第二章第二節(jié)隧道圍巖分級(jí)

1、第二節(jié)隧道圍巖分級(jí) 圍巖分級(jí)：圍巖分級(jí)：根據(jù)巖體的若干指標(biāo)，按照穩(wěn)定性將圍巖根據(jù)巖體的若干指標(biāo)，按照穩(wěn)定性將圍巖 分成不同的級(jí)別。分成不同的級(jí)別。 工程目的工程目的： （1 1）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)依據(jù)）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)依據(jù) （2 2）施工方法依據(jù)）施工方法依據(jù) （3 3）工程造價(jià)依據(jù)）工程造價(jià)依據(jù) 影響坑道圍巖穩(wěn)定性因素 1、幾個(gè)基本概念：、幾個(gè)基本概念： 1）巖石（土）與巖（土）體）巖石（土）與巖（土）體 巖石：不同礦物，各種地質(zhì)作用；巖體的基礎(chǔ)、巖石：不同礦物，各種地質(zhì)作用；巖體的基礎(chǔ)、 構(gòu)成部分；試件，試驗(yàn)構(gòu)成部分；試件，試驗(yàn) 巖體：整個(gè)地質(zhì)體的一部分，巖塊組合體，結(jié)構(gòu)巖體：整個(gè)地質(zhì)體的一部分，巖塊組合體

2、，結(jié)構(gòu) 面，充填物，初始應(yīng)力狀態(tài)，平衡面，充填物，初始應(yīng)力狀態(tài)，平衡 巖石的物性并不能代表巖體的物性，結(jié)構(gòu)面對(duì)巖巖石的物性并不能代表巖體的物性，結(jié)構(gòu)面對(duì)巖 體的力學(xué)性質(zhì)及受力狀態(tài)有較大的影響體的力學(xué)性質(zhì)及受力狀態(tài)有較大的影響 影響坑道圍巖穩(wěn)定性因素 巖體的結(jié)構(gòu)類型與特征：整體結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)、巖體的結(jié)構(gòu)類型與特征：整體結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)、 鑲嵌結(jié)構(gòu)、壓碎結(jié)構(gòu)、松散結(jié)構(gòu)、松軟結(jié)構(gòu)。鑲嵌結(jié)構(gòu)、壓碎結(jié)構(gòu)、松散結(jié)構(gòu)、松軟結(jié)構(gòu)。 2）巖體（原巖）與圍巖）巖體（原巖）與圍巖 原巖（巖體）處在原始狀態(tài)下，未受到人為的工原巖（巖體）處在原始狀態(tài)下，未受到人為的工 程外力的破壞或干擾。程外力的破壞或干擾。 圍巖：受到

3、影響范圍內(nèi)的那部分巖土體。圍巖范圍巖：受到影響范圍內(nèi)的那部分巖土體。圍巖范 圍的確定圍的確定 影響坑道圍巖穩(wěn)定性因素 3）結(jié)構(gòu)面：在各種不同的地質(zhì)作用中生成和發(fā)展）結(jié)構(gòu)面：在各種不同的地質(zhì)作用中生成和發(fā)展 的；沉積結(jié)構(gòu)面、火成結(jié)構(gòu)面、變質(zhì)結(jié)構(gòu)面、構(gòu)的；沉積結(jié)構(gòu)面、火成結(jié)構(gòu)面、變質(zhì)結(jié)構(gòu)面、構(gòu) 造結(jié)構(gòu)面以及次生結(jié)構(gòu)面造結(jié)構(gòu)面以及次生結(jié)構(gòu)面 結(jié)構(gòu)面對(duì)巖體的力學(xué)性質(zhì)和巖體中的受力狀態(tài)有結(jié)構(gòu)面對(duì)巖體的力學(xué)性質(zhì)和巖體中的受力狀態(tài)有 較大的影響較大的影響 研究的內(nèi)容：結(jié)構(gòu)面本身的特征、組合形態(tài)、充研究的內(nèi)容：結(jié)構(gòu)面本身的特征、組合形態(tài)、充 填情況、延展性、密集程度等填情況、延展性、密集程度等 影響坑道圍巖穩(wěn)

4、定性因素 因素因素 內(nèi)在因素內(nèi)在因素 （地質(zhì)）（地質(zhì)） 人為因素人為因素 （施工）（施工） 影響坑道圍巖穩(wěn)定性因素 2、地質(zhì)因素、地質(zhì)因素 1）圍巖的完整狀態(tài)（破碎程度）圍巖的完整狀態(tài)（破碎程度） 組成巖體的巖塊的大小，巖塊的組合狀態(tài)；組成巖體的巖塊的大小，巖塊的組合狀態(tài)； 裂隙率、裂隙間距裂隙率、裂隙間距裂隙的密集程度裂隙的密集程度巖體的破巖體的破 碎程度碎程度 裂隙：廣義，層理、斷裂、節(jié)理以及夾層等裂隙：廣義，層理、斷裂、節(jié)理以及夾層等 依據(jù)裂隙間距的巖體的分類依據(jù)裂隙間距的巖體的分類 影響坑道圍巖穩(wěn)定性因素 2）結(jié)構(gòu)面的性質(zhì)）結(jié)構(gòu)面的性質(zhì) 軟弱結(jié)構(gòu)面：完全割斷聯(lián)系無夾層或充填粘土夾軟弱結(jié)

5、構(gòu)面：完全割斷聯(lián)系無夾層或充填粘土夾 層、未斷聯(lián)系但充填物軟弱松散、抗剪強(qiáng)度很低層、未斷聯(lián)系但充填物軟弱松散、抗剪強(qiáng)度很低 軟弱結(jié)構(gòu)面往往會(huì)成為巖體破壞的控制因素。軟弱結(jié)構(gòu)面往往會(huì)成為巖體破壞的控制因素。 3）結(jié)構(gòu)面的組合狀態(tài)）結(jié)構(gòu)面的組合狀態(tài) 單一、組合（產(chǎn)生分離巖塊），閉合、張開，連單一、組合（產(chǎn)生分離巖塊），閉合、張開，連 續(xù)、不連續(xù)，組數(shù)及密度，續(xù)、不連續(xù)，組數(shù)及密度， 影響坑道圍巖穩(wěn)定性因素 4）初始應(yīng)力狀態(tài)）初始應(yīng)力狀態(tài) 自重應(yīng)力、構(gòu)造應(yīng)力自重應(yīng)力、構(gòu)造應(yīng)力 5）巖石本身的強(qiáng)度）巖石本身的強(qiáng)度 在完整巖體中圍巖穩(wěn)定狀態(tài)往往取決于巖石強(qiáng)度。在完整巖體中圍巖穩(wěn)定狀態(tài)往往取決于巖石強(qiáng)度。

6、 但是當(dāng)巖石結(jié)構(gòu)面為圍巖穩(wěn)定的主要因素時(shí)，巖但是當(dāng)巖石結(jié)構(gòu)面為圍巖穩(wěn)定的主要因素時(shí)，巖 石本身的強(qiáng)度對(duì)圍巖穩(wěn)定的影響并不大。石本身的強(qiáng)度對(duì)圍巖穩(wěn)定的影響并不大。 影響坑道圍巖穩(wěn)定性因素 6）地下水的影響）地下水的影響 巖質(zhì)軟化，強(qiáng)度降低，涌水巖質(zhì)軟化，強(qiáng)度降低，涌水 3、人為因素、人為因素 1）隧道尺寸：跨度大小、斷面積）隧道尺寸：跨度大小、斷面積 2）斷面形狀：）斷面形狀： 3）支護(hù)的結(jié)構(gòu)類型及支護(hù)時(shí)間）支護(hù)的結(jié)構(gòu)類型及支護(hù)時(shí)間 4）施工方法）施工方法 一、圍巖分級(jí) 3 3個(gè)基本因素：個(gè)基本因素： 巖性：抗壓強(qiáng)度、彈性模量、彈性波速巖性：抗壓強(qiáng)度、彈性模量、彈性波速 等。等。 地質(zhì)構(gòu)造：巖體

7、完整性或結(jié)構(gòu)狀態(tài)。地質(zhì)構(gòu)造：巖體完整性或結(jié)構(gòu)狀態(tài)。 地下水：地下水發(fā)育時(shí)，圍巖級(jí)別應(yīng)降地下水：地下水發(fā)育時(shí)，圍巖級(jí)別應(yīng)降 低。低。 1 1個(gè)附加因素：個(gè)附加因素： 初始地應(yīng)力：適當(dāng)考慮。初始地應(yīng)力：適當(dāng)考慮。 （一）以巖石強(qiáng)度或巖石的物性指標(biāo)為代表的分級(jí)法（一）以巖石強(qiáng)度或巖石的物性指標(biāo)為代表的分級(jí)法 1. 1.以巖石強(qiáng)度為基礎(chǔ)的分級(jí)法以巖石強(qiáng)度為基礎(chǔ)的分級(jí)法 代表：土石分類法堅(jiān)石、次堅(jiān)石、松石、土。代表：土石分類法堅(jiān)石、次堅(jiān)石、松石、土。 2. 2.以巖石物性指標(biāo)為基礎(chǔ)的分級(jí)法以巖石物性指標(biāo)為基礎(chǔ)的分級(jí)法 代表：巖石堅(jiān)固性系數(shù)代表：巖石堅(jiān)固性系數(shù)(f(f值值) )分級(jí)法普氏法分級(jí)法普氏法 f

8、 f值：一個(gè)綜合的物性指標(biāo)值，如巖石的抗鉆性、抗值：一個(gè)綜合的物性指標(biāo)值，如巖石的抗鉆性、抗 爆性、強(qiáng)度等。爆性、強(qiáng)度等。 但核心還是巖石強(qiáng)度。但核心還是巖石強(qiáng)度。 ( (二二) ) 以巖體構(gòu)造、巖性特征為代表的分級(jí)方法以巖體構(gòu)造、巖性特征為代表的分級(jí)方法 代表：代表： 泰沙基法考慮圍巖的完整狀態(tài)和巖性，泰沙基法考慮圍巖的完整狀態(tài)和巖性， 共共9 9級(jí)。級(jí)。 我國交通隧道圍巖分級(jí)法借鑒了泰沙基我國交通隧道圍巖分級(jí)法借鑒了泰沙基 法，考慮巖體綜合物性，共法，考慮巖體綜合物性，共6 6級(jí)。級(jí)。 （三）與地質(zhì)勘探手段相聯(lián)系的分級(jí)方法（三）與地質(zhì)勘探手段相聯(lián)系的分級(jí)方法 代表：代表： 彈性波速分級(jí)法波

9、速是反映巖性與巖體結(jié)構(gòu)的一項(xiàng)綜合彈性波速分級(jí)法波速是反映巖性與巖體結(jié)構(gòu)的一項(xiàng)綜合 指標(biāo)，波速越高，圍巖越好。指標(biāo)，波速越高，圍巖越好。 波速波速 KvKv0.750.75 0.750.75 0.550.55 0.550.55 0.350.35 0.350.35 0.150.15 0.15 0.90.75 R 0.90.5 R 0.750.25 R 0.5R 30 30 硬巖硬巖 5 R5 Rb b30 30 軟巖軟巖 R Rb b 5 5 極軟巖極軟巖 圍巖完整程度圍巖完整程度 指標(biāo)指標(biāo)1 1：結(jié)構(gòu)面發(fā)育程度：結(jié)構(gòu)面發(fā)育程度 指標(biāo)指標(biāo)2 2：地質(zhì)構(gòu)造影響程度：地質(zhì)構(gòu)造影響程度 由此兩指標(biāo)，將巖

10、體完整程度分為由此兩指標(biāo)，將巖體完整程度分為5 5個(gè)級(jí)別，見下表：個(gè)級(jí)別，見下表： 第第4 4 巖體完整程度的劃分巖體完整程度的劃分 完整程度完整程度結(jié)構(gòu)面發(fā)育程度結(jié)構(gòu)面發(fā)育程度地質(zhì)構(gòu)造影響程度地質(zhì)構(gòu)造影響程度 完整完整不發(fā)育不發(fā)育輕微輕微 較完整較完整較發(fā)育、不發(fā)育較發(fā)育、不發(fā)育較重、輕微較重、輕微 較破碎較破碎發(fā)育、較發(fā)育發(fā)育、較發(fā)育嚴(yán)重嚴(yán)重 破碎破碎極發(fā)育、發(fā)育極發(fā)育、發(fā)育極嚴(yán)重、嚴(yán)重極嚴(yán)重、嚴(yán)重 極破碎極破碎極發(fā)育極發(fā)育極嚴(yán)重極嚴(yán)重 圍巖受地質(zhì)構(gòu)造影響程度等級(jí)劃分圍巖受地質(zhì)構(gòu)造影響程度等級(jí)劃分 圍巖節(jié)理（裂隙）發(fā)育程度劃分圍巖節(jié)理（裂隙）發(fā)育程度劃分 等級(jí)等級(jí)地質(zhì)構(gòu)造作用特征地質(zhì)構(gòu)造作

11、用特征 輕微輕微 圍巖地質(zhì)構(gòu)造變動(dòng)小，無斷裂（層）；層狀巖體一般呈單斜構(gòu)造；節(jié)理不發(fā)育 較重較重 圍巖地質(zhì)構(gòu)造變動(dòng)較大；位于斷裂（層）或褶曲軸的鄰近地段；可有小斷層，節(jié)理較 發(fā)育 嚴(yán)重嚴(yán)重 圍巖地質(zhì)構(gòu)造變動(dòng)較強(qiáng)烈，位于褶曲軸部或斷裂影響帶內(nèi)；軟巖多見扭曲及拖拉現(xiàn)象； 節(jié)理發(fā)育 很嚴(yán)重很嚴(yán)重 位于斷裂（層）破碎帶內(nèi)；節(jié)理很發(fā)育；巖體呈碎石、角礫狀，有的呈粉末泥土狀 等級(jí)等級(jí)地質(zhì)構(gòu)造作用特征地質(zhì)構(gòu)造作用特征 節(jié)理不發(fā)育節(jié)理不發(fā)育 節(jié)理（裂隙）1-2組，規(guī)則，為原生型或構(gòu)造型，多數(shù)的間距在1.0m以上，為密閉型。 巖體被切割成塊狀 節(jié)理較發(fā)育節(jié)理較發(fā)育 節(jié)理（裂隙）2-3組，呈x型，較規(guī)則，以構(gòu)造型

12、為主，多數(shù)的間距大于0.4m，多為 密閉。部分微張開，少有填充物。巖體被切割成大塊狀 節(jié)理發(fā)育節(jié)理發(fā)育 節(jié)理（裂隙）3組以上，不規(guī)則，呈x型或米字型，以構(gòu)造型或風(fēng)化型為主，多數(shù)間 距小于0.4m，大部分微張開，部分張開，大部分為粘性土填充。巖體被切割成塊、 碎石狀 節(jié)理很發(fā)育節(jié)理很發(fā)育 節(jié)理（裂隙）3組以上，雜亂，以構(gòu)造型或風(fēng)化型為主，多數(shù)間距小于0.2m，微張開 或張開，部分為粘土充填。巖體被切割成碎石狀 (4) (4) 鐵路隧道圍巖分級(jí)表鐵路隧道圍巖分級(jí)表 基本分級(jí)基本分級(jí)+ +圍巖彈性縱波速度圍巖彈性縱波速度= =鐵路隧道圍巖分級(jí)表鐵路隧道圍巖分級(jí)表 特點(diǎn)特點(diǎn) 給出了單線隧道圍巖開挖后的

13、穩(wěn)定狀態(tài)。給出了單線隧道圍巖開挖后的穩(wěn)定狀態(tài)。 尚未考慮地下水和地應(yīng)力。尚未考慮地下水和地應(yīng)力。 修正分級(jí)修正分級(jí) 地下水地下水 地下水的地下水的3 3種處理方法：種處理方法： 分級(jí)時(shí)按無水考慮，而是根據(jù)地下水的狀態(tài)，適分級(jí)時(shí)按無水考慮，而是根據(jù)地下水的狀態(tài)，適 當(dāng)降低圍巖等級(jí)當(dāng)降低圍巖等級(jí)(1(12 2級(jí)級(jí)) )； 分級(jí)時(shí)按有水考慮，當(dāng)確認(rèn)圍巖無水則提高圍巖分級(jí)時(shí)按有水考慮，當(dāng)確認(rèn)圍巖無水則提高圍巖 等級(jí)；等級(jí)； 直接將地下水狀況直接將地下水狀況( (水質(zhì)、水量、流通條件、靜水質(zhì)、水量、流通條件、靜 水壓力等水壓力等) )作為一個(gè)分級(jí)指標(biāo)。作為一個(gè)分級(jí)指標(biāo)。 鐵路隧道分級(jí)按第鐵路隧道分級(jí)按第

14、1 1種方法處理：種方法處理： 地下水影響的修正地下水影響的修正 地下水狀態(tài)的分級(jí)表地下水狀態(tài)的分級(jí)表 級(jí)別級(jí)別狀態(tài)狀態(tài)滲水量滲水量L/(minL/(min10m)10m) 干燥或濕潤干燥或濕潤1010 偶有滲水偶有滲水10251025 經(jīng)常滲水經(jīng)常滲水2512525125 圍巖基本分類圍巖基本分類 地下水狀態(tài)分級(jí)地下水狀態(tài)分級(jí) 初始地應(yīng)力初始地應(yīng)力 初始地初始地 應(yīng)力狀應(yīng)力狀 態(tài)態(tài) 主主 要要 現(xiàn)現(xiàn) 象象 評(píng)估基準(zhǔn)評(píng)估基準(zhǔn) （R Rc c/max max） ） 極高應(yīng)極高應(yīng) 力力 1.1.硬質(zhì)巖：開挖過程中時(shí)有巖爆發(fā)生，有巖塊彈硬質(zhì)巖：開挖過程中時(shí)有巖爆發(fā)生，有巖塊彈 出，洞壁巖體發(fā)生剝離，

15、新生裂縫多，成洞性差出，洞壁巖體發(fā)生剝離，新生裂縫多，成洞性差 44 2.2.軟質(zhì)巖：巖芯常有餅化現(xiàn)象，開挖過程中洞壁軟質(zhì)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，巖體有剝離，位移極為顯著，甚至發(fā)生大位移， 持續(xù)時(shí)間長，不易成洞持續(xù)時(shí)間長，不易成洞 高應(yīng)力高應(yīng)力 1 .1 .硬質(zhì)巖硬質(zhì)巖: : 開挖過程中可能出現(xiàn)巖爆，洞壁巖體開挖過程中可能出現(xiàn)巖爆，洞壁巖體 有剝離和掉塊現(xiàn)象，新生裂紋較多，成洞性較差有剝離和掉塊現(xiàn)象，新生裂紋較多，成洞性較差 4-74-7 2.2.軟質(zhì)巖：巖芯時(shí)有餅化現(xiàn)象，開挖過程中洞壁軟質(zhì)巖：巖芯時(shí)有餅化現(xiàn)象，開挖過程中洞壁 巖體位移極

16、顯著，持續(xù)時(shí)間長，成洞性差巖體位移極顯著，持續(xù)時(shí)間長，成洞性差 u初始地應(yīng)力影響的修正初始地應(yīng)力影響的修正 圍巖基本分級(jí)圍巖基本分級(jí) 修正級(jí)別修正級(jí)別 初始地應(yīng)力狀態(tài)初始地應(yīng)力狀態(tài) 極高應(yīng)力極高應(yīng)力 或或 高應(yīng)力高應(yīng)力 或或 2.2.公路隧道公路隧道 初步分級(jí)相當(dāng)于鐵路的基本分級(jí)初步分級(jí)相當(dāng)于鐵路的基本分級(jí) 依據(jù)：圍巖主要定性特征依據(jù)：圍巖主要定性特征 該特征由兩個(gè)基本因素組成：該特征由兩個(gè)基本因素組成： 巖石堅(jiān)硬程度巖石堅(jiān)硬程度R Rc c( (即強(qiáng)度即強(qiáng)度) ) 巖體完整性巖體完整性K Kv v( (即彈性波速即彈性波速) ) 推出推出圍巖基本質(zhì)量指標(biāo)圍巖基本質(zhì)量指標(biāo) BQ=90+3RBQ=90+3Rc c+250K+250Kv v 詳細(xì)分級(jí)相當(dāng)于鐵路的修正分級(jí)詳細(xì)分級(jí)相當(dāng)于鐵路的修正分級(jí) 修正修正BQBQ值：當(dāng)有以下值：當(dāng)有以下3 3方面影響時(shí)，應(yīng)予修正：方面影響時(shí)，應(yīng)予修正： 地下水地下