隧道围岩分级方法-围岩分级各项指标（隧道施工课件）

隧道围岩分级三、分级(类)的因素指标及其选择一、概述二、影响围岩稳定性的主要因素四、国内主要地下工程围岩分级(类)标准五、国外主要围岩分类系统简介一、概述围岩的概念围岩是指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(这里所指的岩体是土体与岩体的总称)。

在不同的岩体中开挖隧道后岩体所表现出的性态是不同的，可归纳为充分稳定、基本稳定、暂时稳定和不稳定四种。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）。围岩分级的目的是：①作为选择施工方法的依据；②进行科学管理及正确评价经济效益；③确定结构上的荷载(松散荷载)；④给出衬砌结构的类型及其尺寸；⑤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是：①准确客观，有定量指标，尽量减少因人而异的随机性；②便于操作使用，适于一般勘测单位所具备的技术装备水平；③最好在挖开地层前得到结论。人们对围岩的认识是不断深入的从国外的情况看：土石方工程分类法(开挖难易程度)岩石的坚固性来分类:如坚固性系数fRQD从围岩稳定性出发分类来代替多年沿用的坚固性为基础的分类从分级指标方面：大多数从定性描述经验判断定量描述以隧道围岩的稳定性为基础进行分级是隧道围岩分级的总趋势。另外的发展趋势：以岩体为对象、与地质勘探结合、与设计施工结合、定量化。二、影响围岩稳定性的主要因素1.地质因素

(1)岩石的力学性质在整体结构的岩体中，控制围岩稳定性的主要因素是岩石的力学性质，尤其是岩石的强度。一般来说，岩石强度越高，洞室越稳定。(2)岩体结构特征岩体的结构特征可以简单地用岩体的破碎程度或完整性来表示，在某种程度上它反映了岩体受地质构造作用的严重程度。从下述的5个方面来研究结构面对地下工程围岩稳定性影响的大小：①结构面的成因及其发展史；②结构面的平整、光滑程度；③结构面的物质组成及其充填物情况；④结构面的规模与方向性；⑤结构面的密度与组数。(3)结构面性质和空间的组合在块状或层状结构的岩体中，控制岩体破坏的主要因素是软弱结构面的性质及它们在空间的组合状态。(4)围岩的初始应力场围岩的初始应力场是地下工程围岩变形、破坏的根本作用力，它直接影响围岩的稳定性。(5)地下水状况地下水对围岩的影响主要表现在：①软化围岩；②软化结构面；③承压水作用。2.工程活动所造成的人为因素(1)地下洞室尺寸和形状在同一级(类)围岩中，洞室跨度愈大，围岩的稳定性就愈差；

地下洞室的形状主要影响开挖后围岩的应力状态。(2)施工中采用的开挖方法开挖方法对地下工程围岩稳定性的影响较为明显，在分级(类)中必须予以考虑。三、分级(类)的因素指标及其选择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—RockQualityDesignation)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。洞室围岩自稳的时间ts

式中，L——坑道未支护地段的长度；

α——视围岩情况在0~1之间变化，好的岩体可取α

＝0，极差的α＝1.0；

C——视围岩条件而定的系数。3.复合指标(1)巴顿(N.Barton)等人所提出的“岩体质量Q”，Q与6个表明岩体质量的地质参数有关，表示为式中，RQD为岩石质量指标；Jn为节理组数目；Jr为节理粗糙度；Ja为节理蚀变值；Jw为节理含水折减系数；SRF为初始应力折减系数。(2)我国总参工程兵坑道工程围岩分类中所采用的岩体质量指标Rm和应力比S。式中，Rc——岩石单轴饱和极限抗压强度；

Kv——岩体完整性系数，岩体愈完整，取值愈大，变化范围为1.0~0.08，由实测确定；

Kw——地下水影响减折系数，变化范围为1.0~0.4，无水时取1.0，视具体情况由经验确定；

KJ——岩层面产状要素影响折减系数，变化范围为1.0~0.5。式中，σm——最大的垂直地应力。(3)《水工隧洞设计规范)(SL279-2002)围岩工程地质分类和国标《锚杆喷射混凝土支护技术规范》(GB50086－2001)所采用的围岩/岩体强度应力比S，S综合考虑了岩石强度、岩体完整性和地应力的因素。式中，Rc——岩石饱和单轴抗压强度；

Kv——岩体完整性系数；

σm——围岩的最大主应力；

σ1——垂直洞轴线的较大主应力。(4)国标《工程岩体分级标准》(GB50218－94)也采用了两个复合指标——岩体基本质量指标BQ和修正的岩体基本质量指标[BQ]．根据以上对分级(类)指标的分析，可以得到如下的结论：①应选择对围岩稳定性(主要表现在变形破坏特性上)有重大影响的主要因素；②选择测试设备比较简单、人为性小、科学性较强的定量指标；③主要分级(类)指标要有一定的综合性，最好采用复合指标，以便全面、充分地反映围岩的工程性质，并应有足够的实测资料为基础。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。四、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。岩石坚硬程度的划分(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》将单、双线铁路隧道的围岩划分为六级。(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。铁路隧道围岩分级地下水状态的分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。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K34.地下工程岩体自稳能力根据[BQ]值可重新确定工程岩体的质量级别。

地下工程岩体自稳能力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。公路隧道围岩分级根据单一岩性指标——单轴饱和抗压强度和复合指标——岩体质量指标Rm及应力比S，将围岩分为3种5大类。(五)总参工程兵《坑道工程》围岩分类总参工程兵坑道工程围岩分类规范规定：水工隧洞的围岩分类，岩洞按《水利水电工程地质勘察规范》(GB50287-99)的规定执行，土洞按《土工试验规程》(SL237-1999)的规定执行。(六)《水工隧洞设计规范》的围岩分级《水利水电工程地质勘察规范》的围岩工程地质分类以控制围岩稳定的岩石强度、岩体完整程度、结构面状态、地下水和主要结构面产状5项因素之和的总评分为基本判据，围岩强度应力比S为限定判据。水工隧洞围岩工程地质分类围岩总评分T是5项因素的评分之和。岩石强度、岩体完整程度、结构面状态、地下水状态、主要结构面产状这5项因素的评分都有一定的评分标准。规范规定：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。(七)《锚杆喷射混凝土支护技术规范》的围岩分级五、国外主要围岩分类系统简介(一)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。岩体质量评估(二)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，主要针对下列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。影响围岩稳定性的因素和指标及所占分值如下：(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，0~30；(5)地下水情况，0~15；(6)节理产状及组合关系，－12~0。RMR系统依RMR值之高低，将围岩分为5类，并提供不同隧道跨度围岩的无支护自稳时间，以及各类围岩的凝聚力(c)与内摩擦角(φ)。RMR系统围岩的评分值、自稳时间及强度参数

隧道工程第5章隧道围岩分级与围岩压力本章学习要求：（1）掌握公路隧道围岩分级方法；（2）掌握公路隧道围岩压力计算方法；（3）理解影响围岩稳定性的因素；5.1隧道围岩分级及其作用5.2围岩压力的确定5.3影响围岩稳定性的因素本章主要内容●围岩：隧道周围一定范围内，对其稳定性产生影响的岩体●围岩压力：是指隧道开挖后，围岩作用在隧道支护上的压力，是隧道支撑或衬砌结构的主要荷载之一。其性质、大小、方向以及发生和发展的规律，对正确地进行隧道设计与施工有很重要的影响。●地质环境：隧道工程所赋存的地质环境的内涵很广，包括地层特征、地下水状况、开挖隧道前就存在于地层中的原始地应力状态、地温梯度等。5.1隧道围岩分级及其应用●

目前，隧道围岩分级是隧道设计、施工的基础（工程类比法就是建立在围岩分级的基础上的）。认识事物的同一性和差异性的方法就是将事物进行分类和分级●

围岩分类:主要突出同一性,是质的定性评价,强调的是属性特征.●

围岩分级:主要突出差异性,是量的界定,强调的是等级特征.●

围岩分级的目的

①作为选择施工方法的依据；②进行科学管理及正确评价经济效益；③确定结构上的荷载（松散荷载）；④给出衬砌结构的类型及其尺寸；⑤制定劳动定额、材料消耗标准基础等；●人们对围岩的认识是不断深入的土石方工程分类法(开挖难易程度)岩石的坚固性来分类:如坚固性系数fRQD从围岩稳定性出发分类来代替多年沿用的坚固性为基础的分类从分级指标方面：大多数从定性描述经验判断定量描述●

以隧道围岩的稳定性为基础进行分级是隧道围岩分类的总趋势。

1、隧道围岩分级的因素指标及其选择

围岩分级的指标，主要考虑影响围岩稳定性的因素或其组合的因素.

⑴单一的岩性指标⑵综合岩性指标

⑴单一的岩性指标

●岩石的单轴饱和极限抗压强度作为基本的分级指标，具有试验简单，数据可靠的优点；

●岩石的抗压和抗拉强度、弹性模量、泊松比等物理力学参数；

●岩石的抗钻性、抗爆性等工程指标。

⑵综合岩性指标

●岩体的弹性波传播速度：该指标反映了岩石的力学性质和岩体的破碎程度的综合因素，通常用岩体的完整性系数Kv来评价,即

Kv>0.750.75～0.550.55～0.350.35～0.15<0.15完整性完整较完整破碎较破碎极破碎岩体完整程度划分为完整、较完整、较破碎、破碎和极破碎等5类(下表)。●岩石质量指标(RQD)：是综合反映岩体的强度和岩体的破碎程度的指标。岩石质量指标是指钻探时岩心复原率，或称为岩芯采取率:

RQD（％）＝10cm以上岩芯累计长度×100单位钻孔长度●岩石质量指标(RQD)

岩石质量指标分级认为：RQD>90％为优质； 75％<RQD<90％为良好；50％<RQD<75％为好；25％<RQD<50％为差；RQD<25％为很差●围岩的自稳时间

：从隧道开挖到顶部开始发生可察觉的移动、松弛所经历的时间，被认为是综合岩性指标。劳费(H.Lauffer)认为隧道围岩的自稳时间ts可用下式表示：

ts=常数×L－(1＋a)

式中：L－隧道未支护地段的长度；a－视围岩情况在0～1之间变化，好的岩体可取a=0;极差的a=1

劳费(H.Lauffer)根据围岩的自稳时间和未支护地段的长度，将围岩分为：

稳定的、易掉块的、极易掉块的、破碎的、很破碎的、有压力的、有很大压力等七级●

岩体质量指标（Q指标）Q＝(RQD/Jh)(Jr/Ja)(Jw/SRF)

RQD－岩石质量指标；Jh－节理组数目，岩体愈破碎，Jh取值愈大；Jr－节理粗糙度，节理愈光滑，Jr取值愈小；Ja－节理蚀变值，蚀变愈严重，Ja取值愈大；Jw－节理含水折减系数，节理渗水量愈大，水压愈高，Jw取值愈小SRF－应力折减系数，初始应力愈高，SRF取值愈大(RQD/Jh)——表达了岩体的岩块大小(Jr/Ja)——表示了岩体的岩块强度(Jw/SRF)——表示了岩体的作用应力。

岩体质量特别好极好良好好中等不良坏极坏特别坏Q400～1000100～40040～10010～404～101～40.1～10.01～0.10.001～0.01●

指标的选择

⑴首先选择对隧道围岩稳定性有重大影响的因素指标；⑵选择测试设备简单、人为因素小、科学性强的定量指标；⑶选择指标要有一定的综合性。2、隧道围岩分级的方法

现行的许多围岩分级方法中，分类基本要素大致有三大类：

第I类：与岩性有关的要素。其分类指标是采用岩石强度和变形性质等：如岩石的单轴抗压强度、变形模量或弹性波速等。

第II类：与地质构造有关的要素。其分类指标采用诸如岩石的质量指标、地质因素平分法等，这些指标实质上是对岩体完整性或结构状态的评价。这类指标在划分围岩的级别中一般占有重要地位；第III类：与地下水有关的要素。

目前国内外围岩的分级方法，考虑上述三大基本要素，按其性质主要分为：⑴以岩石强度或物理指标为代表的分级方法⑵以岩体构造特征为代表的分级方法⑶以地质勘探手段相联系的分级方法⑷组合多种因素的分级方法⑸以工程对象为代表的分级法⑴以岩石强度或物理指标为代表的分级方法：

①按岩石强度为单一岩性指标的分级法:把岩石分为坚石、次坚石、松石及土②以岩石的物性指标为基础的分级方法：具有代表意义的是我国工程界广泛采用的岩石坚固系数“f”值分级法；

●优点：指标单一，使用方便；

●缺点：不能全面反映岩体固有的性态。⑵以岩体构造、岩性特征为代表的分级方法：

①这类分级法以泰沙基分级法为代表

这类分类法是早期提出的，仅把不同岩性、不同构造条件的围岩分成九类，每类都有一个相应的地压范围值和支护措施建议。这类分类法曾长期被各国采用，至今仍有广泛的影响。

②以岩体综合物性为指标的分级法

60年代我国在积累大量铁路隧道修建经验的基础上，提出了以岩体综合物性指标为基础的“岩体综合分类法”，并于1975年经修正后正式作为铁路隧道围岩分类方法。●优点：正确的考虑了地质构造特征、风化状况、地下水情况等多因素对围岩的影响。●缺点：分级指标缺乏定量描述。⑶以地质勘探手段相联系的分级方法：

①按弹性波（纵波）速度的分级方法

围岩弹性波速度是判断岩性、岩体结构的综合指标，它既可反映岩石软硬，又可表达岩体结构的破碎程度。1970年前后，日本提出按围岩弹性波速度进行分类，我国从1986年起，也开始将围岩弹性波（纵波）速度引入我国围岩分类法中。

⑶以地质勘探手段相联系的分级方法：②以岩石质量为指标的分级方法——R.Q.D.方法●优点：考虑了多种因素的影响，但分级指标大体上是半定量的。●缺点：分级的判断还带有一定的主观性。⑷组合多种因素的分级方法评价一种岩体的好坏，既要考虑地质构造、岩性、岩石强度，还要考虑施工因素，如掘进方向与岩层之间的关系、开挖断面的大小等。

比较完善的是1974年挪威地质学家巴顿等人提出的“岩体质量——Q”的分类方法。岩体质量值Q实质上是岩块尺寸、抗剪强度和作用力复合指标，根据不同的Q值，可将岩体进行分类。⑸以工程对象为代表的分级法：这类分级法如专门适用于喷锚支护的原国家建委颁布的围岩分级法(1979年)、苏联在巴库修建地下铁道时所采用的围岩分级法(1966年)等

●优点：目的明确，使用方便，能指导施工●缺点：分级指标以定性描述为主，人为因素较大。

围岩的分级方法有以下几方面的发展趋势：⑴

分级应主要以岩体为对象。岩体则包括岩块和各岩块之间的软弱结构面。因此分类应重点放在岩体的研究上⑵分级宜与地质勘探手段有机的联系起来有一个方便而又可靠的判断手段。随着地质勘探技术的发展，这将使分类指标更趋定量化。⑶分级要有明确的工程对象和工程目的。⑷分级宜逐渐定量化。

值得注意，近年国内外有关学者提出采用模糊数学分级；根据隧道周边量测的收敛值分级；采用人工智能－专家系统分类等建议，这些设想都将使围岩分级方法日趋完善。3、我国公路隧道围岩分级

⑴公路隧道围岩分级的出发点

●强调岩体的地质特征的完整性和稳定性；●分级指标应采用定性和定量指标结合方式；●明确工程目的和内容，并提出相应的措施；●分级应简明，便于使用；●考虑吸收其它围岩分级优点，并尽量和我国其它工程分级一致。3、我国公路隧道围岩分级

⑵考虑分级的指标和因素

●岩体的结构特征与完整状态

●考虑岩石强度围岩基本质量指标BQ

当取当取●地下水

在公路隧道围岩的分级中，遇有地下水时，一般的处理采用降级的方法①整体的硬质岩石中，一般的地下水对其稳定性影响不大，不考虑降级；②块状硬质岩和整体软质岩中，地下水将影响其稳定性，产生局部坍塌，或软化软弱结构面，围岩分级时一般可酌情降低1级；

③碎石状松散结构岩体，裂隙中有泥质充填物，地下水对稳定性影响很大，可根据地下水的性质、水量、渗流条件、动水和静水压力等情况，可降低1～2级；④强烈的断裂带，或软塑性粘土和潮湿的粉细砂，分类时已考虑了一般含水地质情况的影响，不再降级。⑶公路隧道围岩分级

●根据以上对分级因素和指标，公路隧道围岩分级将围岩分为六级；

●R.Q.D、岩体弹性波（纵波）速度、岩体完整性系数的分级法。⑶公路隧道围岩分级

级参数ⅠⅡⅢⅣⅤⅥRQD（％）>9585~7575~8650~7525~50<25BQ>550550~451450~351350~251<250Vp(km/s)>4.53.5~4.52.5~4.01.5~3.01.0~2.0<1.0（饱和粘土）I0.8～1.00.6~0.80.4~0.60.2~0.4<0.2⑷隧道施工围岩分级●施工阶段围岩判定具有直接性、可靠性、重要性特征，因此，施工阶段围岩级别的判定是一个重要而现实的问题。●评定因素采用围岩坚硬程度、围岩完整性程度、和地下水状态三项因素，细分为十三个子因素，即3－13评定;⑷隧道施工围岩分级即3－13评定

在三个因素中，最困难的是围岩完整性程度的评定，重点是如何根据掌子面的地质数据评价围岩的完整程度。根据对国内外施工阶段围岩分级的调查，应采用多种方法对围岩完整程度进行分级，采用定性和定量相结合的方法，如可采用下图的指标：5.2围岩压力的确定

1、围岩压力的概念

●

围岩压力：是指引起地下开挖空间周围岩体和支护变形或破坏的作用力。它包括由地应力引起的围岩应力以及围岩变形受阻而作用在支护结构上的作用力。从狭义上来理解，围岩压力是指围岩作用在支护结构上的压力。在工程中一般研究狭义的围岩压力。●

围岩压力按作用力发生形态分为：⑴松散压力：

⑵形变压力：

⑶膨胀压力：

⑷冲击压力：

⑴松散压力：常通过下列三种情况发生：

①在整体稳定的岩体中，可能出现个别松动掉块的岩石；②在松散软弱的岩体中，坑道顶部和两侧片帮冒落；③在节理发育的裂隙岩体中，围岩某些部位沿弱面发生剪切破坏或拉坏等局部塌落。

⑵形变压力：是指由于围岩变形受到与之密贴的支护如锚喷支护等的抑制，而使围岩与支护结构共同变形过程中，围岩对支护结构施加的接触压力。形变压力除与围岩应力状态有关外，还与支护时间和支护刚度有关。

⑶膨胀压力：是指由于围岩吸水而膨胀崩解所引起的压力。它与形变压力的基本区别在于它是由吸水膨胀引起的。

⑷冲击压力：是指围岩中积累了大量的弹性变性能之后，由于隧道的开挖，围岩的约束被解除，能量突然释放所产生的压力。冲击压力是岩体能量的积累与释放问题，所以它与弹性模量直接相关。弹性模量较大的岩体，在高地应力作用下，易于积累大量的弹性变形能，一旦遇到适宜条件，就会突然猛烈的大量释放。2、围岩松散压力的产生

开挖隧道所引起的围岩松动和破坏的范围有大有小，对于一般裂隙岩体中的深埋隧道，其波及范围仅局限在隧道周围一定深度，作用在支护结构上的围岩松散压力远远小于其上覆岩层自重所造成的压力，这可用围岩的“成拱作用”来解释。围岩松动压力的形成(a)变形阶段

(b)松动阶段

(c)塌落阶段

(d)成拱阶段

⑴隧道开挖后，在围岩应力重分布过程中，顶板开始沉陷，并出现拉断裂纹，可视为变形阶段；⑵顶板的裂纹继续发展并且张开，由于结构面切割等原因，逐渐转变为松动，可视为松动阶段；⑶顶板岩体视其强度的不同而逐步坍塌，可视为坍塌阶段；⑷顶板塌落停止，达到新的平衡，此时其界面形成一近似的拱形，可视为成拱阶段。

自然拱的范围的大小除受上述的围岩地质条件、支护结构架设时间、刚度以及它与围岩的接触状态外，还取决于以下诸因素：

⑴隧道的形状和尺寸：隧道拱圈越平坦，跨度越大，则自然拱越高，围岩松散压力也越大；

⑵隧道的埋深：实践证明，只有当隧道埋深超过某一临界值时，才有可能形成自然拱。习惯上称这种隧道为深埋隧道，否则为浅埋隧道。

⑶施工因素：如爆破所产生的震动，常常是引起塌方的重要原因之一，造成围岩压力过大，又如分部开挖多次扰动围岩，也会引起围岩失稳，加大自然拱范围。地层负温度3、围岩压力的确定方法

围岩压力的确定目前常用有下列三种方法：●直接量测法●经验法或工程类比法●理论估算法●直接量测法：

是一种切合实际的方法，对隧道工程而言，也是研究发展的方向；但由于受量测设备和技术水平的制约，目前还不能普遍常用。●经验法或工程类比法：

是根据大量以前工程的实际资料的统计和总结，按不同围岩分级提出围岩压力的经验数值，作为后建隧道工程确定围岩压力的依据的方法。是目前使用较多的方法。●理论估算法：是在实践的基础上从理论上研究围岩压力的方法。由于地质条件的不确定性，影响围岩压力的因素多，企图建立一种完善的和适合各种实际情况的通用围岩压力理论及计算方法是困难的。

⑴深埋隧道围岩压力的确定(工程类比法)围岩竖向匀布压力q按下式计算：

q=0.45×2s-1×γω(kN/m2)

式中：S—围岩级别，如属II级，则S＝2；γ—围岩容重，(kN/m3)；

ω＝1+i(B-5)—宽度影响系数；

B—隧道宽度,(m）；

i—以B＝5m为基准，B每增减1m时的围岩压力增减率。当B<5m，取i＝0.2；当B>5m,取i＝0.1。

⑴深埋隧道围岩压力的确定(工程类比法)

q=0.45×2s-1×γω(kN/m2)●适用条件①H/B<1.7，式中H为隧道高度；②深埋隧道；③不产生显著偏压力及膨胀力的一般隧道；④采用钻爆法施工的隧道。●

围岩的水平匀布压力e的确定，按下表中的经验公式计算围岩级别I、IIIIIIVVVI水平匀布压力0<0.15q(0.15～0.3)q(0.3～0.5)q(0.5～1.0)q●铁路新规范：

q＝γh

h=0.41×1.79S这是全国1046座铁路隧道得出的经验公式，其中S

—新规范围岩的分级。注：铁路隧道跨度小于公路隧道围岩压力分布特征作用在支护结构上的荷载是很不均匀的，这是因为在Ⅰ级及Ⅱ级围岩中，局部塌方是主要的。根据统计资料，围岩竖向松动压力的分布图形大致可以概括为以下六种，如图所示。

⑵浅埋隧道围岩松散压力的计算①深、浅埋隧道的判定原则●

隧道埋深不同，确定围岩压力的计算方法不同，应以隧道顶部覆盖层能否形成“自然拱”为原则。●

深埋隧道围岩松散压力值是以施工坍方平均高度(等效荷载高度值)为根据，为了形成此高度值，隧道上覆岩体就有一定的厚度。根据经验，这个深度通常为2～2.5倍的坍方平均高度值①深、浅埋隧道的判定原则

Hp＝（2～2.5）hq

式中:Hp—深浅埋隧道分界深度;

hq—荷载等效高度，按下式计算：

hq＝q/γq—深埋隧道竖向均布压力kN／m2；γ—围岩容重（kN／m2）。

在矿山法施工的条件下I～Ⅲ级围岩取

Hp＝2hqⅣ～Ⅵ级围岩取

Hp＝2.5hq

当隧道覆盖层厚度H≥Hp时为深埋，H＜Hp时为浅埋②浅埋隧道围岩压力的确定方法●

埋深(H)小于或等于等效荷载高度hq时，荷载视为均布竖向压力

q=γH式中:q—匀布布竖向压力；

γ—深度上覆围岩容重；

H—隧道埋深，抬隧道顶至地面的距离。②浅埋隧道围岩压力的确定方法侧向压力e，按匀布考虑时，其值为：

e=γ(H+1/2Hi)tan2(450–Φ/2)式中:e

—侧向匀布压力；γ—围岩容重，以kN/m3计；

H—隧道埋深，以m计；Hi

—隧道高度，以m计；

Φ一围岩计算摩擦角，可查有关规范。●埋深大于hq、小于等于Hp时

采用松散介质极限平衡理论进行分析，即：围岩松动压力=滑动岩体重量－滑面上的阻力

q浅＝Q浅/B=γH（1－H/B·λtanθ）

e=γ(H＋h)λ/2式中λ一侧压力系数，即：λ=(tanβ-tanΦ)/｛tanβ[1+tanβ(tanΦ-tanθ)+tanΦtanθ]｝

tanβ=tanΦ+｛(tan2Φ+1)tanΦ/(tanΦ-tanθ)｝1/2

⑶围岩压力的现场量测

现场实测围岩压力的方法很多，可归纳为两类：