高速公路隧道围岩类别划分与判.docx

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高速公路隧道围岩类别划分与判

3-1-1隧道围岩级别划分与判定

隧道围岩分级就是评定围岩性质、判断隧道围岩稳定性，作为选择隧道位置、支护类型的依据和指导安全施工。

国内外现在的围岩分级方法有定性、定量、定性与定量相结合3种方法，且多以前两种方法为主。

定性分级的做法是，在现场对影响岩体质量的诸因素进行定性描述、鉴别、判断，或对主要因素作出评判、打分，有的还引入分量化指标进行综合分级。

以定性为主的分级方法，如现行的公路、铁路隧道围岩分级等方法经验的成分较大，有一定人为因素和不确定性，在使用中，往往存在不一致，随勘察人员的认识和经验的差别，对同一围岩作出级别不同的判断。

采用定性分级的围岩级别，常常出现与实际差别1～2级的情况。

定量分级的做法是根据对岩体性质进行测试的数据或对各参数打分，经计算获得岩体质量指标，并以该指标值进行分级。

如国外N.Barton的Q分级，Z.T.Bieniawsks的地质力学（MRM）分级、Dree的RQD值分级等方法。

但由于岩体性质和赋存条件十分复杂，分级时仅用少数参数和某个数学公式难以全面准确地概括所有情况，而且参数测试数量有限，数据的代表性和抽样的代表性均存在一定的局限，实施时难度较大。

影响围岩稳定的因素多种多样，主要是岩石的物理力学性质、构造发育情况、承受的荷载（工程荷载和初始应力）、应力变形状态、几何边界条件、水的赋存状态等。

这些因素中，岩体的物理力学性质和构造发育情况是独立于各种工作类型的，反映出了岩体的基本特性，在岩体的各项物理力学性质中，对稳定性关系最大的是岩石坚硬程度，岩体的构造发育状态、岩体的不连续性、节理化程度所反映的岩体完整性是地质体的又一基本属性。

国内外多数围岩分级都将岩石坚硬程度和岩体的完整程度作为岩体基本质量分级的两个基本因素。

1国标《锚杆喷射混凝土支护技术规范》围岩分级

1.1围岩分级

围岩级别的划分应根据岩石坚硬性岩体完整性结构面特征地下水和地应力状况等因素综合确定并应符合表1.1规定。

表1.1 围岩分级

围

岩

级

别

主要工程地质特征

毛洞稳定情况

岩体结构

构造影响程度，结构面发育情况和组合状态

岩石强度指标

岩体声波指标

岩体强度应力比

单轴饱和抗压强度

（MPa）

点荷载强度

（MPa）

岩体纵波速度

（km/s）

岩体完整性指标

I

整体状及层间结合良好的厚层状结构

构造影响轻微，偶有小断层结构面不发育，仅有2~3组，平均间距大于0.8m，以原生和构造节理为主，多数闭合，无泥质充填，不贯通。

层间结合良好，一般不出现不稳定块体

>60

>2.5

>5

>0.75

——

毛洞跨度5~10m时长期稳定，无碎块掉落

Ⅱ

同I级围岩结构

同I级围岩特征

30~60

1.25~2.5

3.7~5.2

>0.75

毛洞跨度5~10m时，围岩能较长时间（数月至数年）维持稳定，仅出现局部小块掉落

块状结构和层间结合较好的中厚层或厚层状结构

构造影响较重，有少量断层，结构面发育，一般

为3组，平均间距0.4~0.8m，以原生和构造节理为主，多数闭合，偶有泥质充填，贯通性较差，有少量软弱结构面。

层间结合较好，偶有层间错动和层面张开现象

>60

>2.5

3.7~5.2

>0.5

——

Ⅲ

同I级围岩结构

同I级围岩特征

20~30

0.85~1.25

3.0~4.5

>0.75

>2

毛洞跨度5~10m时围岩能维持一个月以上的稳定主要出现局部掉块塌落

同Ⅱ级围岩块状结构和层间结合较好的中厚层或厚层状结构

同Ⅱ级围岩块状结构和层间结合较好的中厚层或厚层状结构特征

30~60

1.25~2.50

3.0~4.5

0.5~0.75

>2

层间结合良好的薄层和软硬岩互层结构

构造影响较重结构面发育一般为3组平均间距02~04m以构造节理为主节理面多数闭合少有泥质充填岩层为薄层或以硬岩为主的软硬岩互层层间结合良好少见软弱夹层层间错动和层面张开现象

>60（软岩>20）

>250

30~45

030~050

>2

碎裂镶嵌结构

构造影响较重结构面发育一般为3组以上平均间距02~04m以构

造节理为主节理面多数闭合少数有泥质充填块体间牢固咬合

>60

>250

30~4.5

030~050

>2

Ⅳ

同Ⅱ级围岩块状结构和层间结合较好的中厚层或厚层状结构

同Ⅱ级围岩块状结构和层间结合较好的中厚层或厚层状结构特征

10~30

042~125

20~35

050~075

>1

毛洞跨度5m时围岩能维持数日到一个月的稳定主要失稳形式为冒落或片帮

散块状结构

构造影响严重一般为风化卸荷带结构面发育一般为3组平均间距04~08m以构造节理卸荷风化裂隙为主贯通性好多数张开夹泥夹泥厚度一般大于结构面的起伏高度咬合力弱构成较多的不稳定块体

>30

>125

>20

>015

>1

层间结合不良的薄层中厚层和软硬岩互层结构

构造影响严重结构面发育一般为3组以上平均间距02~04m以构造风化节理为主大部分微张（05~10mm）部分张开（10mm）有泥质充填层间结合不良多数夹泥层间错动明显

>30（软岩>10）

>125

20~35

020~040

>1

碎裂状结构

构造影响严重多数为断层影响带或强风化带结构面发育一般为3组以上平均间距02~04m大部分微张（05~10mm）部分张开（10mm）有泥质充填形成许多碎块体

>30

>125

20~35

020~040

>1

Ⅴ

散体状结构

构造影响很严重多数为破碎带全强风化带破碎带交汇部位构造及风化节理密集节理面及其组合杂乱形成大量碎块体块体间多数为泥质充填甚至呈石夹土状或土夹石状

——

——

<20

——

——

毛洞跨度5时围岩稳定时间很短约数小时至数日

注1围岩按定性分级与定量指标分级有差别时一般应以低者为准。

2本表声波指标以孔测法测试值为准如果用其他方法测试时可通过对比试验进行换算。

3层状岩体按单层厚度可划分为

厚层大于05m

中厚层01~05m

薄层小于01m

4一般条件下确定围岩级别时应以岩石单轴湿饱和抗压强度为准当洞跨小于5m，服务年限小于10年的工程确定围岩级别时可采用点荷载强度指标代替岩块单轴饱和抗压强度指标可不做岩体声波指标测试

5测定岩石强度做单轴抗压强度测定后可不做点荷载强度测定。

1.2围岩分级的主要影响因素

1.2.1体完整性指标

用岩体完整性系数Kv表示，Kv可按下式计算:

Kv=（Vpm/Vpr）2           （1.2-1）

式中：

Vpm——岩体弹性纵波速度（km/s）

Vpr——岩石弹性纵波速度（km/s）

当无条件进行声波实测时也可用岩体体积节理数Jv按表1.2定Kv值。

表1.2  Jv与Kv对照表

Jv（条/m3）

<3

3～10

10～20

20～35

＞35

Kv

＞0.75

0.75～0.55

0.55～0.35

0.35～0.15

＜0.15

1.2.2岩体强度应力比

岩体强度应力比的计算应符合下列规定：

1当有地应力实测数据时

Sm=Kvfr/σ1                 （1.2-2）

式中：

Sm--岩体强度应力比；

fr--岩石单轴饱和抗压强度（MPa）；

Kv--岩体完整性系数；

σ1--垂直洞轴线的较大主应力（kN/m2）。

2当无地应力实测数据时

σ1=γH              （3.2-3）

式中：

γ--岩体重力密度（kN/m3）；

H--隧洞顶覆盖层厚度（m）。

1.2.3地下水

对Ⅲ、Ⅳ级围岩当地下水发育时应根据地下水类型水量大小软弱结构面多少及其危害程度适当降级。

1.2.4断层带

对Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级围岩当洞轴线与主要断层或软弱夹层的夹角小于30时应降一级。

2铁路隧道围岩分级

2.1铁路隧道围岩分级及其适用条件

目前，我国铁路隧道采用的围岩分级如表2.1所示。

当用物探法测有弹性纵波速度时，可参照围岩弹性纵波速度测定值确定围岩级别。

本分级适用于一般地质情况的隧道，对特殊地质条件的围岩，如膨胀岩、盐岩、多年冻土等需另行考虑。

关于隧道围岩分级的基本因素和围岩基本分级及其修正,可参照2.3内容确定。

表2.1 铁路隧道围岩分级

围岩级别

围岩主要工程地质条件

围岩开挖后的稳定状态（单线）

围岩弹性纵波速度vp（km/s）

主要工程地质特征

结构特征和完整状态

Ⅰ

极硬岩（单轴饱和抗压强度Rc>60MPa）：

受地质构造影响轻微，节理不发育，无软弱面（或夹层）；层状岩层为巨厚层或厚层，层间结合良好，岩体完整

呈巨块状整体结构

围岩稳定，无坍塌，可能产生岩爆

>4.5

Ⅱ

硬质岩（Rc>30MPa）：

受地质构造影响较重，节理较发育，有少量软弱面（或夹层）和贯通微张节理，但其产状及组合关系不致产生滑动；层状岩层为中厚层或厚层，层间结合一般，很少有分离现象，或为硬质岩石偶夹软质岩石

呈巨块或大块状结构

暴露时间长，可能会出现局部小坍塌；侧壁稳定；层间结合差的平缓岩层，顶板易塌落

3.5～4.5

Ⅲ

硬质岩（Rc>30MPa）：

受地质构造影响严重，节理发育，有层状软弱面（或夹层），但其产状及组合关系尚不致产生滑动；层状岩层为薄层或中层，层间结合差，多有分离现象；硬、软质岩石互层

呈块（石）碎（石）状镶嵌结构

拱部无支护时可产生小坍塌，侧壁基本稳定，爆破震动过大易坍

2.5～4.0

较软岩（Rc≈15～30MPa）：

受地质构造影响较重，节理较发育；层状岩层为薄层、中厚层或厚层，层间一般

呈大块状结构

Ⅳ

硬质岩（Rc>30MPa）：

受地质构造影响极严重，节理很发育；层状软弱面（或夹层）已基本破坏

呈碎石状压碎结构

拱部无支护时，可产生较大的坍塌，侧壁有时失去稳定

1.5～3.0

软质岩（Rc≈5?

～30MPa）：

受地质构造影响严重，节理发育

呈块（石）碎（石）状镶嵌结构

土体：

1.具压密或成岩作用的黏性土、粉土及砂类土

2.黄土（Q1、Q2）

3.一般钙质、铁质胶结的碎石土、卵石土、大块石土

1和2呈大块状压密结构，3呈巨块状整体结构

Ⅴ

岩体：

软岩，岩体破碎至极破碎；全部极软岩及全部极破碎岩（包括受构造影响严重的破碎带）

呈角砾碎石状松散结构

围岩易坍塌，处理不当会出现大坍塌，侧壁经常小坍塌；浅埋时易出现地表下沉（陷）或塌至地表

1.0～2.0

土体：

一般第四系坚硬、硬塑黏性土，稍密及以上、稍湿或潮湿的碎石土著人、卵石土、圆砾土、角砾土、粉土及黄土（Q3、Q4）

非黏性土呈松散结构，黏性土及黄土呈松软结构

Ⅵ

岩体：

受构造影响严重呈碎石、角砾及粉末、泥土状的断层带

黏性土呈易壖动的松软结构，砂性土呈潮湿松散结构

围岩极易坍塌变形，有水时土砂常与水一齐涌出；浅埋时易塌至地表

<1.0（饱和状态的土<1.5）

土体：

软塑状黏性土、饱和的粉土、砂类土等

注：

层状岩层的层厚划分：

巨厚层：

厚度大于1.0m；           厚层：

厚度大于0.5m，且小于等于1.0m；

中厚层：

厚度大于0.1m，且小于等于0.5m；  薄层：

厚度小于或等于0.1m。

2.2各级围岩的物理力学指标

各级围岩的物理力学指标标准值应按试验资料确定，无试验资料时可按表2.2选用。

表2.2    各级围岩的物理力学指标

围岩级别

重度γ（kN/m3）

弹性反力系数K（MPa/m）

变形模量E（GPa）

泊松比υ

内摩擦角φ（o）

黏聚力C（MPa）

计算摩擦角φ（o）

Ⅰ

26～28

1800～2800

>33

<0.2

>60

>2.1

>78

Ⅱ

25～27

1200～1800

20～33

0.2～0.25

50～60

1.5～2.1

70～78

Ⅲ

23～25

500～1200

6～20

0.25～0.3

39～50

0.7～1.5

60～70

Ⅳ

20～23

200～500

1.3～6

0.3～0.35

27～39

0.2～0.7

50～60

Ⅴ

17～20

100～200

1～2

0.35～0.45

20～27

0.05～0.2

40～50

Ⅵ

15～17

<100

<1

0.4～0.5

<22

<0.1

30～40

注：

1.本表数值不包括黄土地层；

2.选用计算摩擦角时，不再计内摩擦角和黏聚力。

2.3围岩分级的主要因素

2.3.1围岩基本分级

围岩基本分级应由岩石坚硬程度和岩体完整程度两个因素确定；

岩石坚硬程度和岩体完整程度，应采用定性划分和定量指标两种方法综合确定。

岩石坚硬程度可按表2.3.1-1划分。

岩体完整程度可按表2.3.1-2划分。

围岩基本分级可按表2.3.1-3确定。

表2.3.1-1   岩石坚硬程度划分

岩石类别

单轴饱和抗压强度Rc（MPa）

代表性岩石

硬质岩

极硬岩

Rc>60

未风化可微风化的花岗岩、片麻岩、闪长岩、石英岩、硅质灰岩、钙质胶结的砂岩或砾岩等

硬岩

30

弱风化的极硬岩；未风化或微风化的熔结凝灰岩、大理岩、板岩、白云岩、灰岩、钙质胶结的砂岩、结晶颗粒较粗的岩浆岩等

软质岩

较软岩

15

强风化的极硬岩；弱风化的硬岩；未风化或微风化的云母片岩、千枚岩、砂质泥岩、钙泥质胶结的粉砂岩和砾岩、泥灰岩、泥岩、凝灰岩等

软岩

5

强风化的极硬岩；弱风化至强风化的硬岩；弱风化的较软岩和未风化或微风化的泥质岩类；泥岩、煤、泥质胶结的砂岩和砾岩等

极软岩

Rc≤5

全风化的各类岩石和成岩作用差的岩石

表2.3.1-2    岩体完整程度

完整程度

结构面特征

结构类型

岩体完整性指数（Kv）

完整

结构面1～2组，以构造型节理或层面为主，密闭型

巨块状整体结构

Kv>0.75

较完整

结构面2～3组，以构造型节理、层面为主，裂隙多呈密闭型，部分为微张型，少有充填物

块状结构

0.75≥Kv>0.55

较破碎

结构面一般为3组，节理及以风化裂隙为主，在断层附近受构造影响较大，裂隙以微张型和张开型为主，多有充填物

层状结构、块石、碎石状结构

0.55≥Kv>0.35

破碎

结构面大于3组，多以风化型裂隙为主，在断层附近受构造作用影响较大，裂隙宽度以张开型为主，多有充填物

碎石角砾状结构

0.35≥Kv>0.15

极破碎

结构面杂乱无序，在断层附近受断层作用影响大，宽张裂隙全为泥质或泥夹岩屑充填，充填物厚度大

散体状结构

Kv≤0.15

表2.3.1-3  围岩基本分级

级别

岩体特征

土体特征

围岩弹性纵波速度（km/s）

Ⅰ

极硬岩，岩体完整

——

>4.5

Ⅱ

极硬岩，岩体较完整；

硬岩，岩体完整

——

3.5～4.5

Ⅲ

极硬岩，岩体较破碎；

硬岩或软硬岩互层，岩体较完整；

较软岩，岩体完整

——

2.5～4.0

Ⅳ

极硬岩，岩体破碎；

硬岩，岩体较破碎基破碎；

较软岩或软硬岩互层，且以软岩为主，岩体较完整或较破碎；

软岩，岩体完整或较完整

具压密或成岩作用的黏性土、粉土及砂类土，一般钙质、铁质胶结的粗角砾土、粗圆砾土、碎石土、卵石土、大块石土、黄土（Q1、Q2）

1.5～3.0

Ⅴ

软岩，岩体破碎至极破碎；全部极软岩及全部极破碎岩（包括受构造影响严重的破碎带）

一般第四系坚硬、硬塑黏性土，稍密及以上、稍湿、潮湿的碎（卵）石土、粗圆砾土、细圆砾土、粗角砾土、细角砾土、粉土、及黄土（Q3、Q4）

1.0～2.0

Ⅵ

受构造影响很严重呈碎石、角砾及粉末、泥土状的断层带

软塑状黏性土、饱和的粉土、砂类土等

<1.0（饱和状态的土<1.5）

2.3.2隧道围岩分级修正

隧道围岩级别应在围岩基本分级的基础上，结合隧道工程的特点，考虑地下水状态、初始地应力状态等必要的因素进行修正。

2.3.2.1地下水状态的分级宜按表2.3.2-1确定。

地下水对围岩级别的修正，宜按表2.3.2-2进行。

表2.3.2-1  地下水状态的分级

级别

状态

渗水量[L/（min?

10n）]

Ⅰ

干燥或湿润

<10

Ⅱ

偶有渗水

10～25

Ⅲ

经常渗水

25～125

表2.3.2-2  地下水影响的修正

围岩基本分级

地下水状态分级

Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

Ⅳ

Ⅴ

Ⅵ

Ⅰ

Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

Ⅳ

Ⅴ

——

Ⅱ

Ⅰ

Ⅱ

Ⅳ

Ⅴ

Ⅵ

——

Ⅲ

Ⅱ

Ⅲ

Ⅳ

Ⅴ

Ⅵ

——

2.3.2.2围岩初始地应力状态，当无实测资料的，可根据隧道工程埋深、地貌、地形、地质、构造运动史、主要构造线与开挖过程中出现的岩爆、岩芯饼化等特殊地质现象，按表2.3.2-3评估。

初始地应力对围岩级别的修正宜按表2.3.2-4进行。

表2.3.2-3  初始地应力场评估基准

初始地应力状态

主要现象

评估基准（Rc/σmax）

极高应力

1.硬质岩：

开挖过程中时有岩爆发生，有岩块弹出，洞壁岩体发生剥离，新生裂缝多，成洞性差

<4

2.软质岩：

岩芯常有饼化现象，开挖过程中洞壁岩体有剥离，位移极为显著，甚至发生大位移，持续时间长，不易成洞

高应力

1.硬质岩：

开挖过程中可能出现岩爆，洞壁岩体有剥离和掉块现象，新生裂缝较多，成洞性较差

4～7

2.软质岩：

岩芯时有饼化现象，开挖过程中洞壁岩体位移显著，持续时间较长，成洞性差

注：

Rc为岩石单轴饱和抗压强度（MPa）；σmax为最大地应力值（MPa）。

表2.3.2-4  初始地应力影响的修正

围岩基本分级

修正级别

初始地应力状态

Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

Ⅳ

Ⅴ

极高应力

Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ或Ⅳ

Ⅴ

Ⅵ

高应力

Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

Ⅳ或Ⅴ

Ⅵ

注：

①围岩岩体为较破碎的极硬岩、较完整的硬岩时定为Ⅲ级；围岩岩体为完整的较软岩、较完整的软硬互层时定为Ⅳ级；

②围岩岩体为有些地方的极硬岩、较破碎及破碎的硬岩时定为Ⅳ级；围攻岩岩体为完整及较完整软岩、较完整及较破碎的较软岩时定为Ⅴ级。

2.3.2.3隧道洞身埋藏较浅，应根据围岩受地表的影响情况进行围岩级别修正。

当围岩为风化层时，应按风化层的围岩基本分级考虑；围岩仅受地表影响时，应较相应围岩降低1～2级。

2.3.2.4施工阶段隧道围岩级别的判定宜按表2.3.2-5的判定卡进行。

表2.3.2-5  施工阶段围岩级别判定卡

工程名称

位置

里程

评定

距洞口距离（m）

岩性指标

岩石类型（名称）

黏聚力c=MPa；φ=

极硬岩

硬岩

较软岩

软岩

极软岩

土

单轴饱和抗压强度Rc=MPa

点荷载强度极限Ix=MPa

变形模量E=GPa

泊松比υ=

天然重度γ=kN/m3

其他

岩体完整状态

地质构造影响程度

轻微

较重

严重

极严重

完整

较完整

较破碎

破碎

极破碎

地质结构面

间距（m）

>1.5

1.5～0.6

0.6～0.2

0.2～0.06

<0.06

延伸性

极差

差

中等

好

极好

粗糙度

明显

台阶状

粗糙

波纹状

平整光滑

有擦痕

平整光滑

张开性（mm）

密闭

<0.1

部分张开0.1～0.5

张开0.5～1.0

无充填张开

>1.0

黏土

充填

风化程度

未风化

轻微风化

颇重风化

严重风化

极严重风化

简要说明

地下水状态

渗水量[L/（min?

10m）]

<10

干燥或湿润

10～25

偶有渗水

25～125

经常渗水

干燥或湿润

偶有渗水

经常渗水

初始地应力状态

埋深H=m

地质构造应力状态

其他

围岩级别

Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

Ⅳ

Ⅴ

Ⅵ

备注

记录者

复核者

日期

3公路隧道围岩分级

3.1公路隧道围岩分级

围岩级别可根据调查、勘探、试验等资料、岩石隧道的围岩定性特征、围岩基本质量指标（BQ）或修正的围岩质量指标[BQ]值、土体隧道中的土体类型、密实状态等定性特征，按表3.1确定。

当根据岩体基本质量定性划分与（BQ）值确定的级别不一致时，应重新审查定性特征和定量指标计算参数的可靠性，并对它们重新观察、测试。

在工程可行性研究和初勘阶段，可采用定性划分的方法或工程类比方法进行围岩级别划分。

表3.1公路隧道围岩分级

围岩级别

围岩或土体主要定性特征

围岩基本质量指标（BQ）或

修正的围岩基本质量指标[BQ]

Ⅰ

坚硬岩，岩体完整，巨整体状或巨厚层状结构

>550

Ⅱ

坚硬岩，岩体较完整，块状或厚层状结构

较坚硬岩，岩体完整，块状整体结构

550～451

Ⅲ

坚硬岩，岩体较破碎，巨块（石）碎（石）状镶嵌结构

较坚硬岩或较软硬岩层，岩体较完整，块状体或中厚层结构

450～351

Ⅳ

坚硬岩,岩体破碎,碎裂结构

较坚硬岩,岩体较破碎～破碎,镶嵌碎裂结构

较软岩或软硬岩互层,且以软岩为主,岩体较完整～较破碎,中薄层状结构

350～251

土体：

1.压密或成岩作用的粘性土及砂性土

2.黄土（Q1、Q2）

3.一般钙质、铁质胶结的碎石土、卵石土、大块石土

Ⅴ

较软岩，岩体破碎；软岩，岩体较破碎～破碎；极破碎各类岩体。

碎、裂状、松散结构

≤250

一般第四系的半干硬至硬塑的黏性土及稍湿至潮湿的碎石土，卵石土、圆砾、角砾土及黄土（Q3、Q4）。

非粘性土呈松散结构、黏性土及黄土呈松软结构

Ⅵ

软塑状粘性土及潮湿、饱和粉细砂层、软土等

注：

本表不适用于特殊条件的围岩分级，如膨胀性围岩、多年冻土等。

3.2围岩分级的主要因素

公路隧道围岩分级的综合评判方法采用两步分级，并按以下顺序进行：

（1）根据岩石的坚硬程度和岩体完整程度两个基本因素的定性特征和定量的岩体基本质量指标（BQ），综合进行初步分级。

（2）对围岩进行详细定级时，应在岩体基本质量分级基础上，考虑修正因素的影响修正岩体基本质量指标值。

（3）按修正后的岩体基本