隧道围岩分级PPT课件

隧道围岩分级 第一部分 地下工程系刘勇 第一节隧道工程地质调查与勘测 隧道工程的调查和勘测 应遵照基本建设工作程序分阶段依次进行 一般可分为施工前的调查勘测阶段 相当于初测和定测阶段 和施工时的调查阶段 一 自然概况调查 以地形地貌特征为主 二 围岩条件调查 围岩条件调查以隧道及其周围的围岩稳定性和有无不良地质现象为主要内容 围岩条件调查应根据当地地形和地质条件 采用适当方法进行综合勘探 相互补充 以期得出正确的结论 三 环境调查 环境调查以生态环境 社会环境 生活环境和施工用水 用电 用地 交通运输条件等为主要内容 四 调查成果 说明书 叙述调查 勘测工作的概况 内容及相应的结论 对隧道围岩进行评价 图纸 包括隧道所在地区的地形 地质图 如地质条件复杂 地质平面图应单独绘制 隧道沿线的地形纵断面图 并逐段填绘地质及较大地质构造线 水文地质条件 注明围岩类别 探点位置 洞口放大的平面 纵断面和横断面的地形地质图 四 调查成果 试验资料汇总表 环境条件 施工组织及预算定额等调查资料 与有关部门和单位的协议 严重影响隧道工程的地质 环境等的专项资料 五 隧道施工中的危险地质现象 与重力作用有关的地质现象 包括 拱顶的崩落 隧道边缘岩体的坍塌 坑道泥质底板中岩体的基础 崩落 与岩体裂隙扩展而发生的瞬间脆性破碎有关 与岩体风化有关 与以 塑性变形 为表现形式的岩体的缓慢塑化有关 五 隧道施工中的危险地质现象 与地球内力有关的地质现象 包括 地震和动力现象 岩爆 震动等 与地下地上水活动有关的地质现象 包括 水动力现象 如流砂 液化岩向山体坑道突然冲击等 突水现象 潜蚀 喀斯特及其他渗透现象而带来的施工困难 五 隧道施工中的危险地质现象 与地下气体活动有关的地质现象 在隧道和其他地下坑道的掘进过程中 常会遇到易爆及有毒的天然气体 岩石含气量 气体压力数值 含气岩石厚度等岩石的物理状态 包括应力状态 及属性 以及隧道掘进过程中它们所承受的作用的强度都可以决定是否可能孕育出一些危险的地质现象 如气体 岩石突然喷出 地下瓦斯爆炸 起火等 五 隧道施工中的危险地质现象 与地球热流作用有关的地质现象 来自于地球深处的热流作用于岩石 会使它们变热而温度升高 在坑道里的高气温下 泥质岩石和水泥衬砌都有可能出现收缩而形成裂隙 还会出现大大加快地下风化作用进程和其他的伴生地质现象 五 隧道施工中的危险地质现象 与地球热流作用有关的地质现象 隧道埋深加大时温度的增高有着非常复杂的特点 它取决于岩石成层的结构构造条件和它的导热性 取决于它的含水性和渗透性 取决于岩石中的水花过程和距离年轻火山源的远近等 五 隧道施工中的危险地质现象 与岩石内力作用有关的地质现象 与风化作用有关的地质现象 与岩石的冻结和融化有关的地质现象 第二节岩体的基本工程性质 回顾 隧道的特点 地层 岩石 岩体是在一定工程规模范围内现实存在的自然地质体 是由被分割的结构体和众多结构面组成的 岩石是由矿物或岩屑在地质作用下按一定规律聚集形成的自然体 岩体 明确两个概念 结构面 岩体中具有一定方向 力学强度相对较低的地质界面 带 第二节岩体的基本工程性质 一 岩体处于一定的天然应力作用之下 岩体在天然状态下所具有的内在应力 称之为岩体的初始应力 也有人叫它为地应力 岩体的初始应力 主要是由于岩体的自重和地质构造作用和地质地温作用引起的 假定岩体是均一连续介质 1 重力应力场 为侧压力系数 由于地质构造运动的作用 使得岩体内积存了一定的应力 称它为构造应力 2 构造应力场 构造应力一般采取现场应力量测的方法来得到 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有差异 呈现出岩体的不均匀性 二 岩体的物理力学性质的不均匀性 所谓结构面是指岩体中具有一定方向 力学强度相对较低的地质界面 或带 三 岩体是由结构面分割的多裂隙体 1 原生结构面 指岩体形成过程中形成的结构面和构造面 2 构造结构面 岩体形成后 由于地壳构造运动在岩体中产生的各种断裂面 3 次生结构面 指在外营力作用下产生的风化裂隙面及卸荷裂隙面等 岩体中由于岩石的结构 构造具有方向性 使岩体强度 变形 甚至渗透等性质在不同方向上显示出差异 称为岩体的各向异性 四 岩体具有各向异性 风化岩石按风化剧烈的程度分成若干级 或带 风化极严重 风化严重 风化颇重 风化轻微和未经风化五级 五 岩体具有可变性 风化 遇水软化 用软化系数来表示岩石的软化性 一般规定软化系数小于0 75的岩石 叫软化岩石 一 概述 围岩定义 隧道开挖后其周围产生应力重分布范围内的岩体 或指隧道开挖后对其稳定性产生影响的那部分岩体 第三节围岩分级 围岩分级的概念各种围岩的物理性质之间存在一定的内在联系和规律 依照这些联系和规律 可将围岩划分为若干级 这就是围岩分级 目前 隧道围岩分级是设计 施工的基础 工程类比法就是建立在围岩分级的基础上的 围岩分级的目的 作为选择施工方法的依据 进行科学管理及正确评价经济效益 确定结构上的荷载 松散荷载 给出衬砌结构的类型及其尺寸 制定劳动定额 材料消耗标准的基础等等 比较理想的分级方法 准确客观 有定量指标 尽量减少因人而异的随机性 便于操作使用 适于一般勘测单位所具备的技术装备水平 最好在挖开地层前得到结论 围岩分级的发展趋势 要有明确的工程对象和工程目的以岩体为对象与地质勘探结合与设计施工结合定量化 二 分级 类 的指标 1 单一的岩性指标 包括岩石的抗压和抗拉强度 岩石坚固性系数f 弹性模量等物理力学参数 以及如抗钻性 抗爆性等工程指标 2 单一的综合岩性指标 它表明指标是单一的 但反映的因素却是综合的 岩石质量指标 RQD 也是反映岩体破碎程度和岩石强度的综合指标 所谓岩石质量指标是指钻探时岩芯复原率 或称岩芯采取率 3 复合指标 巴顿 N Barton 等人所提出的 岩体质量Q 式中 RQD为岩石质量指标 Jn为节理组数目 Jr为节理粗糙度 0 20 Ja为节理蚀变值 0 75 20 Jw为节理含水折减系数 SRF为初始应力折减系数 目前铁路隧道围岩分级采用两种方法 即以围岩稳定为基础的分级方法和按弹性波 纵波 速度的分级方法 三 国内主要地下工程围岩分级 类 标准 一 铁路隧道设计规范 的围岩分级 围岩基本分级 影响围岩稳定性的主要因素 1 岩体结构特征 关键 可简单用岩体的破碎程度或完整性表示 2 结构面性质和空间的组合 块状或层状岩层 3 岩石的力学性质 整体结构 4 围岩的初始应力场 5 地下水状况 1 地质因素 2 人为因素 1 地下洞室尺寸和形状 2 施工中采用的施工方法 岩石坚硬程度的划分 1 围岩分级的基本因素 1 岩石坚硬程度根据单轴饱和极限抗压强度Rc分为5级 即极硬岩 硬质岩 较软岩 软岩 极软岩 2 岩体的完整程度主要是指围岩被各种结构面切割成单元体的特征及其被切割后的块度大小 它是评价围岩稳定程度最直接 最重要的指标 为了衡量围岩的完整程度要考虑的因素 按照软弱面的产状 贯通性以及充填物的情况 可将围岩分为 完整 较完整 较破碎 破碎 极破碎 按照围岩受地质构造影响的程度 可将围岩分为 构造变动轻微 较重 严重 很严重 按照节理 裂隙 发育程度的不同又分为 节理不发育 节理较发育 节理发育及节理很发育 按照岩体风化程度的不同将围岩分为 风化轻微 较重 严重 极严重四级 岩体完整程度划分 2 围岩基本分级及其修正 1 基本分级 铁路隧道设计规范 将隧道的围岩划分为六级 铁路隧道围岩分级 地下水状态的分级 2 隧道级别的修正地下水影响的修正根据单位时间的渗水量可将地下水状态分为3级 根据地下水状态对围岩级别进行修正 地下水影响的修正 围岩初始地应力状态修正 初始地应力状态评估 初始地应力影响的修正 风化作用的影响 隧道洞深埋深较浅 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 在施工中 根据对隧道围岩的直接观察 量测和试验结果 可进一步核定岩层构造 岩性及地下水等情况 从而可以判断围岩的稳定程度并填写施工阶段围岩级别判定卡 当发现设计与实际情况不符时 应及时修改围岩级别 并变更支护设计 3 施工阶段围岩级别的最终确定 采取两步走的方法 先确定岩体基本质量 再结合具体工程的特点确定岩体级别 二 国标 工程岩体分级标准 GB50218 94 1 分级因素及其确定方法 本分级标准认为岩体基本质量应由岩石坚硬程度和岩体完整程度两个因素确定 岩体完整程度可分为 完整 较完整 较破碎 破碎 极破碎 岩体完整程度划分的定量指标采用岩体完整性指数Kv Kv与定性划分的岩体完整程度的对应关系 2 岩体基本质量分级 岩体基本质量分级可根据上述的分级因素结合岩体基本质量指标BQ进行 岩体基本质量指标BQ应根据Rc的兆帕数值和Kv值计算而得 BQ 90 3Rc 250Kv 当Rc 90Kv 30时 应以Rc 90Kv 30和Kv代入式计算BQ值 当Kv 0 04Rc 0 4时 应以Kv 0 04Rc 0 4和Rc代入式计算BQ值 岩体基本质量分级 3 工程岩体级别的确定 修正的岩体基本质量指标 BQ BQ BQ 100 K1十K2十K3 式中 BQ 岩体基本质量指标修正值 BQ 岩体基本质量指标 K1 地下水影响修正系数 K2 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 地下水影响修正系数K1 主要软弱结构面产状影响系数K2 初始应力状态影响修正系数K3 2003年发布的 地铁设计规范 GB50157 2003 规定 暗挖结构的围岩分级按现行 铁路隧道设计规范 确定 三 地铁设计规范 的围岩分级 四 公路隧道设计规范 的围岩分级 公路隧道设计规范 JTGD70 2004 围岩分级的思路 方法和采用的分级指标与国标 工程岩体分级标准 GB50218 94 完全相同 即采用了两步分级法 只是分级的对象范围更广 包括了土体 公路隧道围岩分级 四 国外主要围岩分类系统简介 1 挪威Q系统 四 国外主要围岩分类系统简介 1 挪威Q系统 Q系统主要以Q值来评价岩体质量的优劣 根据不同的Q值 将岩体质量评为9等 四 国外主要围岩分类系统简介 1 RQD取值 四 国外主要围岩分类系统简介 2 Jn取值 四 国外主要围岩分类系统简介 3 Jr 节理粗糙度 用来表示节理壁的粗糙度 一般能通过手指就可以触摸 结合描述表就可确定 四 国外主要围岩分类系统简介 4 Ja 节理的蚀变程度 与Jr相比 节理的蚀变程度是进一步来确定节理填充物对节理稳定性的作用 一般通过填充物的厚度和成分 特别是在填充物中含有粘土成分时应给予足够的重视 四 国外主要围岩分类系统简介 5 Jw 节理水折减系数 节理水可能会软化节理的填充物从而降低节理间摩擦力 较大的节理水会冲出填充物 使岩体稳定性大大降低 四 国外主要围岩分类系统简介 6 SRF 一般来说 SRF是表述应力与围岩强度关系的一个参数 在隧道工程施工之前可以通过早期的地质调查大致上确定该地区的SRF值 隧道掘进开始后 可以通过现场的应力测量和围岩稳定性的观测来修正SRF值 2 南非RMR系统 RMR系统以RMR RockMassRating 值来代表岩体的质量或称稳定性 主要针对6个评估因素及指标 对影响围岩稳定性的各主要因素进行评分 并以其合计总值作为岩体的RMR值 影响围岩稳定性的6个因素和指标及其所占分值如下 1 岩体强度 0 15 2 岩石质量指标RQD 3 20 3 节理间距 5 20 4 节理状况 0 3