fā)生小中塌方，跨度5-10m，可穩(wěn)定數(shù)月，可發(fā)生局部塊體位移及小-中塌方，跨度5m，可基本穩(wěn)定跨度為10-20，可穩(wěn)定數(shù)日到一個月，可能發(fā)生小中塌方，跨度5-10m，可穩(wěn)定數(shù)月，可發(fā)生局部

29、塊體位移及小-中塌方，跨度5m，可基本穩(wěn)定跨度5m，一般無自穩(wěn)能力，數(shù)日-數(shù)月內可發(fā)生松動變形，小塌方，小塌方進而發(fā)展為中-大塌方，埋深小時，以拱部松動破壞為主，埋深大時，有明顯塑性流動變形和擠壓破壞，跨徑5m，可穩(wěn)定數(shù)日至一個月無自穩(wěn)能力（三）地鐵設計規(guī)范的圍巖分級   2003年發(fā)布的地鐵設計規(guī)范（GB50157-2003）規(guī)定：暗挖結構的圍巖分級按現(xiàn)行鐵路隧道設計規(guī)范確定。（四）公路隧道設計規(guī)范的圍巖分級   公路隧道設計規(guī)范（JTJGD70-2004）圍巖分級的思路、方法和采用的分級指標與國標工程巖體分級標準（GB50218-94）完全相同，即采用了兩部分級法，只是分級的對象范圍更廣，包括了土體。圍巖級別圍巖或土體主要定性特征圍巖基本質量指標BQ或修正的圍巖基本質量指標【BQ