隧道圍巖級別劃分與判定

1、隧道圍巖級別劃分與判定隧道圍巖分級就是評定圍巖性質(zhì)、判斷隧道圍巖穩(wěn)定性，作為選擇隧道位置、支護類型的依據(jù)和指導(dǎo)安全施工。1 國標(biāo)錨桿噴射混凝土支護技術(shù)規(guī)范圍巖分級1.1圍巖分級圍巖級別的劃分應(yīng)根據(jù)巖石堅硬性巖體完整性結(jié)構(gòu)面特征地下水和地應(yīng)力狀況等因素綜合確定并應(yīng)符合表1.1規(guī)定。表1.1 圍巖分級圍巖級別主要工程地質(zhì)特征毛洞穩(wěn)定情況巖體結(jié)構(gòu)構(gòu)造影響程度，結(jié)構(gòu)面發(fā)育情況和組合狀態(tài)巖石強度指標(biāo)巖體聲波指標(biāo)巖體強度應(yīng)力比單軸飽和抗壓強度(MPa)點荷載強度(MPa)巖體縱波速度(km/s)巖體完整性指標(biāo)I整體狀及層間結(jié)合良好的厚層狀結(jié)構(gòu)構(gòu)造影響輕微，偶有小斷層結(jié)構(gòu)面不發(fā)育，僅有23 組，平均間距大于

2、0 .8m ，以原生和構(gòu)造節(jié)理為主，多數(shù)閉合，無泥質(zhì)充填，不貫通。層間結(jié)合良好，一般不出現(xiàn)不穩(wěn)定塊體602.550. 75毛洞跨度510m 時長期穩(wěn)定，無碎塊掉落同I級圍巖結(jié)構(gòu)同I 級圍巖特征30601. 252. 53.75 .20. 75毛洞跨度510m 時，圍巖能較長時間(數(shù)月至數(shù)年)維持穩(wěn)定，僅出現(xiàn)局部小塊掉落塊狀結(jié)構(gòu)和層間結(jié)合較好的中厚層或厚層狀結(jié)構(gòu)構(gòu)造影響較重，有少量斷層，結(jié)構(gòu)面發(fā)育，一般為3 組，平均間距0 .40 .8m， 以原生和構(gòu)造節(jié)理為主，多數(shù)閉合，偶有泥質(zhì)充填，貫通性較差，有少量軟弱結(jié)構(gòu)面。層間結(jié)合較好，偶有層間錯動和層面張開現(xiàn)象602. 53 .75. 20 .5同I

3、級圍巖結(jié)構(gòu)同I 級圍巖特征20300 .851.253 .04.50. 752毛洞跨度510m時圍巖能維持一個月以上的穩(wěn)定主要出現(xiàn)局部掉塊塌落同級圍巖塊狀結(jié)構(gòu)和層間結(jié)合較好的中厚層或厚層狀結(jié)構(gòu)同級圍巖塊狀結(jié)構(gòu)和層間結(jié)合較好的中厚層或厚層狀結(jié)構(gòu)特征30601. 252.503 .04.50 .50 .752層間結(jié)合良好的薄層和軟硬巖互層結(jié)構(gòu)構(gòu)造影響較重結(jié)構(gòu)面發(fā)育一般為3組平均間距0 .20 .4m 以構(gòu)造節(jié)理為主節(jié)理面多數(shù)閉合少有泥質(zhì)充填巖層為薄層或以硬巖為主的軟硬巖互層層間結(jié)合良好少見軟弱夾層層間錯動和層面張開現(xiàn)象60(軟巖20)2 .503 .04.50 .300 .502碎裂鑲嵌結(jié)構(gòu)構(gòu)造影

4、響較重結(jié)構(gòu)面發(fā)育一般為3 組以上平均間距0. 20 .4m 以構(gòu)造節(jié)理為主節(jié)理面多數(shù)閉合少數(shù)有泥質(zhì)充填塊體間牢固咬合602 .503 04.50 .300 .502同級圍巖塊狀結(jié)構(gòu)和層間結(jié)合較好的中厚層或厚層狀結(jié)構(gòu)同級圍巖塊狀結(jié)構(gòu)和層間結(jié)合較好的中厚層或厚層狀結(jié)構(gòu)特征10300. 421.252 .03.50 .500. 751毛洞跨度5m 時圍巖能維持?jǐn)?shù)日到一個月的穩(wěn)定主要失穩(wěn)形式為冒落或片幫散塊狀結(jié)構(gòu)構(gòu)造影響嚴(yán)重一般為風(fēng)化卸荷帶結(jié)構(gòu)面發(fā)育一般為3 組平均間距0 .40 .8m 以構(gòu)造節(jié)理卸荷風(fēng)化裂隙為主貫通性好多數(shù)張開夾泥夾泥厚度一般大于結(jié)構(gòu)面的起伏高度咬合力弱構(gòu)成較多的不穩(wěn)定塊體301

5、.252. 00. 151層間結(jié)合不良的薄層中厚層和軟硬巖互層結(jié)構(gòu)構(gòu)造影響嚴(yán)重結(jié)構(gòu)面發(fā)育一般為3 組以上平均間距0. 20 .4m 以構(gòu)造風(fēng)化節(jié)理為主大部分微張(0. 51. 0mm)部分張開( 1. 0mm)有泥質(zhì)充填層間結(jié)合不良多數(shù)夾泥層間錯動明顯30(軟巖10)1 .252 .03.50 .200. 401碎裂狀結(jié)構(gòu)構(gòu)造影響嚴(yán)重多數(shù)為斷層影響帶或強風(fēng)化帶結(jié)構(gòu)面發(fā)育一般為3 組以上平均間距0 .20 .4m 大部分微張(0 .51 .0mm) 部分張開( 1. 0mm) 有泥質(zhì)充填形成許多碎塊體301. 252. 03.50 .200 .401散體狀結(jié)構(gòu)構(gòu)造影響很嚴(yán)重多數(shù)為破碎帶全強風(fēng)化帶

6、破碎帶交匯部位構(gòu)造及風(fēng)化節(jié)理密集節(jié)理面及其組合雜亂形成大量碎塊體塊體間多數(shù)為泥質(zhì)充填甚至呈石夾土狀或土夾石狀550堅硬巖，巖體較完整，塊狀或厚層狀結(jié)構(gòu)較堅硬巖，巖體完整，塊狀整體結(jié)構(gòu)550451堅硬巖，巖體較破碎，巨塊（石）碎（石）狀鑲嵌結(jié)構(gòu)較堅硬巖或較軟硬巖層，巖體較完整，塊狀體或中厚層結(jié)構(gòu)450351堅硬巖,巖體破碎,碎裂結(jié)構(gòu)較堅硬巖,巖體較破碎破碎,鑲嵌碎裂結(jié)構(gòu)較軟巖或軟硬巖互層,且以軟巖為主,巖體較完整較破碎,中薄層狀結(jié)構(gòu)350251土體：1.壓密或成巖作用的粘性土及砂性土2.黃土(Q1、Q2)3.一般鈣質(zhì)、鐵質(zhì)膠結(jié)的碎石土、卵石土、大塊石土較軟巖，巖體破碎；軟巖，巖體較破碎破碎；極破

7、碎各類巖體。碎、裂狀、松散結(jié)構(gòu)250一般第四系的半干硬至硬塑的黏性土及稍濕至潮濕的碎石土，卵石土、圓礫、角礫土及黃土（Q3、Q4）。非粘性土呈松散結(jié)構(gòu)、黏性土及黃土呈松軟結(jié)構(gòu)軟塑狀粘性土及潮濕、飽和粉細(xì)砂層、軟土等注：本表不適用于特殊條件的圍巖分級，如膨脹性圍巖、多年凍土等。3.2圍巖分級的主要因素公路隧道圍巖分級的綜合評判方法采用兩步分級，并按以下順序進(jìn)行： (1)根據(jù)巖石的堅硬程度和巖體完整程度兩個基本因素的定性特征和定量的巖體基本質(zhì)量指標(biāo)（BQ），綜合進(jìn)行初步分級。(2)對圍巖進(jìn)行詳細(xì)定級時，應(yīng)在巖體基本質(zhì)量分級基礎(chǔ)上，考慮修正因素的影響修正巖體基本質(zhì)量指標(biāo)值。(3)按修正后的巖體基本質(zhì)

8、量指標(biāo)BQ，結(jié)合巖體的定性特征綜合評判，確定圍巖的詳細(xì)分級。3.2.1巖石堅硬程度1 巖石堅硬程度可按表3.2.1-1定性劃分。表3.2.1-1 巖石堅硬程度的定性劃分 名稱定性鑒定代表性巖石硬質(zhì)巖堅硬巖錘擊聲清脆，有回彈，震手，難擊碎；浸水后，大多無吸水反應(yīng)未風(fēng)化微風(fēng)化的花崗巖、正長巖、閃長巖、輝綠巖、玄武巖、安山巖、片麻巖、石英片巖、硅質(zhì)板巖、石英巖、硅質(zhì)膠結(jié)的礫巖、石英砂巖、硅質(zhì)石灰?guī)r等較堅硬巖錘擊聲較清脆，有輕微回彈，稍震手，較難擊碎； 浸水后，有輕微吸水反應(yīng)1弱風(fēng)化的堅硬巖； 2未風(fēng)化微風(fēng)化的熔結(jié)凝灰?guī)r、大理巖、板巖、白云巖、石灰?guī)r、鈣質(zhì)膠結(jié)的砂頁巖等軟質(zhì)巖較軟巖錘擊聲不清脆，無回彈

9、，較易擊碎；浸水后，指甲可刻出印痕1強風(fēng)化的堅硬巖； 2弱風(fēng)化的較堅硬巖； 3未風(fēng)化微風(fēng)化的凝灰?guī)r、千枚巖、砂質(zhì)泥巖、泥灰?guī)r、泥質(zhì)砂巖、粉砂巖、頁巖等軟巖錘擊聲啞，無回彈，有凹痕，易擊碎；浸水后，手可掰開1強風(fēng)化的堅硬巖； 2弱風(fēng)化強風(fēng)化的較堅硬巖； 3弱風(fēng)化的較軟巖； 4未風(fēng)化的泥巖等極軟巖錘擊聲啞，無回彈，有較深凹痕，手可捏碎；浸水后，可捏成團1全風(fēng)化的各種巖石； 2各種半成巖2巖石堅硬程度定量指標(biāo)用巖石單軸飽和抗壓強度（Rc）表達(dá)。Rc一般采用實測值，若無實測值時，可采用實測的巖石點荷載強度指數(shù)Is（50）的換算值，即按式（3.2.1）計算： Rc= Is（50）0.75 (3.2.1）

10、 3 Rc與巖石堅硬程度定性劃分的關(guān)系，可按表3.2.1-2確定。表3.2.1-2 Rc與巖石堅硬程度定性劃分的關(guān)系Rc(MPa)60603030151551.0好或一般節(jié)理、裂隙、層面整體狀或巨厚層結(jié)構(gòu)較完整121.0差節(jié)理、裂隙、層面塊狀或厚層狀結(jié)構(gòu)231.00.4好或一般塊狀結(jié)構(gòu)較破碎231.00.4差節(jié)理、裂隙、層面、小斷層裂隙塊狀或中厚層結(jié)構(gòu)30.40.2好鑲嵌碎裂結(jié)構(gòu)一般中、薄層狀結(jié)構(gòu)破碎30.40.2差各種類型結(jié)構(gòu)面裂隙塊狀結(jié)構(gòu)0.2一般或差碎裂狀結(jié)構(gòu)極破碎無序很差散體狀結(jié)構(gòu)注：平均間距指主要結(jié)構(gòu)面（12組）間距的平均值。2巖體完整程度的定量指標(biāo)用巖體完整性系數(shù)(Kv)表達(dá)。Kv

11、一般用彈性波探測值，若無探測值時，可用巖體體積節(jié)理數(shù)（Jv）按表3.2.2-2確定對應(yīng)的Kv值。 表3.2.2-2 Jv與Kv對照表 Jv(條/m3)0.750.750.550.550.350.350.1590Kv+30時，應(yīng)以Rc=90Kv+30和Kv代入計算BQ值。 2 當(dāng)Kv0.04Rc+0.4時，應(yīng)以Kv=0.04Rc+0.4和Rc代入計算BQ值。圍巖詳細(xì)定級時，如遇下列情況之一，應(yīng)對巖體基本質(zhì)量指標(biāo)（BQ）進(jìn)行修正：1 有地下水；2 圍巖穩(wěn)定性受軟弱結(jié)構(gòu)面影響，且由一組起控制作用；3 存在高初始應(yīng)力。 圍巖基本質(zhì)量指標(biāo)修正值BQ，可按式（3.2.4）計算： BQ=BQ-100（K1+

12、K2+K3） （3.2.4）式中：BQ圍巖基本質(zhì)量指標(biāo)修正值； BQ圍巖基本質(zhì)量指標(biāo)； K1地下水影響修正系數(shù)； K2主要軟弱結(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)。 K1、K2、K3值，可分別按表3.2.3-1、表3.2.3-2、表3.2.3-3確定。無表中所示情況時，修正系數(shù)取零。表3.2.3-1 地下水影響修正系數(shù)K1 BQ地下水出水狀態(tài)450450351350251250潮濕或點滴狀出水00.10.20.30.40.6淋雨狀或涌流狀出水,水壓0.1Mpa或單位出水量0.1Mpa或單位出水量10L/minm0.20.40.60.70.91.0表3.2.3-2 主要軟弱結(jié)構(gòu)

13、面產(chǎn)狀影響修正系數(shù)K2結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀及其與洞軸線的組合關(guān)系結(jié)構(gòu)面走向與洞軸線夾角60,結(jié)構(gòu)面傾角75其它組合K20.40.600.20.20.4表3.2.3-3初始應(yīng)力狀態(tài)影響系數(shù)K3 BQ初始應(yīng)力狀態(tài)550550451450351350251250極高應(yīng)力區(qū)1.01.01.01.51.01.51.0高應(yīng)力區(qū)0.50.50.50.51.00.51.0圍巖極高及高初始應(yīng)力狀態(tài)的評估，可按表3.2.3-4規(guī)定進(jìn)行。表3.2.3-4高初始應(yīng)力地區(qū)圍巖在開挖過程中出現(xiàn)的主要現(xiàn)象應(yīng)力情況主要現(xiàn)象Rc/max極高應(yīng)力1.硬質(zhì)巖：開挖過程中時有巖爆發(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2.軟質(zhì)

14、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，不易成洞370.222堅硬較堅硬巖,結(jié)核一般;較軟巖,結(jié)合好37290.220.123堅硬較堅硬巖,結(jié)核差;較軟巖軟巖,結(jié)合一般29190.120.084較堅硬較軟巖,結(jié)核差結(jié)合很差;軟巖,結(jié)合差;軟質(zhì)巖的泥化面19130.080.055較堅硬巖及全部軟質(zhì)巖,結(jié)合很差;軟質(zhì)巖泥化層本身130.053.2.5各級圍巖的自穩(wěn)能力宜根據(jù)圍巖變形量測和理論計算分析來評定，也可按表3.2.5作出大致的評判。表3.2.5 隧道各級圍巖自穩(wěn)能力判斷圍巖級別自穩(wěn)能力跨度20m,可長期穩(wěn)定,偶有掉塊,無塌方跨度10m20m

15、,可基本穩(wěn)定,局部可發(fā)生掉塊或小塌方跨度10m,可長期穩(wěn)定,偶有掉塊跨度10m20m,可穩(wěn)定數(shù)日1個月,可發(fā)生小中塌方跨度5m20m,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5m,一般無自穩(wěn)能力,數(shù)日數(shù)月內(nèi)可發(fā)生松動變形位移、小塌方，進(jìn)而發(fā)展為及中大塌方埋深小時，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；跨度小于5m,可穩(wěn)定數(shù)日1個月 無自穩(wěn)能力，跨度5m或更小時，可穩(wěn)定數(shù)日無自穩(wěn)能力注：小塌方：塌方高度3m，或塌方體積6m，或塌方體積100m3。5.2 Q系統(tǒng)簡要用法介紹Q分類法主要考察圍巖結(jié)構(gòu)、完整性和應(yīng)力情況及其對應(yīng)的6個參數(shù)，通過公式（5.2-

16、1）計算得到Q值，每一個Q值都反映所在掌子面處的圍巖情況，為了更具有代表性，Q值可以是一個范圍。但Q分類法中參數(shù)取值也是通過給定性描述賦權(quán)值的方法進(jìn)行，所以在實施中也難免帶有人為因素，同時Q系統(tǒng)建議的比較經(jīng)濟的隧道支護方法，由于種種原因在我國還沒有得到有效和推廣應(yīng)用。盡管如此，Q系統(tǒng)的分類方法能給圍巖的好壞賦于一個數(shù)值，它可以作為我國隧道分類方法的一個有益補充，使圍巖分類的結(jié)果更貼近實際地質(zhì)情況。 (5.2-1)式中：QN.Barton巖質(zhì)評定系數(shù)；RQD巖體質(zhì)量指標(biāo)；Jn巖體組數(shù)；Jr節(jié)理粗糙度；Ja節(jié)理蝕變系數(shù)；Jw節(jié)理折減系數(shù)；SRF應(yīng)力折減系數(shù)。式中，第一個商數(shù)（）表示巖體的完整性；第二個商數(shù)（）表示結(jié)構(gòu)面形態(tài)，充填物特征及次生變化程度；第三個商數(shù)（）表示水與應(yīng)力存在時對巖體質(zhì)量的影響。下面簡述各個系數(shù)所代表的意義和取值方法。(1)RQD值，巖體質(zhì)量指標(biāo)。RQD是Deree推薦了一種在鉆進(jìn)時統(tǒng)計巖體質(zhì)量指標(biāo)（Rock Quality Designation）進(jìn)行巖體分類的方法。RQD值的定義是：采用NX標(biāo)準(zhǔn)鉆頭鉆進(jìn)，每一回次進(jìn)尺中，長