圍巖分級與圍巖壓力-圍巖分級（隧道工程施工課件）

第一節(jié)圍巖分級一、概述圍巖的概念圍巖是指隧道開挖后其周圍產(chǎn)生應(yīng)力重分布范圍內(nèi)的巖體，或指隧道開挖后對其穩(wěn)定性產(chǎn)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。圍巖分級的概念各種圍巖的物理性質(zhì)之間存在一定的內(nèi)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。目前，隧道圍巖分級是設(shè)計、施工的基礎(chǔ)（工程類比法就是建立在圍巖分級的基礎(chǔ)上的）。圍巖分級的目的是：①作為選擇施工方法的依據(jù)；②進行科學(xué)管理及正確評價經(jīng)濟效益；③確定結(jié)構(gòu)上的荷載(松散荷載)；④給出襯砌結(jié)構(gòu)的類型及其尺寸；⑤制定勞動定額、材料消耗標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)等等。比較理想的分級方法是：①準(zhǔn)確客觀，有定量指標(biāo)，盡量減少因人而異的隨機性；②便于操作使用，適于一般勘測單位所具備的技術(shù)裝備水平；③最好在挖開地層前得到結(jié)論。人們對圍巖的認識是不斷深入的從國外的情況看：土石方工程分級法(開挖難易程度)巖石的堅固性來分級:如堅固性系數(shù)fRQD從圍巖穩(wěn)定性出發(fā)分級來代替多年沿用的堅固性為基礎(chǔ)的分級。從分級指標(biāo)方面：大多數(shù)從定性描述經(jīng)驗判斷定量描述以隧道圍巖的穩(wěn)定性為基礎(chǔ)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(zhì)勘探結(jié)合、與設(shè)計施工結(jié)合、定量化。二、影響圍巖穩(wěn)定性的主要因素(1)巖體結(jié)構(gòu)特征巖體的結(jié)構(gòu)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(zhì)構(gòu)造作用的嚴重程度。巖體的破碎程度或完整狀態(tài)是指構(gòu)成巖體的巖塊大小及這些巖塊的組合排列形態(tài)。1.地質(zhì)因素

(2)結(jié)構(gòu)面性質(zhì)和空間的組合在塊狀或?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)的巖體中，控制巖體破壞的主要因素是軟弱結(jié)構(gòu)面的性質(zhì)及它們在空間的組合狀態(tài)。

從下述的5個方面來研究結(jié)構(gòu)面對地下工程圍巖穩(wěn)定性影響的大?。?/p>

①結(jié)構(gòu)面的成因及其發(fā)展史；

②結(jié)構(gòu)面的平整、光滑程度；

③結(jié)構(gòu)面的物質(zhì)組成及其充填物質(zhì)情況；

④結(jié)構(gòu)面的規(guī)模與方向性；

⑤結(jié)構(gòu)面的密度與組數(shù)。(3)巖石的力學(xué)性質(zhì)在整體結(jié)構(gòu)的巖體中，控制圍巖穩(wěn)定性的主要因素是巖石的力學(xué)性質(zhì)，尤其是巖石的強度。一般來說，巖石強度越高，洞室越穩(wěn)定。(4)圍巖的初始應(yīng)力場圍巖的初始應(yīng)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：

①軟化圍巖；

②軟化結(jié)構(gòu)面；

③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(yīng)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穩(wěn)定性的影響較為明顯，在分級(類)中必須予以考慮。第一節(jié)圍巖分級一、概述圍巖的概念圍巖是指隧道開挖后其周圍產(chǎn)生應(yīng)力重分布范圍內(nèi)的巖體，或指隧道開挖后對其穩(wěn)定性產(chǎn)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。圍巖分級的概念各種圍巖的物理性質(zhì)之間存在一定的內(nèi)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。目前，隧道圍巖分級是設(shè)計、施工的基礎(chǔ)（工程類比法就是建立在圍巖分級的基礎(chǔ)上的）。圍巖分級的目的是：①作為選擇施工方法的依據(jù)；②進行科學(xué)管理及正確評價經(jīng)濟效益；③確定結(jié)構(gòu)上的荷載(松散荷載)；④給出襯砌結(jié)構(gòu)的類型及其尺寸；⑤制定勞動定額、材料消耗標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)等等。比較理想的分級方法是：①準(zhǔn)確客觀，有定量指標(biāo)，盡量減少因人而異的隨機性；②便于操作使用，適于一般勘測單位所具備的技術(shù)裝備水平；③最好在挖開地層前得到結(jié)論。人們對圍巖的認識是不斷深入的從國外的情況看：土石方工程分級法(開挖難易程度)巖石的堅固性來分級:如堅固性系數(shù)fRQD從圍巖穩(wěn)定性出發(fā)分級來代替多年沿用的堅固性為基礎(chǔ)的分級。從分級指標(biāo)方面：大多數(shù)從定性描述經(jīng)驗判斷定量描述以隧道圍巖的穩(wěn)定性為基礎(chǔ)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(zhì)勘探結(jié)合、與設(shè)計施工結(jié)合、定量化。二、影響圍巖穩(wěn)定性的主要因素(1)巖體結(jié)構(gòu)特征巖體的結(jié)構(gòu)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(zhì)構(gòu)造作用的嚴重程度。巖體的破碎程度或完整狀態(tài)是指構(gòu)成巖體的巖塊大小及這些巖塊的組合排列形態(tài)。1.地質(zhì)因素

(2)結(jié)構(gòu)面性質(zhì)和空間的組合在塊狀或?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)的巖體中，控制巖體破壞的主要因素是軟弱結(jié)構(gòu)面的性質(zhì)及它們在空間的組合狀態(tài)。

從下述的5個方面來研究結(jié)構(gòu)面對地下工程圍巖穩(wěn)定性影響的大?。?/p>

①結(jié)構(gòu)面的成因及其發(fā)展史；

②結(jié)構(gòu)面的平整、光滑程度；

③結(jié)構(gòu)面的物質(zhì)組成及其充填物質(zhì)情況；

④結(jié)構(gòu)面的規(guī)模與方向性；

⑤結(jié)構(gòu)面的密度與組數(shù)。(3)巖石的力學(xué)性質(zhì)在整體結(jié)構(gòu)的巖體中，控制圍巖穩(wěn)定性的主要因素是巖石的力學(xué)性質(zhì)，尤其是巖石的強度。一般來說，巖石強度越高，洞室越穩(wěn)定。(4)圍巖的初始應(yīng)力場圍巖的初始應(yīng)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：

①軟化圍巖；

②軟化結(jié)構(gòu)面；

③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(yīng)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穩(wěn)定性的影響較為明顯，在分級(類)中必須予以考慮。三、分級(類)的因素指標(biāo)及其選擇1.單一的巖性指標(biāo)

包括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(xué)參數(shù)，以及如抗鉆性、抗爆性等工程指標(biāo)。2.單一的綜合巖性指標(biāo)它表明指標(biāo)是單一的，但反映的因素卻是綜合的?！皫r石質(zhì)量指標(biāo)”(RQD—RockQualityDesignation)也是反映巖體破碎程度和巖石強度的綜合指標(biāo)。所謂巖石質(zhì)量指標(biāo)是指鉆探時巖芯復(fù)原率，或稱巖芯采取率。根據(jù)以上對分級(類)指標(biāo)的分析，可以得到如下的結(jié)論：

①應(yīng)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；

②選擇測試設(shè)備比較簡單、人為性小、科學(xué)性較強的定量指標(biāo)；

③主要分級(類)指標(biāo)要有一定的綜合性，最好采用復(fù)合指標(biāo)，以便全面、充分地反映圍巖的工程性質(zhì)，并應(yīng)有足夠的實測資料為基礎(chǔ)。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(chǔ)的分級方法和按彈性波(縱波)速度的分級方法。四、國內(nèi)主要地下工程圍巖分級(類)標(biāo)準(zhǔn)(一)《鐵路隧道設(shè)計規(guī)范》的圍巖分級1.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，即極硬巖、硬質(zhì)巖、較軟巖、軟巖、極軟巖。巖石堅硬程度的劃分(2)圍巖的結(jié)構(gòu)特征和完整狀態(tài)主要是指圍巖被各種結(jié)構(gòu)面切割成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(biāo)。為了衡量圍巖的完整程度要考慮的因素：按照軟弱面的產(chǎn)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(zhì)構(gòu)造影響的程度，可將圍巖分為：構(gòu)造變動輕微、較重、嚴重、很嚴重。按照節(jié)理(裂隙)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(fēng)化程度的不同將圍巖分為：風(fēng)化輕微、較重、嚴重、極嚴重四級。巖體完整程度劃分2.圍巖基本分級及其修正(1)基本分級《鐵路隧道設(shè)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。鐵路隧道圍巖分級地下水狀態(tài)的分級根據(jù)地下水狀態(tài)對圍巖級別進行修正。地下水影響的修正圍巖初始地應(yīng)力狀態(tài)修正初始地應(yīng)力狀態(tài)評估初始地應(yīng)力影響的修正風(fēng)化作用的影響隧道洞深埋深較淺，應(yīng)根據(jù)圍巖受地表的影響情況進行圍巖級別修正。當(dāng)圍巖為風(fēng)化層時應(yīng)按風(fēng)化層的圍巖基本分級考慮。圍巖僅受地表影響時，應(yīng)較相應(yīng)圍巖降低1~2級。采取兩步走的方法：先確定巖體基本質(zhì)量；再結(jié)合具體工程的特點確定巖體級別。(二)國標(biāo)《工程巖體分級標(biāo)準(zhǔn)》(GB50218-94)1.分級因素及其確定方法本分級標(biāo)準(zhǔn)認為巖體基本質(zhì)量應(yīng)由巖石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(biāo)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(yīng)關(guān)系2.巖體基本質(zhì)量分級巖體基本質(zhì)量分級可根據(jù)上述的分級因素結(jié)合巖體基本質(zhì)量指標(biāo)BQ進行。巖體基本質(zhì)量指標(biāo)BQ應(yīng)根據(jù)Rc的兆帕數(shù)值和Kv值計算而得。BQ=90+3Rc+250Kv

當(dāng)Rc＞90Kv+30時，應(yīng)以Rc=90Kv+30和Kv代入式計算BQ值；當(dāng)Kv＞0.04Rc+0.4時，應(yīng)以Kv=0.04Rc+0.4和Rc代入式計算BQ值。巖體基本質(zhì)量分級3.工程巖體級別的確定修正的巖體基本質(zhì)量指標(biāo)[BQ]

[BQ]=BQ－100(K1十K2十K3)

式中，[BQ]——巖體基本質(zhì)量指標(biāo)修正值；

BQ——巖體基本質(zhì)量指標(biāo)；

K1——地下水影響修正系數(shù)；

K2——軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀影響修正系數(shù)；

K3——初始應(yīng)力狀態(tài)影響修正系數(shù)。地下水影響修正系數(shù)K1主要軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀影響系數(shù)K2

初始應(yīng)力狀態(tài)影響修正系數(shù)K34.地下工程巖體自穩(wěn)能力根據(jù)[BQ]值可重新確定工程巖體的質(zhì)量級別。

地下工程巖體自穩(wěn)能力2003年發(fā)布的《地鐵設(shè)計規(guī)范》(GB50157-2003)規(guī)定：暗挖結(jié)構(gòu)的圍巖分級按現(xiàn)行《鐵路隧道設(shè)計規(guī)范》確定。(三)《地鐵設(shè)計規(guī)范》的圍巖分級(四)《公路隧道設(shè)計規(guī)范》的圍巖分級《公路隧道設(shè)計規(guī)范)(JTGD70－2004)圍巖分級的思路、方法和采用的分級指標(biāo)與國標(biāo)《工程巖體分級標(biāo)準(zhǔn)》(GB5021