隧道围岩分级讲义

内容安排围岩分级隧道施工方法隧道爆破施工技术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。阶段期限目的和要求方法范围施工前的调查勘测初测研究、必选隧道线路方案期间掌握区域工程地质和水文地质情况及其与隧道的关系，了解经济、国防、农业、环保等方面的要求，为隧道线路方案比选、初步设计及下一阶段的调查工作提供基础资料搜集和调查有关资料、法规；重点测绘包括比较线路在内的范围定测决定隧道线路后到施工前详细查明隧道所在地区的地貌、地形、工程地质和水文地质条件，农业、环保要求，材料、劳动力、设备等供应情况，以及弃土、施工场地、拆迁赔偿等要求，为评定隧道所穿越地段的地质特征，确定围岩级别及预测施工中可能遇到的问题，进行技术设计、施工计划、编制预算提供完整而准确的资料详细测绘和调查；必要的地质勘探(包括钻探、坑探、物探、触探)及试验工作；航测、遥感图片解释与隧道有关的地点及周围地区施工前的调查技术设计后至完工前技术设计有待补充的资料；预测和确认施工中产生的问题，获取变更设计和施工管理所需的资料同技术设计；洞内地质素描；量测以洞周变形和支护应力为主；地面沉陷观测；超前钻孔、辅助导坑、试验坑道隧道影响范围和隧道内一、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zyyxσxσzσy

λ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。相同三的天三然岩三体其三物理三力学三性质三随在三岩体三中所三测点三的空三间位三置不三同而三有差三异，三呈现三出岩三体的三不均三匀性三。二、三岩体三的物三理力三学性三质的三不均三匀性所谓三结构三面是三指岩三体中三具有三一定三方向三、力三学强三度相三对较三低的三地质三界面(或带)。三、三岩体三是由三结构三面分三割的三多裂三隙体(1三)原生三结构三面：指三岩体三形成三过程三中形三成的三结构三面和三构造三面。(2三)构造三结构三面：岩三体形三成后三，由三于地三壳构三造运三动在三岩体三中产三生的三各种三断裂三面。(3三)次生三结构三面：指三在外三营力三作用三下产三生的三风化三裂隙三面及三卸荷三裂隙三面等三。岩体三中由三于岩三石的三结构三、构三造具三有方三向性三，使三岩体三强度三、变三形，三甚至三渗透三等性三质在三不同三方向三上显三示出三差异三，称三为岩三体的三各向三异性三。四、三岩体三具有三各向三异性风化三岩石三按风三化剧三烈的三程度三分成三若干三级(或带)：风三化极三严重三、风三化严三重、三风化三颇重三、风三化轻三微和三未经三风化三五级三。五、三岩体三具有三可变三性(风化三、遇三水软三化)用软三化系三数来三表示三岩石三的软三化性三：一般三规定三软化三系数三小于0.三75的岩三石，三叫软三化岩三石。一、三概述围岩三定义三：隧道三开挖三后其三周围三产生三应力三重分三布范三围内三的岩三体，三或指三隧道三开挖三后对三其稳三定性三产生三影响三的那三部分三岩体三。第三三节三围三岩分三级围岩三分级三的概三念各种三围岩三的物三理性三质之三间存三在一三定的三内在三联系三和规三律，三依照三这些三联系三和规三律，三可将三围岩三划分三为若三干级三，这三就是三围岩三分级三。目前三，隧三道围三岩分三级是三设计三、施三工的基础（工三程类三比法三就是三建立三在围三岩分三级的三基础三上的三）。围岩三分级三的目三的①作三为选三择施三工方三法的三依据三；②进三行科三学管三理及三正确三评价三经济三效益三；③确三定结三构上三的荷三载(松散三荷载)；④给出三衬砌三结构三的类三型及三其尺三寸；⑤制三定劳三动定三额、三材料三消耗三标准三的基三础等三等。比较三理想三的分三级方三法①准三确客三观，三有定三量指三标，三尽量三减少三因人三而异三的随三机性三；②便三于操三作使三用，三适于三一般三勘测三单位三所具三备的三技术三装备三水平三；③最三好在三挖开三地层三前得三到结三论。围岩三分级三的发三展趋三势要有三明确三的工三程对三象和三工程三目的以岩三体为三对象与地三质勘三探结三合与设三计施三工结三合定量三化二、三分级(类)的指三标1.单一三的岩三性指三标包括三岩石三的抗三压和三抗拉三强度三、岩三石坚三固性三系数f、弹三性模三量等三物理三力学三参数三，以三及如三抗钻三性、三抗爆三性等三工程三指标三。2.单一三的综三合岩三性指三标它表三明指三标是三单一三的，三但反三映的三因素三却是三综合三的。“岩石三质量三指标三”(R三QD三)也是三反映三岩体三破碎三程度三和岩三石强三度的三综合三指标三。所谓三岩石三质量三指标三是指三钻探三时岩三芯复三原率三，或三称岩芯采取三率。3.复合三指标巴顿(N三.B三ar三to三n)等人三所提三出的三“岩体三质量Q”式中三，RQ三D为岩三石质三量指三标；Jn为节三理组三数目三；Jr为节三理粗三糙度三（0-三20）；Ja为节三理蚀三变值三（0.三75三-2三0）；Jw为节三理含三水折三减系三数；SR三F为初三始应三力折三减系三数。目前三铁路三隧道三围岩三分级三采用三两种三方法三，即以围三岩稳三定为三基础三的分三级方三法和按弹三性波(纵波)速度三的分三级方三法。三、三国内三主要三地下三工程三围岩三分级(类)标准(一)《铁路三隧道三设计三规范》的围三岩分三级围岩三基本三分级基本分级的修正施工阶段围岩级别的最终确定影响三围岩三稳定三性的三主要三因素(1三)岩体三结构三特征(关键)可简三单用三岩体三的破三碎程三度或三完整三性表三示。(2三)结构三面性三质和三空间三的组三合(块状三或层三状岩三层)(3三)岩石三的力三学性三质(整体三结构)(4三)围岩三的初三始应三力场(5三)地下三水状三况1.地质三因素2.人为三因素(1三)地下三洞室三尺寸三和形三状(2三)施工三中采三用的三施工三方法岩石三坚硬三程度三的划三分1.围岩三分级三的基三本因三素(1三)岩石三坚硬三程度根据三单轴三饱和三极限三抗压三强度Rc分为5级，三即极三硬岩三、硬三质岩三、较三软岩三、软三岩、三极软三岩。(2三)岩体三的完三整程三度主要三是指三围岩三被各三种结三构面三切割三成单三元体三的特三征及三其被三切割三后的三块度三大小三。它三是评三价围三岩稳三定程三度最三直接三、最三重要三的指三标。为了三衡量三围岩三的完三整程三度要三考虑三的因三素：按照三软弱三面的三产状三、贯三通性三以及三充填三物的三情况三，可三将围三岩分三为：完整三、较三完整三、较三破碎三、破三碎、三极破三碎。按照三围岩三受地三质构三造影三响的三程度三，可三将围三岩分三为：构造三变动三轻微三、较三重、三严重三、很三严重。按照三节理(裂隙)发育三程度三的不三同又三分为三：节理三不发三育、三节理三较发三育、三节理三发育三及节三理很三发育。按照三岩体三风化三程度三的不三同将三围岩三分为三：风化三轻微三、较三重、三严重三、极三严重四级三。岩体三完整三程度三划分2.围岩三基本三分级三及其三修正(1三)基本三分级《铁路三隧道三设计三规范》将隧三道的三围岩三划分三为六三级。铁路三隧道三围岩三分级地下三水状三态的三分级(2三)隧道三级别三的修三正地下三水影三响的三修正根据三单位三时间三的渗三水量三可将三地下三水状三态分三为3级。根据三地下三水状三态对三围岩三级别三进行三修正三。地下三水影三响的三修正围岩三初始三地应三力状三态修三正初始三地应三力状三态评三估初始三地应三力影三响的三修正风化三作用三的影三响隧道三洞深三埋深三较浅三，应三根据三围岩三受地三表的三影响三情况三进行三围岩三级别三修正三。当三围岩三为风三化层三时应三按风三化层三的围三岩基三本分三级考三虑。三围岩三仅受三地表三影响三时，三应较三相应三围岩三降低1~三2级。在施三工中三，根三据对三隧道三围岩三的直三接观三察、三量测三和试三验结三果，三可进三一步三核定三岩层三构造三、岩三性及三地下三水等三情况三，从三而可三以判三断围三岩的三稳定三程度三并填三写施三工阶三段围岩三级别三判定三卡。当三发现三设计三与实三际情三况不三符时三，应三及时三修改三围岩三级别三，并三变更三支护三设计三。(3三)施工三阶段三围岩三级别三的最三终确三定（二三）公三路隧三道围三岩分三级标三准采取三两步三走的三方法三：先三确定三岩体三基本三质量三；再三结合三具体三工程三的特三点确三定岩三体级三别。1.分级三因素三及其三确定三方法本分三级标三准认三为岩三体基三本质三量应三由岩石三坚硬三程度和岩体三完整三程度两个三因素三确定三。岩石三的坚三硬程三度岩石三的坚三硬程三度岩体三完整三程度三可分三为：三完整三、较三完整三、较三破碎三、破三碎、三极破三碎。三岩体三完整三程度三划分三的定三量指三标采三用岩三体完三整性三指数Kv。岩石三的完三整程三度Kv与定三性划三分的三岩体三完整三程度三的对三应关三系2.岩体三基本三质量三分级岩体三基本三质量三分级三可根三据上三述的三分级三因素三结合三岩体三基本三质量三指标BQ进行三。岩体三基本三质量三指标BQ应根三据Rc的兆三帕数三值和Kv值计三算而三得。BQ=9三0+三3Rc+2三50Kv当Rc＞90Kv+3三0时，三应以Rc=9三0Kv+3三0和Kv代入三式计三算BQ值；当Kv＞0.三04Rc+0三.4时，三应以Kv=0三.0三4Rc+0三.4和Rc代入三式计三算BQ值。岩体三基本三质量三分级3.工程三岩体三级别三的确三定修正三的岩三体基三本质三量指三标[BQ][BQ]=BQ－10三0(K1十K2十K3)式中三，[BQ]—三—岩体三基本三质量三指标三修正三值；BQ——岩体三基本三质量三指标三；K1——地下三水影三响修三正系三数；K2——软弱三结构三面产三状影三响修三正系三数；K3——初始三应力三状态三影响三修正三系数三。地下三水影三响修三正系三数K1主要三软弱三结构三面产三状影三响系三数K2初始三应力三状态三影响三修正三系数K34.地下三工程三岩体三自稳三能力根据[BQ]值可三重新三确定三工程三岩体三的质三量级三别。地下三工程三岩体三自稳三能力公路三隧道三围岩三分级(三)国外三主要三围岩三分类三系统三简介1.挪威Q系统(四)国外三主要三围岩三分类三系统三简介1.挪威Q系统Q系统三主要三以Q值来三评价三岩体三质量三的优三劣。三根据三不同三的Q值，三将岩三体质三量评三为9等。(四)国外三主要三围岩三分类三系统三简介(1三)R三QD取值(四)国外三主要三围岩三分类三系统三简介(2三)J三n取值(四)国外三主要三围岩三分类三系统三简介(3三)J三r，节三理粗三糙度三。用三来表三示节三理壁三的粗三糙度三，一三般能三通过三手指三就可三以触三摸，三结合三描述三表就三可确三定(四)国外三主要三围岩三分类三系统三简介(4三)J三a，节三理的三蚀变三程度三。与Jr相比三，节三理的三蚀变三程度三是进三一步三来确三定节三理填三充物三对节三理稳三定性三的作三用，三一般三通过三填充三物的三厚度三和成三分，三特别三是在三填充三物中三含有三粘土三成分三时应三给予三足够三的重三视。(四)国外三主要三围岩三分类三系统三简介(5三)J三w，节三理水三折减三系数三。节三理水三可能三会软三化节三理的三填充三物从三而降三低节三理间三摩擦三力，三较大三的节三理水三会冲三出填三充物三，使三岩体三稳定三性大三大降三低。(四)国外三主要三围岩三分类三系统三简介(6三)S三RF，一三般来三说，SR三F是表三述应三力与三围岩三强度三关系三的一三个参三数，三在隧三道工三程施三工之三前可三以通三过早三期的三地质三调查三大致三上确三定该三地区三的SR三F值；三隧道三掘进三开始三后，三可以三通过三现场三的应三力测三量和三围岩三稳定三性的三观测三来修三正SR三F值；2．南非RM三R系统RM三R系统三以RM三R(三Ro三ck三M三as三s三Ra三ti三ng三)值来三代表三岩体三的质三量或三称稳三定性三，主三要针三对6个评三估因三素及三指标三，对三影响三围岩三稳定三性的三各主三要因三素进三行评三分，三并以三其合三计总三值作三为岩三体的RM三R值。影响三围岩三稳定三性的6个因三素和三指标三及其三