Q值分級系統(tǒng)及挪威法培訓課件

Q值分級系統(tǒng)及挪威法中建國際技術中心

王振輝2022年11月30日二目錄ONTENTS圍巖分級意義及方法一CQ值圍巖分級與挪威法三對比與總結一、圍巖分級的意義及方法A.分級意義B.分級方法C.[BQ]值法D.Q值法感性的認識！巖石的分類、巖石強度、分層厚度、風化程度、結構面的特點、巖層的產(chǎn)狀等。圍巖分級開挖工法、開挖進尺超前支護選擇初支、二次襯砌支護參數(shù)監(jiān)控量測（測點布置）荷載（豎向荷載、側壓力系數(shù)、初支及襯砌承擔荷載的比例）巖石力學性質估算……定量的作用（對設計/施工）圍巖分級意義及方法-A.圍巖分級的意義和作用對施工項目來說：在施工方法及整體設計確定的情況下，隧道圍巖分級及支護形式的變化是主要的變更形式，是二次經(jīng)營的主要手段。圍巖分級方法：[BQ]值、RMR值、Q值、普氏系數(shù)f、GSI值[BQ]值：RMR：Q值法：1974年挪威巖土工程研究所（NorwegianGeotechnialInstitue）提出了巴頓（Barton）Q體系法，多年不斷修正，包含RQD、Jn、Jr、Ja、Jw、SRF六個參數(shù)。南非賓尼亞夫斯基（Bieniawski）于1973年提出，包含：巖塊強度、RQD值、節(jié)理間距、節(jié)理條件、地下水這5個參數(shù)?！豆こ處r體分級標準》（GB/T50218-2014），主要包含Rc、Kv及修正系數(shù)K1/K2/K3，共五各參數(shù)。GSI：（1994年，EvertHoek和E.T.Brown）地質強度因子(GSI)是是Hoek—Brown破壞準則的一個重要參數(shù)。通過對巖體的觀測和其力學性質的研究估算出巖體的強度.對于一種巖體的地質強度因子(GSI)判斷取決于巖體的裂隙、節(jié)理面質量和巖體結構發(fā)育程度，這二者都與巖體的強度有著密不可分的聯(lián)系?？紤]到巖體的表面和地質狀況，可以把巖體的GSI賦值定量分析?？紤]的有巖體結構類型、巖體風化狀況2個主要因素。圍巖分級意義及方法-B.常見的圍巖/巖體定量分級方法普氏系數(shù)f：巖石堅固性系數(shù)，1926年俄羅斯學者提出，巖石單軸抗壓強度極限的1/10作為巖石的堅固性系數(shù)。f=Rc/10，共分10級。圍巖分級方法：[BQ]值、RMR值、Q值、普氏系數(shù)f、GSI值“..當你能衡量你所說的東西，并能用數(shù)字表達出來時，你就對它有所了解，但當你不能用數(shù)字表達出來時，你的知識就顯得貧乏而不令人滿意了……”開爾文勛爵（1824-1907）圍巖分級意義及方法-B.常見的圍巖/巖體分級方法[BQ]值Q值RMR值f值GSI值BQ（巖體基本質量指標）[BQ]（地下工程巖體質量指標）涉及指標：Rc-單軸飽和抗壓強度、Kv-巖體完成性系數(shù)、K1、K2、K3。（強度、完整性、地下水、結構面、初始地應力）對應分級：BQ值法：《工程巖體分級標準》（GB/T50218-2014）、《鐵路隧道設計規(guī)范》（TB10003-2016）、《公路隧道設計規(guī)范》（JTG3370.1-2018）圍巖分級意義及方法-C.國內(nèi)巖體定量分級方法[BQ]值法涉及指標：Rc-單軸飽和抗壓強度、Kv-巖體完成性系數(shù)、K1、K2、K3。（強度、完整性、地下水、結構面、初始地應力）Rc-單軸飽和抗壓強度實測點荷載強度折算Kv-巖體完整性系數(shù)節(jié)理數(shù)對應K1K2K3①強度（單軸飽和抗壓強度/點荷載強度）、②完整性（節(jié)理數(shù)）、③地下水（水量/水壓）、④結構面（結構面與隧道軸線的組合關系）、⑤初始地應力狀態(tài)（初始地應力）極高地應力：強度應力比小于4；高地應力：強度應力比4-7.圍巖分級意義及方法-C.國內(nèi)巖體定量分級方法[BQ]值法圍巖分級意義及方法-D.Q值圍巖系統(tǒng)分級法Q值圍巖系統(tǒng)是在1971年至1974年期間在NGI開發(fā)（Barton等人，1974年）。1974年引入該系統(tǒng)；1993年的一次更新（1050個案例）；2002年，結合900多個新樣本進行了更新。NGI官網(wǎng)免費下載NickBarton網(wǎng)站Jw裂隙水對節(jié)理的剪切強度的不利影響SRF原巖應力釋放的系數(shù)圍巖分級意義及方法-D.Q值圍巖系統(tǒng)分級法（1974）Degreeofjointing(blocksize)節(jié)理發(fā)育程度（巖塊尺寸）Jointfriction節(jié)理面的摩擦Stress（應力）RQD巖石質量指標Jn節(jié)理組數(shù)Jr節(jié)理粗糙度系數(shù)Ja節(jié)理蝕變系數(shù)圍巖分級意義及方法-D.Q值圍巖系統(tǒng)分級法注：如果RQD測量為≤10（包括0），則使用標稱值10來評估Q。芯樣：“RQD是所有長度超過10厘米（或芯直徑x2)的芯件的長度（自然接頭之間）占總芯長度的百分比之和”揭露的巖體：RQD=110–2.5Jv(forJvbetween4and44)，Jv為每m3巖體的節(jié)理數(shù)量RQD/Jn表示巖體中的相對塊體大小。RQD（RockQualityDesignation）注：不同施工方法對RQD值的修正圍巖分級意義及方法-D.Q值圍巖系統(tǒng)分級法對于交叉路口，使用（3.0×Jn）。對于洞口，使用（2.0×Jn）。RQD/Jn表示巖體中的相對塊體大小。Jn（Jointsetnumber）圍巖分級意義及方法-D.Q值圍巖系統(tǒng)分級法Jr（JointRoughnessNumber）（Jr/Ja）是實際摩擦角的近似表達，是節(jié)理面粗糙度和填充材料的組合如果節(jié)理平均間距大于3m，采用Jr+1光滑平直節(jié)理，且方向是估計的滑動方向，Jr取0.5圍巖分級意義及方法-D.Q值圍巖系統(tǒng)分級法Ja（Jointalterationnumber）（Jr/Ja）是實際摩擦角的近似表達，是節(jié)理面粗糙度和填充材料的組合圍巖分級意義及方法-D.Q值圍巖系統(tǒng)分級法Jw（Jointwaterreductionfactor）Jw水可以軟化或沖洗礦物填充物，從而減少接縫面上的摩擦。水壓可以降低接縫壁上的正常應力，則更容易剪切。C到F是粗略的估計。如果巖石排水或灌漿，則增加Jw沒有考慮到由冰的形成所造成的特殊問題圍巖分級意義及方法-D.Q值圍巖系統(tǒng)分級法SRF（StressReductionFactor）可以測量巖體的應力和強度時，根據(jù)巖石單軸抗壓強度（σc）與主要主應力（σ1）或最大切向應力σθ和σc的關系得出SRF。在地下開挖的規(guī)劃階段，可以根據(jù)覆蓋層和地形特征或來自同一地質和地理區(qū)域的一般經(jīng)驗來確定SRF。σc=無約束抗壓強度，σ1和σ3為主要主應力和次要主應力，σθ=為最大切向應力當5≤σ1/σ3≤10時，將σc降低到0.75σc；當σ1/σ3>10時，將σc降低到0.5σc。如果弱區(qū)僅影響但不與地下開口相交，則將這些SRF值降低25-50%。應用領域：Q值法是一個關于裂隙巖體支護的經(jīng)驗體系；大部分的案例來自于硬巖，包括破碎硬巖，對于軟巖的案例較少在存在地應力或極差的圍巖時，Q值法需要結合監(jiān)控量測和數(shù)值模擬共同來使用。Q-系統(tǒng)作為巖石支護設計決策和巖體質量評價；可用于野外測繪、巖芯測井和鉆孔調(diào)查圍巖分級意義及方法-Q值圍巖分級系統(tǒng)特點：圍巖分級意義及方法-案例（corelogging）Qrange=(30-50)/9x(0.5-1)/(3-4)x0.66/1≈0.8-0.9Qrange=(65-100)/(6-9)x(1-1.5)/1x0.66/1≈5–25limestonegraniteRQD巖石質量指標Jn節(jié)理組數(shù)Jr節(jié)理粗糙度系數(shù)Ja節(jié)理蝕變系數(shù)Jw裂隙水降低系數(shù)SRF為應力降低系數(shù)圍巖分級意義及方法-案例（surfaceexposurelogging）Qrange≈100/9x1.5/(1-2)x0.66/1=6-11.Qrange≈(10-20)/9x1/(1-2)x0.66/1≈0.4–1.5.shalegraniteRQD巖石質量指標Jn節(jié)理組數(shù)Jr節(jié)理粗糙度系數(shù)Ja節(jié)理蝕變系數(shù)Jw裂隙水降低系數(shù)SRF為應力降低系數(shù)圍巖分級意義及方法-案例（tunnel）Qrange≈(30-80)/(6-9)x1.5/1x1/1≈5-20Qrange≈(90-100)/9x1.5/(2-4)x0.66/2.5≈1-2.Shallowcavern,withweatheringorclaycoatingsonseveralofthejointsets.Threejointsets(Jn=9),planarandrough-surfaced(Jr=1,5).SandstoneintheBremangertunnelRQD巖石質量指標Jn節(jié)理組數(shù)Jr節(jié)理粗糙度系數(shù)Ja節(jié)理蝕變系數(shù)Jw裂隙水降低系數(shù)SRF為應力降低系數(shù)圍巖分級意義及方法-[BQ]VSQ因素對比：Rc強度（單軸飽和抗壓強度/點荷載強度）Kv/Jv完整性（節(jié)理數(shù)）K1地下水（水量/水壓）K2結構面（結構面與隧道軸線的組合關系）K3初始地應力狀態(tài)（初始地應力）RQD巖石質量指標Jn節(jié)理組數(shù)Jr節(jié)理粗糙度系數(shù)Ja節(jié)理蝕變系數(shù)Jw裂隙水降低系數(shù)SRF為應力降低系數(shù)二、Q值分級系統(tǒng)與挪威法A.挪威法特點B.Q值到支護參數(shù)C.案例對比跨度62m；片麻巖單軸抗壓強度60-90Mpa；平均RQD值70%；平均Q值為9（在1～30）；3～4組節(jié)理裂隙。采用100mm的纖維噴混凝土及錨桿加固支護1994年奧林匹克冬季運動會地下冰球館（跨度62m）Q值分級系統(tǒng)與挪威法-挪威法典型案例特點：單層襯砌：把單層支護作為永久襯砌，只是在運營后，如果出現(xiàn)涌水、冰霜等危害的情況下，才修筑二次襯砌。排水隧道：不考慮水壓力Q值巖體分級系統(tǒng)和高質量的濕噴鋼纖維（聚丙烯纖維）混凝土S(fr)和全長膠結型高拉力耐腐蝕的錨桿CTbolts、RRS（ribreinforcedshotcrete）是挪威法核心。Q值分級系統(tǒng)與挪威法-挪威法特點濕噴纖維混凝土S（fr）CT錨桿鋼筋肋RRS（ribreinforcedshotcrete）Q值分級系統(tǒng)與挪威法-感官對比NATM與NTM早進晚出，洞口淺埋/地質條件差噴射混凝土基面平整度應滿足:D/L=1/6單層襯砌國內(nèi)公路隧道成洞效果挪威公路隧道成洞效果早進晚出，洞口淺埋/地質條件差EquivalentDimension（De）：

Q值分級系統(tǒng)與挪威法-Q值到支護參數(shù)（De）ESR(ExcavationSupportRatio)：注：B、C、D類型且Q＜0.1時，ESR取1Spanorheightinm：Q值分級系統(tǒng)與挪威法-Q值到支護參數(shù)（2015）Q值分級與挪威法-支護手段鋼筋網(wǎng)噴射混凝土/鋼纖維噴射混凝土？普通錨桿/防腐錨桿？加勁肋/格柵鋼架？三、對比與總結A.挪威法特點B.Q值到支護參數(shù)C.案例對比挪威法（NMT）VS新奧法（NATM）適用性及優(yōu)缺點：理念：Q值分類為基礎、系統(tǒng)錨桿+高等級纖維噴射混凝土，一般不需要監(jiān)控量測（圍巖情況極差、特大斷面）。適用破碎硬巖、強度高、變形小、超挖較大；單層襯砌（大部分公路隧道采用單層襯砌）支護手段：錨桿（抗腐蝕）+纖維噴射混凝土+鋼筋肋公路隧道多采用單層襯砌，⑤支護參數(shù)確定：利用Q值及隧道等效尺寸（De）及開挖支護率（ESR）理念：減少擾動；發(fā)揮圍巖承載力；強調(diào)封閉成環(huán)和監(jiān)控量測