隧道工程第二章隧道工程地质环境及围岩分级课件.pptx

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1、 2.2 施工地质超前预报 施工地质超前预报施工地质超前预报:就是利用一定的技术和手段收集隧道所在岩体的有关资料，并运用相应的地质理论和灾害发生规律对这些资料进行分析、研究，从而对施工掌子面前方岩体情况及成灾可能性做出预报。勘测设计阶段投入所限,勘察精度不够,导致设计与实际不符时有发生,由此造成的地质灾害给隧道施工和运营带来极大的危害；勘测设计阶段的地质预估预评价是对隧道所处地质背景的宏观把握，不可能做出微观的把握；复杂长隧道的地质变化对施工方法及工期有决定性影响；施工地质超前预报的必要性施工地质超前预报的必要性 2.2 施工地质超前预报 作用（施工开挖）引起地质的变化只有在施工期才能显现出来

2、；施工期需要对地质定量的评价而非定性；积累经验提高隧道施工地质超前预报准确率和水平及建立隧道工程完整地质资料的需要。实例：实例：日本东海道干线旧丹拿隧道（长日本东海道干线旧丹拿隧道（长7.84km）1981年年开工后曾遇到开工后曾遇到高压涌突水高压涌突水，致使该隧道建设工期达，致使该隧道建设工期达16年年之久；日本的万之濑川引水隧道（之久；日本的万之濑川引水隧道（8.2km），在施工中），在施工中出现严重涌突水，致使出现严重涌突水，致使5次改变施工方案，延误工期近次改变施工方案，延误工期近2年；而国内的一些煤矿年；而国内的一些煤矿瓦斯爆炸瓦斯爆炸、隧道塌方隧道塌方事故也多见事故也多见报道，例如

3、宜万铁路的马鹿箐隧道、野三关隧道报道，例如宜万铁路的马鹿箐隧道、野三关隧道岩溶突岩溶突水事故水事故等。等。2.2 施工地质超前预报 断层及其影响带和节理密集带的位置、规模及其性质；软弱夹层（含煤层）的位置、规模及其性质；岩溶发育位置、规模及其性质；不同岩类间接触界面位置；采、废弃矿巷分布及其与隧道的关系；工程地质灾害可能发生的位置和规模；隧道围岩级别变化及其分界位置；不同风化程度的分界位置；不良地质体（带）的成灾可能性；隧道涌水位置、水压及水量；隧道围岩级别变化及其分布。施工地质超前预报的内容施工地质超前预报的内容 2.2 施工地质超前预报 地质超前预报的方法地质超前预报的方法 目前国内外超前

4、地质预报手段分为：常规地质法、超前导坑预报法、超前钻探预报法、物探方法四种。常规地质法常规地质法：包括地质素描法、地层分界线及构造线地下和地表相关性分析法、地质作图法、数码成像、技术位移向量分析法等。最基本方法。主要根据掌子面地质条件，如岩体结构面产状及其发育状况、岩体破碎程度、岩石的变质程度等的变化趋势，结合地表地质调查结果，预报隧道掌子面前方存在的断层、不同岩类间的接触界面、隧道前方围岩的稳定性及失稳破坏形式等。它是其它隧道施工期地质超前预报方法的基础。2.2 施工地质超前预报 超前导坑预报法超前导坑预报法：包括平行导坑法、正洞导坑法平行导坑法、正洞导坑法。利用已有隧道地质资料进行与已有隧

5、道平行的施工隧道的地质预报，根据超前施工的平行隧道或导坑所遇地质情况推测隧道将遇到怎样的地质情况则是隧道施工期地质预报的一种重要方法，特别是当两平行隧道间距较小时预报效果更佳。超前钻探预报法：超前钻探预报法：包括深孔水平钻探、深孔水平钻探、58m加深炮孔探测加深炮孔探测及孔内摄影孔内摄影。超前水平钻孔法是最直接的方法。通过钻孔钻进速度测试和钻孔岩芯的观察及相关试验获取掌子面前方岩石（体）的强度指标、可钻性指标、地层岩性资料、岩体完整程度指标及地下水状况等直接资料。国内主要在水工隧道（洞）工程中，国外已较为普遍。不仅可以确定隧道掌子面前方地质情况，而且可以起到探水的作用。2.2 施工地质超前预报

6、 2.2 施工地质超前预报 超前水平钻探场景超前水平钻探场景 2.2 施工地质超前预报 物探方法：物探方法：包括地震波反射法、声波反射法、地质雷达、红外地震波反射法、声波反射法、地质雷达、红外探测、跨孔探测、跨孔CTCT、高分辨率电法、声监测法、电测法、核磁共震、高分辨率电法、声监测法、电测法、核磁共震法、陆地声纳法、法、陆地声纳法、TRTTRT真地震反射成像技术、水平声波剖面法真地震反射成像技术、水平声波剖面法(HSP)(HSP)、TSTTST超前预报技术、地震负视速度法、超前预报技术、地震负视速度法、TGP12TGP12超前预超前预报技术等。报技术等。pTSP超前地质预报技术超前地质预报技

7、术 预报原理：预报原理：TSP(Tunnel Seismic Prediction)超前预报超前预报系统是利用地震波在不均匀地质体中产生的系统是利用地震波在不均匀地质体中产生的反射波特反射波特性来预性来预报隧洞掌子面前方及周围临近区域的地质情况。该法属多波报隧洞掌子面前方及周围临近区域的地质情况。该法属多波多分量探测技术，可以检测出掌子面前方岩性的变化，如多分量探测技术，可以检测出掌子面前方岩性的变化，如不不规则体、不连续面、断层和破碎带等。规则体、不连续面、断层和破碎带等。2.2 施工地质超前预报 数据采集时通过数据采集时通过依次激发隧洞一边侧墙依次激发隧洞一边侧墙等间隔炮孔，产生以等间隔炮

8、孔，产生以波形式向周围方向的能量传递，从掌子面前方任一波形式向周围方向的能量传递，从掌子面前方任一波阻抗差波阻抗差异界面反射的信号异界面反射的信号及及直达波信号直达波信号将被将被2个三分量检波器接收，个三分量检波器接收，该过程所需时间约该过程所需时间约1小时。然后利用小时。然后利用TSPwin软件软件处理可得处理可得P波和波和S波波场分布规律，最终显示掌子面前方与隧道轴线相波波场分布规律，最终显示掌子面前方与隧道轴线相交的反射同相轴及其地质解译的交的反射同相轴及其地质解译的二维或三维二维或三维成果图。由相应成果图。由相应密度值，可密度值，可算出预报区内岩体物理力学参数算出预报区内岩体物理力学参

9、数，进而可划分该，进而可划分该区围岩工程类别。区围岩工程类别。解译技术很关键！解译技术很关键！2.2 施工地质超前预报 首次引进的首次引进的TSP202TSP202预报设备预报设备TSP203+TSP203+超前地质预报仪操作超前地质预报仪操作资料处理(dispose)2.2 施工地质超前预报 pTGP12隧道地质预报系统隧道地质预报系统 TGP12（SWS）仪器和处理系统是TSP系统的一种，由中铁西南院研制，比较TSP202/203，TGP12在以下方面作出了改进：1)处理系统中文界面，操作方便，程序的对比功能设置有利于分析对比；2)处理系统有自动、手动处理两种方式，适应研究复杂隧道地质条件

10、的需要；3)仪器的三分量接收器在孔中采用黄油耦合，简单速度快，既经济、又少影响隧道施工的时间。突出特点是增强高分辨能力增强高分辨能力。2.2 施工地质超前预报 国产国产TGPTGP隧道地质超前预报系统隧道地质超前预报系统 2.2 施工地质超前预报 p水平声波反射法水平声波反射法 它利用孔间地震剖面法(ABSP)的原理及相应软件开发的一种超前预报方法。其原理是向岩体中辐射一定频率的高频地震波，当地震波遇到波阻抗分界面时，将发生折射、反射，频谱特征也将发生变化，通过探测反射信号(接收频率为声波频段的地震波)，求得其传播特征后，便可了解工作面前方的岩体特征。震源和检波器的布置除离开开挖面对施工干扰较

11、小施工干扰较小外，还因反射波位于直达波、面波延续相位之外而不受干扰，因此记录清晰、信噪比高、反射波同相轴明显。2.2 施工地质超前预报 p地质雷达法地质雷达法 地质雷达属于电磁波物探技术。电磁波通过天线向地下发射，遇到不同阻抗介面时，将产生反射波和透射波。接收机利用分时采样原理和数据组合方式，把天线接收的信号转化为数字信号，主机系统再将数字信号转化为模拟信号或彩色线迹信号，并以时间剖面的形式显示出来，供解译人员分析。地质雷达被认为是目前分辨率最高分辨率最高的地球物理方法，但由于预报距离短，易受隧道洞内机器、管线的干扰，目前多用于岩溶洞穴、含水带和破碎带的探测预报。2.2 施工地质超前预报 技技

12、术术人人员员隧隧道道内内进进行行地地质质雷雷达达探测探测美国美国GSSIGSSI公司产的公司产的SIR20SIR20型地质雷达型地质雷达 2.2 施工地质超前预报 p红外探水法红外探水法地下水活动引起岩土红外辐射强度变化，探测掌子面或洞壁四周这种变化，推测是否有水。对围岩岩体是否含水有效，但不能确定含水量大小。地区地质分析与宏观地质超前预报。不良地质及灾害地质超前预报。重大施工地质灾害临警预报。地质超前预报方法的应用原则地质超前预报方法的应用原则 2.3 岩体的基本工程性质岩体（rockmass）:岩体是指在地质历史过程中形成的，由岩石单元体岩石单元体（或称岩块）和结构面网络结构面网络组成的，

13、具有一定的结构并赋存于一定的天然应力状态和地下水等地质环境中的与工程活动有关的地质体。岩体的范围：取决于工程的形状、位置、工程类型、工程规模等。岩体与岩石的区别岩体与岩石的区别：岩石和岩体过去统称岩石。岩体是地壳的一部分，有结构体及结构面组成，即由各种岩石块体组合而成的岩石结构物。岩石岩石指天然的石料，其性质取决于矿物成分、结构和构造。岩石可以看成是均质、各向同性的材料。岩体的初始应力场(地应力)：岩体在天然状态下具有的内在应力。岩体处于一定天然应力作用下岩体处于一定天然应力作用下初始应力的来源：初始应力的来源：自重应力自重应力构造应力构造应力沉积作用沉积作用固结作用固结作用脱水作用脱水作用结

14、晶作用结晶作用温度应力温度应力地地 震震 力力水水 压压 力力变质作用变质作用引起的应力引起的应力最主要最主要岩体处于一定天然应力作用下岩体处于一定天然应力作用下目前对岩体中初始应力的大小、分布规律等特征的研究目前对岩体中初始应力的大小、分布规律等特征的研究还很不够。深入研究岩体天然应力势在必行。还很不够。深入研究岩体天然应力势在必行。各处岩体中初始应力大小、分布及变化情况有很大差别。各处岩体中初始应力大小、分布及变化情况有很大差别。岩体中初始应力状态与地下工程的受力状态及稳定性岩体中初始应力状态与地下工程的受力状态及稳定性有密切关系。有密切关系。岩体处于一定天然应力作用下岩体处于一定天然应力

15、作用下p根据国内外的实测资料分析、总结发现，根据国内外的实测资料分析、总结发现，初始应力随初始应力随深度增大而增大深度增大而增大。（。（最大测深已超过最大测深已超过3000 m 3000 m，大部分，大部分测点在测点在1000m1000m之内。我国测点最深的之内。我国测点最深的500500多米，一般在多米，一般在200 m 200 m 深度以内深度以内）pv v=0.027H=0.027H（MPaMPa）（）（地下几十地下几十m m至至2700m2700m左右的范左右的范围内，垂直应力大体上等于按岩石平均容重为围内，垂直应力大体上等于按岩石平均容重为2.7g/2.7g/3 3计算。计算。）p未

16、经过强烈构造运动，岩层产状比较平缓时：未经过强烈构造运动，岩层产状比较平缓时：v=Hp构造运动强烈、岩层产状复杂的地区：构造运动强烈、岩层产状复杂的地区：多数情况为多数情况为vH初始应力的一般特征初始应力的一般特征p水平应力多为水平应力多为压应力压应力，拉应力甚少。，拉应力甚少。pH与与v的关系：的关系：H H500 m500 m：H Hv v 。H H1000m1000m：H Hv v。p水平应力有强烈的水平应力有强烈的方向性。方向性。初始应力的一般特征初始应力的一般特征自重应力引起的侧限水平应力构造应力的水平分量迭加成水平应力重力应力场重力应力场：岩体由于自重形成的应力场。它是地心引力和离

17、心惯性力共同作用的结果。岩体处于一定天然应力作用下岩体处于一定天然应力作用下v v H HH H/（1-1-）H H=/（1-）为侧压力系数）为侧压力系数 构造应力目前还只能通过现场实测数值进行分析。较复杂，对岩体稳定影响较大。最大主应力方向为垂直于构造线方向；水平分量一般大于垂直分量。构造应力一般为压应力。水平应力具有明显的各向异性,且具有很强的方向性。构造构造应力力场：地壳各处发生的一切构造变形与破裂都是地应力作用的结果。岩体物理力学性质的不均匀性岩体物理力学性质的不均匀性 相同的天然岩体，其物理力学性质随在岩体中所测点的空间位置不同而差异，显现出岩体的不均匀性。（1）结构面 结构面是指发

18、育于岩体中，具有一定方向和延伸性以及一定厚度的各种地质界面。如断层、节理、层理及不整合面等。结构面的成因类型原生结构面沉积结构面：层面、层理、沉积间断和软弱夹层火成结构面：原生节理、流纹面、与围岩接触面变质结构面：片麻理、片理及板理构造结构面：劈理、节理、断层面、层间错动面等破裂结构面；断层破碎带、层间错动带等构造软弱带。次生结构面：风化裂隙、破碎带、卸荷裂隙、泥化夹层、夹层泥等结结构构面面更为常用第四节第四节 围岩分级围岩分级 根据坑道开挖实践，坑道开挖后的稳定性可分为以下几类：根据坑道开挖实践，坑道开挖后的稳定性可分为以下几类：1)充分稳定的充分稳定的 坑道在长时间内有足够的自稳能力，无需

19、任何人为支护坑道在长时间内有足够的自稳能力，无需任何人为支护而能维持稳定，无坍塌、偶尔有掉块。而能维持稳定，无坍塌、偶尔有掉块。2)基本稳定的基本稳定的 坑坑道道会会因因爆爆破破、岩岩块块结结合合松松弛弛等等而而产产生生局局部部掉掉块块，但但不不会引起坑道的坍塌，坑道是稳定的。会引起坑道的坍塌，坑道是稳定的。3)暂时稳定的暂时稳定的 大多数坑道是属于这个类型的。坑道开挖后呈现出不同大多数坑道是属于这个类型的。坑道开挖后呈现出不同程度的坍塌现象，坍塌后的坑道呈拱形而处于暂时稳定状态。程度的坍塌现象，坍塌后的坑道呈拱形而处于暂时稳定状态。4)不稳定的不稳定的 (一一)以岩石强度或岩石的物性指标为代

20、表的分级方法以岩石强度或岩石的物性指标为代表的分级方法 在这种分级方法中，具有代表性的是前苏联普落托奇雅在这种分级方法中，具有代表性的是前苏联普落托奇雅柯诺夫柯诺夫(M.Jipoctonbn Monos)教授提出的教授提出的“岩石坚固系数岩石坚固系数”分分级法级法(或称或称“”值分级法，或普氏分级法值分级法，或普氏分级法)。这种分级方法在。这种分级方法在我国的隧道工程中得到了广泛的应用。我国的隧道工程中得到了广泛的应用。我国工程部门在将分级法应用到隧道工程的设计、施工时，我国工程部门在将分级法应用到隧道工程的设计、施工时，已注意到必须考虑岩体的地质构造、风化程度、地下水状况等已注意到必须考虑岩

21、体的地质构造、风化程度、地下水状况等多种因素的影响，而将由单一岩石强度决定的值适当降低多种因素的影响，而将由单一岩石强度决定的值适当降低，即：，即：式中式中 值是由岩石强度决定的，值是由岩石强度决定的，是考虑地质条件的折减是考虑地质条件的折减系数，一般情况下，系数，一般情况下，1.0。二、围岩的分级方法二、围岩的分级方法(二二)以岩体构造、岩性特征为代表的分级方法以岩体构造、岩性特征为代表的分级方法 60年年代代，我我国国在在积积累累大大量量铁铁路路隧隧道道修修建建经经验验的的基基础础上上，提提出出了了以以岩岩体体综综合合物物性性指指标标为为基基础础的的“岩岩体体综综合合分分级级法法”，并并于

22、于1975年年经经修修正正后后被被我我国国“铁铁路路工工程程技技术术规规范范(隧隧道道)”所所采采用。该分级法将隧道围岩分为用。该分级法将隧道围岩分为6级级。这这类类方方法法的的优优点点是是正正确确地地考考虑虑了了地地质质构构造造特特征征、风风化化状状况况、地地下下水水情情况况等等多多种种因因素素对对隧隧道道围围岩岩稳稳定定性性的的影影响响，并并建建议议了了各各类类围围岩岩应应采采用用的的支支护护类类型型和和施施工工方方法法。此此外外，这这种种分分级级法法最最早早考考虑虑了了埋埋深深对对围围岩岩级级别别的的影影响响。其其缺缺点点是是分分类类指指标标还还缺缺乏乏定定量量描描述述，没没有有提提供供

23、可可靠靠的的预预测测隧隧道道围围岩岩级级别别的的方方法法，在一定程度上要等到隧道开挖后才能确定。在一定程度上要等到隧道开挖后才能确定。三、与地质勘探手段相联系的分级方法三、与地质勘探手段相联系的分级方法 围围岩岩弹弹性性波波速速度度是是判判断断岩岩性性、岩岩体体结结构构的的综综合合指指标标，它它既既可可以以反反映映岩岩石石软软硬硬，又又可可以以表表达达岩岩体体结结构构的的破破碎碎程程度度。因因此此，在在弹弹性性波波速速度度基基础础上上，综综合合考考虑虑与与隧隧道道开开挖挖及及土土压压有有关关的的因因素素(岩岩性性、风风化化程程度度、破破碎碎状状态态、含含水水及及涌涌水水状状态态等等)，将将围围

24、岩岩分分为为7级。级。我我国国1986年年施施行行的的“铁铁路路隧隧道道设设计计规规范范”中中将将弹弹性性波波(纵纵波波)速度引入隧道围岩分级中，将围岩分为速度引入隧道围岩分级中，将围岩分为6级级(表表4-4)。围岩类别围岩类别弹性波速弹性波速(km/s)4.53.54.52.54.01.53.01.02.01.0饱饱和和土土1.5表表4-4 弹性波弹性波(纵波纵波)速度分级速度分级(四四)以多种因素进行组合的分级方法以多种因素进行组合的分级方法 这这种种分分级级法法认认为为，评评价价一一种种岩岩体体的的好好坏坏，既既要要考考虑虑地地质质构构造造、岩岩性性、岩岩石石强强度度，还还要要考考虑虑施

25、施工工因因素素，如如掘掘进进方方向向与与岩岩层层之之间间的的关关系系、开开挖挖断断面面的的大大小小等等，因因此此就就需需要要建建立在多种因素的分析基础之上。立在多种因素的分析基础之上。在在这这类类分分级级法法中中，比比较较完完善善的的是是1974年年挪挪威威地地质质学学家家巴巴顿顿(N.Barton)等等人人所所提提出出的的“岩岩体体质质量量Q”分分级级法法。Q与六个表明岩体质量的地质参数有关，表达如下：与六个表明岩体质量的地质参数有关，表达如下：根据不同的根据不同的Q值，将岩体质量评为九等，详见表值，将岩体质量评为九等，详见表4-5。岩岩体体质质量量特别特别好好极好极好良好良好好好中等中等不

26、良不良坏坏极坏极坏特别特别坏坏Q4001000100400401001040410140.110.010.10.0010.01表表4-5 岩体质量评估岩体质量评估(五五)以工程对象为代表的分级法以工程对象为代表的分级法 这这类类分分级级法法如如专专门门适适用用于于喷喷锚锚支支护护的的原原国国家家建建委委颁颁布布的的围围岩岩分分级级法法(1979年年)、苏苏联联在在巴巴库库修修建建地地下下铁铁道道时时所所采采用用的的围围岩岩分分级级法法(1966年年)等等，优优点点是是目目的的明明确确，而而且且和和支支护护尺尺寸寸直接挂钩，因此，使用方便，对指导施工很起作用。直接挂钩，因此，使用方便，对指导施工

27、很起作用。三、我国现行铁路隧道围岩分级方法三、我国现行铁路隧道围岩分级方法我国现行的我国现行的铁路隧道设计规范铁路隧道设计规范明确规定，目前铁路隧道明确规定，目前铁路隧道围岩分级采用以围岩稳定性为基础的分级方法。围岩分级采用以围岩稳定性为基础的分级方法。围岩分级的基本因素及围岩基本分级围岩分级的基本因素及围岩基本分级1、围岩分级的基本因素、围岩分级的基本因素 围岩基本分级应由围岩基本分级应由岩石坚硬程度岩石坚硬程度和和岩体完整程度岩体完整程度两个基两个基本因素确定。岩石坚硬程度和岩体完整程度应采用定性划分本因素确定。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确定。和定量指标两种

28、方法确定。岩石类别岩石类别单轴饱和抗压极限强度单轴饱和抗压极限强度(MPa)代代 表表 性性 岩岩 石石硬硬质质岩岩极硬岩极硬岩60花岗岩、闪长岩、玄武岩等岩浆岩；花岗岩、闪长岩、玄武岩等岩浆岩；硅硅岩岩、钙钙质质胶胶结结的的砾砾岩岩及及砂砂岩岩、石石灰灰岩岩、白白云云岩岩等沉积岩；等沉积岩；片麻岩、石英岩、大理岩、板岩、片岩等变质岩片麻岩、石英岩、大理岩、板岩、片岩等变质岩硬硬 岩岩3060软软质质岩岩较软岩较软岩1530凝灰岩等喷出岩；凝灰岩等喷出岩；砂砾岩、泥质砂岩、泥质页岩、炭质页岩、泥灰砂砾岩、泥质砂岩、泥质页岩、炭质页岩、泥灰岩、泥岩、煤等沉积岩；岩、泥岩、煤等沉积岩；云母片石或千

29、枚岩等变质岩云母片石或千枚岩等变质岩软软 岩岩515极软岩极软岩5 岩石坚硬程度岩石坚硬程度划分为极硬岩、硬岩、较软岩、软岩划分为极硬岩、硬岩、较软岩、软岩和极软岩等和极软岩等5类类（表（表2-4-1）表表2-4-1 岩石坚硬程度的划分岩石坚硬程度的划分岩岩体体完完整整程程度度划划分分为为完完整整、较较完完整整、较较破破碎碎、破破碎碎和和极极破破碎等碎等5类类(表表2-4-2)。完整程度完整程度结结 构构 面面 特特 征征结构类型结构类型岩体完整性指数岩体完整性指数完完 整整结结构构面面12组组，以以构构造造型型节节理理或或层层面面为主，密闭型为主，密闭型巨块状整体结构巨块状整体结构0.75较

30、完整较完整结结构构面面23组组，以以构构造造型型节节理理、层层面面为为主主，裂裂隙隙多多呈呈密密闭闭型型，部部分分为为微微张张型，少有充填物型，少有充填物块状结构块状结构0.75 0.55较破碎较破碎结结构构面面一一般般为为3组组，以以节节理理及及风风化化裂裂隙隙为为主主，在在断断层层附附近近受受构构造造影影响响较较大大，裂裂隙隙以以微微张张型型和和张张开开型型为为主主，多多有有充充填物填物层状结构、层状结构、块石碎石结构块石碎石结构0.55 0.35破破 碎碎结结构构面面大大于于3组组，多多以以风风化化型型裂裂隙隙为为主主，在在断断层层附附近近受受构构造造作作用用影影响响大大，裂隙以张开型为

31、主，多有充填物裂隙以张开型为主，多有充填物碎石角砾状结构碎石角砾状结构0.35 0.15极破碎极破碎结结构构面面杂杂乱乱无无序序，在在断断层层附附近近受受断断层层作作用用影影响响大大，宽宽张张裂裂隙隙全全为为泥泥质质或或泥泥夹岩屑充填，充填物厚度大夹岩屑充填，充填物厚度大散体状结构散体状结构0.15表2-4-22、围岩基本分级、围岩基本分级围岩围岩级别级别岩岩 体体 特特 征征土土 体体 特特 征征围岩弹性纵波围岩弹性纵波速度速度(km/s)极硬岩，岩体完整极硬岩，岩体完整-4.5极硬岩，岩体较完整；极硬岩，岩体较完整；硬岩，岩体完整硬岩，岩体完整-3.54.5极硬岩，岩体较破碎；极硬岩，岩体

32、较破碎；硬岩或软硬岩互层，岩体较完整；硬岩或软硬岩互层，岩体较完整；较软岩，岩体完整较软岩，岩体完整-2.54.0极硬岩，岩体破碎；极硬岩，岩体破碎；硬岩，岩体较破碎或破碎；硬岩，岩体较破碎或破碎；较较软软岩岩或或软软硬硬岩岩互互层层，且且以以软软岩岩为为主主，岩体较完整或较破碎；岩体较完整或较破碎；软岩，岩体完整或较完整软岩，岩体完整或较完整具具压压密密或或成成岩岩作作用用的的粘粘性性土土、粉粉土土及及砂砂类类土土，一一般般钙钙质质、铁铁质质胶胶结结的的碎碎(卵卵)石石土土、大大块块石石土土，黄土黄土(Q1、Q2)1.53.0软岩，岩体破碎至极破碎；软岩，岩体破碎至极破碎；全全部部极极软软岩

33、岩及及全全部部极极破破碎碎岩岩(包包括括受受构造影响严重的破碎带构造影响严重的破碎带)一一般般第第四四系系坚坚硬硬、硬硬塑塑粘粘性性土土，稍稍密密及及以以上上、稍稍湿湿、潮潮湿湿的的碎碎(卵卵)石石土土、圆圆砾砾土土、角角砾砾土土、粉粉土及黄土土及黄土(Q3、Q4)1.02.0受受构构造造影影响响很很严严重重呈呈碎碎石石、角角砾砾及及粉粉末、泥土状的断层带末、泥土状的断层带软软塑塑状状粘粘性性土土、饱饱和和的的粉粉土土、砂类土等砂类土等1.0(饱和状态饱和状态的土的土1.5)根据根据岩石坚硬程度岩石坚硬程度和和岩体完整程度岩体完整程度将围岩分为将围岩分为6级级(见下表见下表)。围岩分级的影响因

34、素及分级的修正围岩分级的影响因素及分级的修正1、地下水、地下水 在在隧隧道道围围岩岩分分级级中中水水的的影影响响是是不不容容忽忽视视的的，在在同同级级围围岩岩中中，遇遇水水后后则则适适当当降降低低围围岩岩级级别别。降降低低的的幅幅度度主主要要视视：围围岩岩的的岩岩性性及及结结构构面面的的状状态态；地地下下水水的的性性质质、大大小小、流流通通条条件件及及对对围围岩岩浸浸润润状状况况和和危危害害程程度度而而定定。本本围围岩岩分分级级中关于地下水影响的修正参照表中关于地下水影响的修正参照表2-4-4和表和表2-4-5。级别级别状态状态渗水量渗水量L/(min10m)干燥或湿润干燥或湿润10偶有渗水偶

35、有渗水1025经常渗水经常渗水25125表表2-4-4 地下水状态的分级地下水状态的分级 围岩级别围岩级别地下水状态级别地下水状态级别-表表2-4-5 地下水影响的修正地下水影响的修正2、初始应力场、初始应力场 围围岩岩的的初初始始应应力力状状态态对对岩岩体体的的构构造造一一力力学学特特征征是是有有一一定定影影响响的的。因因此此，围围岩岩分分级级中中考考虑虑了了初初始始应应力力状状态态的的影影响响，将将初初始始应应力力场场采采取取修修正正系系数数的的方方法法，对对围围岩岩级级别别予予以以降降级级(表表2-4-6和表和表2-4-7)。初始地应初始地应力状态力状态主主 要要 现现 象象评估基准评估

36、基准()极高应力极高应力硬硬质质岩岩：开开挖挖过过程程中中时时有有岩岩爆爆发发生生，有有岩岩块块弹弹出出，洞洞壁壁岩体发生剥离，新生裂缝多，成洞性差岩体发生剥离，新生裂缝多，成洞性差4软软质质岩岩：岩岩心心常常有有饼饼化化现现象象，开开挖挖过过程程中中洞洞壁壁岩岩体体有有剥剥离离，位位移移极极为为显显著著，甚甚至至发发生生大大位位移移，持持续续时时间间长长，不不易成洞易成洞高应力高应力硬硬质质岩岩：开开挖挖过过程程中中可可能能出出现现岩岩爆爆，洞洞壁壁岩岩体体有有剥剥离离和和掉块现象，新生裂缝较多，成洞性较差掉块现象，新生裂缝较多，成洞性较差47软软质质岩岩：岩岩心心时时有有饼饼化化现现象象，

37、开开挖挖过过程程中中洞洞壁壁岩岩体体位位移移显著，持续时间长，成洞性差显著，持续时间长，成洞性差 围岩级别围岩级别 初始地应力状态初始地应力状态极高应力极高应力或或高应力高应力或或表表2-4-6 初始地应力状态评估初始地应力状态评估表表2-4-7 初始地应力影响的修正初始地应力影响的修正u两点说明：设计阶段：采用修正后的围岩分级。施工阶段：根据实际情况，进一步判定围岩分级，依据仍然是：岩石坚硬程度 围岩完整状态 地下水 初始地应力（二）公路隧道围岩分级（1）初步分级相当于铁路的基本分级依据：围岩主要定性特征，该特征由两个基本因素组成：岩石坚硬程度Rc（岩石单轴饱和抗压强度）岩体完整性Kv（岩体

38、完整性系数）BQ=90+3Rc+250Kv p当Rc90Kv+30时：以Rc=90Kv+30和Kv代入计算BQ值；p当Kv0.04Rc+0.4时：以Kv=0.04Rc+0.4和Rc代入计算BQ值。围岩基本质量指标：u当无Rc值时，可采用点荷载强度来换算：点荷载强度指标试验是布鲁克和弗兰克林1972年发明的，是一种最简单的岩石强度试验。点荷载强度试验的设备比较简单，小型点荷载试验装置由一个手动液压泵、一个液压干斤顶和一对圆锥形加压头组成。小型点荷载试验装置是便携式的，可带到现场试验，这是点荷载试验能够广泛采用的重要原因。大型点荷载试验装置的原理和小型点荷载试验装置的原理是相同的，只是能提供更大的

39、压力，适合于大尺寸的试件。点荷载试验的另一个重要优点是对试件的要求不严格，不需要像做抗压强度试验那样精心准备试件，最好的试件就是直径为25100 mm的岩芯，没有岩芯时，不规则岩块也可以。点荷载强度指标：ISRM（国际岩石力学学会）将直径为50 mm的圆柱体试件径向加裁点荷载试验的强度指标值IS(50)确定为标准试验值，其他尺寸试件的试验结果需据进行修正。岩石单轴饱和抗压强度：（2）详细分级相当于铁路的修正分级修正BQ值：当有以下3方面影响时，应予修正：BQ=BQ 100（K1+K2+K3）K1地下水影响修正系数；K2主要软弱结构面产状影响修正系数；K3初始应力状态影响修正系数。地下水影响修正

40、系数K1 1.00.70.90.40.60.2淋雨状或涌流状出水，水压0.1MPa或单位出水量10L/(minm)0.70.90.40.60.20.30.1淋雨状或涌流状出水，水压0.1MPa或单位出水量450BQ地下水出水状态K1地下水影响的修正K2软弱结构面产状影响的修正软弱结构面是力学强度明显低于围岩，一般充填有一定厚度软弱物质的结构面。如泥化、软化、破碎薄夹层等。由于结构面产状不同，与洞轴线的组合关系不同，对隧道工程围岩稳定的影响程度亦不相同。0.20.400.20.40.6K2其它组合结构面走向与洞轴线夹角60，结构面倾角 75结构面走向与洞轴线夹角30，结构面倾角30 75结构面产

41、状及其与洞轴线的组合关系主要软弱结构面产状影响修正系数K2 成层岩体、层面性状较大，为陡倾角，且走向与洞轴线夹角很大时：对岩体稳定性影响较小；容易发生沿层面的过大变形，甚至发生拱顶倒塌或侧壁滑移。倾角较缓，且走向与洞轴线夹角较小时：K3初始应力状态影响的修正岩体初始应力对地下工程岩体稳定性的影响很大。根据岩石强度与初始应力之比来判定：岩石强度与初始应力之比大于一定值时，可以认为对洞室岩体稳定不起控制作用；当这个比值小于一定值时，再加上洞室周边应力集中的结果，对岩体稳定性或变形破坏的影响就表现得显著；初始应力状态影响修正系数K3 0.51.00.51.00.50.50.5高应力区1.01.51.

42、01.51.01.51.01.0极高应力区550初始应力状态BQ BQ=BQ 100（K1+K2+K3）公路隧道设计规范（JTG D70-2004）规范将隧道围岩分成六级，分别是、，数字越小的围岩性质越好。（3）围岩分级我国铁路隧道围岩分级方法的不足之处1.分级档数偏少2.整体上还处于半定量的阶段 勘探地质阶段准确度很难做到100%，很多地质的认定工作是在施工阶段，在施工阶段对地质的定级的具体法人定量时就存在争议，各个的出发点不一样，有一些希望它偏高，一些希望它偏低，造成这样的争议性的是因为它还存在着过多的定性的，根据认为因素就会进的。3.没有考虑围岩的地质结构特征等因素 构造特征跟隧道断面的

43、相互关系，同样是沉断岩层，水平、倾斜、竖直的结果是不一样的，这一块没有细化4.对于土质围岩没有明确的方法体系 特殊地质和不良地质，挤压变形的问题，可能是四级也可能是五级，由于应力强度比比较低，同样是五级围岩，在施工的时候需要强大的支护、更特殊的方法，在施工的时候产生更大的变形，施工的时候带来的问题、施工的时候需要的投入更大，这样的问题作为一种特殊的情况并没有区别开来，另外还有一些湿陷性黄土、膨胀岩等等。5.修正方法存在问题改进方案：将岩体结构类型纳入分级标准中，并增加部分亚级。分级原则：（1）在隧道围岩分级中考虑围岩地质类型和变形破坏机理。（2）结合工程实际，可将 级围岩各分出23个亚级。（3）增加土质围岩的分级。针对一些不良地质和特殊地质编制对应的围岩分级规范。（4）围岩基本分级指标体系的确定，应适当考虑设计阶段和施工阶段获取基础地质资料的难易程度，但要保证两阶段分级指标体系的一致性与继承性。思考题何为围岩，围岩分级的意义？围岩分级的指标有哪些，如何选择?