隧道圍巖分級(jí)影響因素及指標(biāo)講義

隧道圍巖分級(jí)三、分級(jí)(類)的因素指標(biāo)及其選擇一、概述二、影響圍巖穩(wěn)定性的主要因素四、國內(nèi)主要地下工程圍巖分級(jí)(類)標(biāo)準(zhǔn)五、國外主要圍巖分類系統(tǒng)簡(jiǎn)介一、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(duì)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(shí)穩(wěn)定和不穩(wěn)定四種。圍巖分級(jí)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(jí)，這就是圍巖分級(jí)。目前，隧道圍巖分級(jí)是設(shè)計(jì)、施工的基礎(chǔ)（工程類比法就是建立在圍巖分級(jí)的基礎(chǔ)上的）。圍巖分級(jí)的目的是：①作為選擇施工方法的依據(jù)；②進(jìn)行科學(xué)管理及正確評(píng)價(jià)經(jīng)濟(jì)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(dòng)定額、材料消耗標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)等等。比較理想的分級(jí)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(jī)性；②便于操作使用，適于一般勘測(cè)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(duì)圍巖的認(rèn)識(shí)是不斷深入的從國外的情況看：土石方工程分類法(開挖難易程度)巖石的堅(jiān)固性來分類:如堅(jiān)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(jiān)固性為基礎(chǔ)的分類從分級(jí)指標(biāo)方面：大多數(shù)從定性描述經(jīng)驗(yàn)判斷定量描述以隧道圍巖的穩(wěn)定性為基礎(chǔ)進(jìn)行分級(jí)是隧道圍巖分級(jí)的總趨勢(shì)。另外的發(fā)展趨勢(shì)：以巖體為對(duì)象、與地質(zhì)勘探結(jié)合、與設(shè)計(jì)施工結(jié)合、定量化。二、影響圍巖穩(wěn)定性的主要因素1.地質(zhì)因素

(1)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(qiáng)度。一般來說，巖石強(qiáng)度越高，洞室越穩(wěn)定。(2)巖體結(jié)構(gòu)特征巖體的結(jié)構(gòu)特征可以簡(jiǎn)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(yán)重程度。從下述的5個(gè)方面來研究結(jié)構(gòu)面對(duì)地下工程圍巖穩(wěn)定性影響的大小：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)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?cè)诳臻g的組合狀態(tài)。(4)圍巖的初始應(yīng)力場(chǎng)圍巖的初始應(yīng)力場(chǎng)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(duì)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(dòng)所造成的人為因素(1)地下洞室尺寸和形狀在同一級(jí)(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(duì)地下工程圍巖穩(wěn)定性的影響較為明顯，在分級(jí)(類)中必須予以考慮。三、分級(jí)(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(qiáng)度、巖石堅(jiān)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。“巖石質(zhì)量指標(biāo)”(RQD—RockQualityDesignation)也是反映巖體破碎程度和巖石強(qiáng)度的綜合指標(biāo)。所謂巖石質(zhì)量指標(biāo)是指鉆探時(shí)巖芯復(fù)原率，或稱巖芯采取率。洞室圍巖自穩(wěn)的時(shí)間ts

式中，L——坑道未支護(hù)地段的長(zhǎng)度；

α——視圍巖情況在0~1之間變化，好的巖體可取α

＝0，極差的α＝1.0；

C——視圍巖條件而定的系數(shù)。3.復(fù)合指標(biāo)(1)巴頓(N.Barton)等人所提出的“巖體質(zhì)量Q”，Q與6個(gè)表明巖體質(zhì)量的地質(zhì)參數(shù)有關(guān)，表示為式中，RQD為巖石質(zhì)量指標(biāo)；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(yīng)力折減系數(shù)。(2)我國總參工程兵坑道工程圍巖分類中所采用的巖體質(zhì)量指標(biāo)Rm和應(yīng)力比S。式中，Rc——巖石單軸飽和極限抗壓強(qiáng)度；

Kv——巖體完整性系數(shù)，巖體愈完整，取值愈大，變化范圍為1.0~0.08，由實(shí)測(cè)確定；

Kw——地下水影響減折系數(shù)，變化范圍為1.0~0.4，無水時(shí)取1.0，視具體情況由經(jīng)驗(yàn)確定；

KJ——巖層面產(chǎn)狀要素影響折減系數(shù)，變化范圍為1.0~0.5。式中，σm——最大的垂直地應(yīng)力。(3三)《水工三隧洞三設(shè)計(jì)三規(guī)范)(三SL三27三9-三20三02三)圍巖三工程三地質(zhì)三分類三和國三標(biāo)《錨桿三噴射三混凝三土支三護(hù)技三術(shù)規(guī)三范》(三GB三50三08三6－20三01三)所采三用的圍巖/巖體三強(qiáng)度三應(yīng)力三比S，S綜合三考慮三了巖三石強(qiáng)三度、三巖體三完整三性和三地應(yīng)三力的三因素三。式中三，Rc——巖石三飽和三單軸三抗壓三強(qiáng)度三；Kv——巖體三完整三性系三數(shù)；σm——圍巖三的最三大主三應(yīng)力三；σ1——垂直三洞軸三線的三較大三主應(yīng)三力。(4三)國標(biāo)《工程三巖體三分級(jí)三標(biāo)準(zhǔn)》(三GB三5三02三18－94三)也采三用了三兩個(gè)三復(fù)合三指標(biāo)——巖體三基本三質(zhì)量三指標(biāo)BQ和修三正的三巖體三基本三質(zhì)量三指標(biāo)[B三Q]．根據(jù)三以上三對(duì)分三級(jí)(類)指標(biāo)三的分三析，三可以三得到三如下三的結(jié)三論：①應(yīng)三選擇三對(duì)圍三巖穩(wěn)三定性(主要三表現(xiàn)三在變?nèi)纹迫龎奶厝陨?有重三大影三響的三主要三因素三；②選三擇測(cè)三試設(shè)三備比三較簡(jiǎn)三單、三人為三性小三、科三學(xué)性三較強(qiáng)三的定三量指三標(biāo)；③主三要分三級(jí)(類)指標(biāo)三要有三一定三的綜三合性三，最三好采三用復(fù)三合指三標(biāo)，三以便三全面三、充三分地三反映三圍巖三的工三程性三質(zhì)，三并應(yīng)三有足三夠的三實(shí)測(cè)三資料三為基三礎(chǔ)。目前三鐵路三隧道三圍巖三分級(jí)三采用三兩種三方法三，即以圍三巖穩(wěn)三定為三基礎(chǔ)三的分三級(jí)方三法和按彈三性波(縱波)速度三的分三級(jí)方三法。四、三國內(nèi)三主要三地下三工程三圍巖三分級(jí)(類)標(biāo)準(zhǔn)(一)《鐵路三隧道三設(shè)計(jì)三規(guī)范》的圍三巖分三級(jí)1.圍巖三分級(jí)三的基三本因三素(1三)巖石三堅(jiān)硬三程度根據(jù)三單軸三飽和三極限三抗壓三強(qiáng)度Rc分為5級(jí)，三即極三硬巖三、硬三質(zhì)巖三、較三軟巖三、軟三巖、三極軟三巖。巖石三堅(jiān)硬三程度三的劃三分(2三)巖體三的完三整程三度主要三是指三圍巖三被各三種結(jié)三構(gòu)面三切割三成單三元體三的特三征及三其被三切割三后的三塊度三大小三。它三是評(píng)三價(jià)圍三巖穩(wěn)三定程三度最三直接三、最三重要三的指三標(biāo)。為了三衡量三圍巖三的完三整程三度要三考慮三的因三素：按照三軟弱三面的三產(chǎn)狀三、貫三通性三以及三充填三物的三情況三，可三將圍三巖分三為：三完整三、較三完整三、較三破碎三、破三碎、三極破三碎。按照三圍巖三受地三質(zhì)構(gòu)三造影三響的三程度三，可三將圍三巖分三為：三構(gòu)造三變動(dòng)三輕微三、較三重、三嚴(yán)重三、很三嚴(yán)重三。按照三節(jié)理(裂隙)發(fā)育三程度三的不三同又三分為三：節(jié)三理不三發(fā)育三、節(jié)三理較三發(fā)育三、節(jié)三理發(fā)三育及三節(jié)理三很發(fā)三育。按照三巖體三風(fēng)化三程度三的不三同將三圍巖三分為三：風(fēng)三化輕三微、三較重三、嚴(yán)三重、三極嚴(yán)三重四三級(jí)。巖體三完整三程度三劃分2.圍巖三基本三分級(jí)三及其三修正(1三)基本三分級(jí)《鐵路三隧道三設(shè)計(jì)三規(guī)范》將單三、雙三線鐵三路隧三道的三圍巖三劃分三為六三級(jí)。(2三)隧道三級(jí)別三的修三正地下三水影三響的三修正根據(jù)三單位三時(shí)間三的滲三水量三可將三地下三水狀三態(tài)分三為3級(jí)。鐵路三隧道三圍巖三分級(jí)地下三水狀三態(tài)的三分級(jí)根據(jù)三地下三水狀三態(tài)對(duì)三圍巖三級(jí)別三進(jìn)行三修正三。地下三水影三響的三修正圍巖三初始三地應(yīng)三力狀三態(tài)修三正初始三地應(yīng)三力狀三態(tài)評(píng)三估初始三地應(yīng)三力影三響的三修正風(fēng)化三作用三的影三響隧道三洞深三埋深三較淺三，應(yīng)三根據(jù)三圍巖三受地三表的三影響三情況三進(jìn)行三圍巖三級(jí)別三修正三。當(dāng)三圍巖三為風(fēng)三化層三時(shí)應(yīng)三按風(fēng)三化層三的圍三巖基三本分三級(jí)考三慮。三圍巖三僅受三地表三影響三時(shí)，三應(yīng)較三相應(yīng)三圍巖三降低1~三2級(jí)。采取三兩步三走的三方法三：先三確定三巖體三基本三質(zhì)量三；再三結(jié)合三具體三工程三的特三點(diǎn)確三定巖三體級(jí)三別。(二)國標(biāo)《工程三巖體三分級(jí)三標(biāo)準(zhǔn)》(三GB三5三02三18三-9三4)1.分級(jí)三因素三及其三確定三方法本分三級(jí)標(biāo)三準(zhǔn)認(rèn)三為巖三體基三本質(zhì)三量應(yīng)三由巖三石堅(jiān)三硬程三度和三巖體三完整三程度三兩個(gè)三因素三確定三。巖體三完整三程度三可分三為：三完整三、較三完整三、較三破碎三、破三碎、三極破三碎。三巖體三完整三程度三劃分三的定三量指三標(biāo)采三用巖三體完三整性三指數(shù)Kv。Kv與定三性劃三分的三巖體三完整三程度三的對(duì)三應(yīng)關(guān)三系2.巖體三基本三質(zhì)量三分級(jí)巖體三基本三質(zhì)量三分級(jí)三可根三據(jù)上三述的三分級(jí)三因素三結(jié)合三巖體三基本三質(zhì)量三指標(biāo)BQ進(jìn)行三。巖體三基本三質(zhì)量三指標(biāo)BQ應(yīng)根三據(jù)Rc的兆三帕數(shù)三值和Kv值計(jì)三算而三得。BQ=9三0+三3Rc+2三50Kv當(dāng)Rc＞90Kv+3三0時(shí)，三應(yīng)以Rc=9三0Kv+3三0和Kv代入三式計(jì)三算BQ值；當(dāng)Kv＞0.三04Rc+0三.4時(shí)，三應(yīng)以Kv=0三.0三4Rc+0三.4和Rc代入三式計(jì)三算BQ值。巖體三基本三質(zhì)量三分級(jí)3.工程三巖體三級(jí)別三的確三定修正三的巖三體基三本質(zhì)三量指三標(biāo)[BQ][BQ]=BQ－10三0(K1十K2十K3)式中三，[BQ]—三—巖體三基本三質(zhì)量三指標(biāo)三修正三值；BQ——巖體三基本三質(zhì)量三指標(biāo)三；K1——地下三水影三響修三正系三數(shù)；K2——軟弱三結(jié)構(gòu)三面產(chǎn)三狀影三響修三正系三數(shù)；K3——初始三應(yīng)力三狀態(tài)三影響三修正三系數(shù)三。地下三水影三響修三正系三數(shù)K1主要三軟弱三結(jié)構(gòu)三面產(chǎn)三狀影三響系三數(shù)K2初始三應(yīng)力三狀態(tài)三影響三修正三系數(shù)K34.地下三工程三巖體三自穩(wěn)三能力根據(jù)[BQ]值可三重新三確定三工程三巖體三的質(zhì)三量級(jí)三別。地下三工程三巖體三自穩(wěn)三能力20三03年發(fā)三布的《地鐵三設(shè)計(jì)三規(guī)范》(三GB三50三15三7-三20三03三)規(guī)定三：暗三挖結(jié)三構(gòu)的三圍巖三分級(jí)三按現(xiàn)三行《鐵路三隧道三設(shè)計(jì)三規(guī)范》確定三。(三)《地鐵三設(shè)計(jì)三規(guī)范》的圍三巖分三級(jí)(四)《公路三隧道三設(shè)計(jì)三規(guī)范》的圍三巖分三級(jí)《公路三隧道三設(shè)計(jì)三規(guī)范)(三JT三GD三70－20三04三)圍巖三分級(jí)三的思三路、三方法三和采三用的三分級(jí)三指標(biāo)三與國三標(biāo)《工程三巖體三分級(jí)三標(biāo)準(zhǔn)》(三GB三50三21三8－94三)完全三相同三，即三采用三了兩三步分三級(jí)法三，只三是分三級(jí)的三對(duì)象三范圍三更廣三，包三括了三土體三。公路三隧道三圍巖三分級(jí)根據(jù)三單一三巖性三指標(biāo)——單軸三飽和三抗壓三強(qiáng)度三和復(fù)三合指三標(biāo)——巖體三質(zhì)量三指標(biāo)Rm及應(yīng)三力比S，將三圍巖三分為3種5大類三。(五)總參三工程三兵《坑道三工程》圍巖三分類總參三工程三兵坑三道工三程圍三巖分三類規(guī)范三規(guī)定三：水三工隧三洞的三圍巖三分類三，巖三洞按《水利三水電三工程三地質(zhì)三勘察三規(guī)范》(三GB三50三28三7-三99三)的規(guī)三定執(zhí)三行，三土洞三按《土工三試驗(yàn)三規(guī)程》(三SL三2三37三-1三99三9)的規(guī)三定執(zhí)三行。(六)《水工三隧洞三設(shè)計(jì)三規(guī)范》的圍三巖分三級(jí)《水利三水電三工程三地質(zhì)三勘察三規(guī)范》的圍三巖工三程地三質(zhì)分三類以三控制三圍巖三穩(wěn)定三的巖三石強(qiáng)三度、三巖體三完整三程度三、結(jié)三構(gòu)面三狀態(tài)三、地三下水三和主三要結(jié)三構(gòu)面三產(chǎn)狀5項(xiàng)因三素之三和的三總評(píng)三分為三基本三判據(jù)三，圍三巖強(qiáng)三度應(yīng)三力比S為限三定判三據(jù)。水工三隧洞三圍巖三工程三地質(zhì)三分類圍巖三總評(píng)三分T是5項(xiàng)因三素的三評(píng)分三之和三。巖三石強(qiáng)三度、三巖體三完整三程度三、結(jié)三構(gòu)面三狀態(tài)三、地三下水三狀態(tài)三、主三要結(jié)三構(gòu)面三產(chǎn)狀三這5項(xiàng)因三素的三評(píng)分三都有三一定三的評(píng)三分標(biāo)三準(zhǔn)。規(guī)范三規(guī)定三：圍三巖級(jí)三別的三劃分三，應(yīng)三根據(jù)三巖石三堅(jiān)硬三性、三巖體三完整三性、三結(jié)構(gòu)三面特三征、三地下三水和三地應(yīng)三力狀三況等三因素三綜合三確定三。(七)《錨桿三噴射三混凝三土支三護(hù)技三術(shù)規(guī)三范》的圍三巖分三級(jí)五、三國外三主要三圍巖三分類三系統(tǒng)三簡(jiǎn)介(