Q值分级系统及挪威法培训课件

Q值分级系统及挪威法中建国际技术中心

王振辉2022年11月30日二目录ONTENTS围岩分级意义及方法一CQ值围岩分级与挪威法三对比与总结一、围岩分级的意义及方法A.分级意义B.分级方法C.[BQ]值法D.Q值法感性的认识！岩石的分类、岩石强度、分层厚度、风化程度、结构面的特点、岩层的产状等。围岩分级开挖工法、开挖进尺超前支护选择初支、二次衬砌支护参数监控量测（测点布置）荷载（竖向荷载、侧压力系数、初支及衬砌承担荷载的比例）岩石力学性质估算……定量的作用（对设计/施工）围岩分级意义及方法-A.围岩分级的意义和作用对施工项目来说：在施工方法及整体设计确定的情况下，隧道围岩分级及支护形式的变化是主要的变更形式，是二次经营的主要手段。围岩分级方法：[BQ]值、RMR值、Q值、普氏系数f、GSI值[BQ]值：RMR：Q值法：1974年挪威岩土工程研究所（NorwegianGeotechnialInstitue）提出了巴顿（Barton）Q体系法，多年不断修正，包含RQD、Jn、Jr、Ja、Jw、SRF六个参数。南非宾尼亚夫斯基（Bieniawski）于1973年提出，包含：岩块强度、RQD值、节理间距、节理条件、地下水这5个参数。《工程岩体分级标准》（GB/T50218-2014），主要包含Rc、Kv及修正系数K1/K2/K3，共五各参数。GSI：（1994年，EvertHoek和E.T.Brown）地质强度因子(GSI)是是Hoek—Brown破坏准则的一个重要参数。通过对岩体的观测和其力学性质的研究估算出岩体的强度.对于一种岩体的地质强度因子(GSI)判断取决于岩体的裂隙、节理面质量和岩体结构发育程度，这二者都与岩体的强度有着密不可分的联系。考虑到岩体的表面和地质状况，可以把岩体的GSI赋值定量分析。考虑的有岩体结构类型、岩体风化状况2个主要因素。围岩分级意义及方法-B.常见的围岩/岩体定量分级方法普氏系数f：岩石坚固性系数，1926年俄罗斯学者提出，岩石单轴抗压强度极限的1/10作为岩石的坚固性系数。f=Rc/10，共分10级。围岩分级方法：[BQ]值、RMR值、Q值、普氏系数f、GSI值“..当你能衡量你所说的东西，并能用数字表达出来时，你就对它有所了解，但当你不能用数字表达出来时，你的知识就显得贫乏而不令人满意了……”开尔文勋爵（1824-1907）围岩分级意义及方法-B.常见的围岩/岩体分级方法[BQ]值Q值RMR值f值GSI值BQ（岩体基本质量指标）[BQ]（地下工程岩体质量指标）涉及指标：Rc-单轴饱和抗压强度、Kv-岩体完成性系数、K1、K2、K3。（强度、完整性、地下水、结构面、初始地应力）对应分级：BQ值法：《工程岩体分级标准》（GB/T50218-2014）、《铁路隧道设计规范》（TB10003-2016）、《公路隧道设计规范》（JTG3370.1-2018）围岩分级意义及方法-C.国内岩体定量分级方法[BQ]值法涉及指标：Rc-单轴饱和抗压强度、Kv-岩体完成性系数、K1、K2、K3。（强度、完整性、地下水、结构面、初始地应力）Rc-单轴饱和抗压强度实测点荷载强度折算Kv-岩体完整性系数节理数对应K1K2K3①强度（单轴饱和抗压强度/点荷载强度）、②完整性（节理数）、③地下水（水量/水压）、④结构面（结构面与隧道轴线的组合关系）、⑤初始地应力状态（初始地应力）极高地应力：强度应力比小于4；高地应力：强度应力比4-7.围岩分级意义及方法-C.国内岩体定量分级方法[BQ]值法围岩分级意义及方法-D.Q值围岩系统分级法Q值围岩系统是在1971年至1974年期间在NGI开发（Barton等人，1974年）。1974年引入该系统；1993年的一次更新（1050个案例）；2002年，结合900多个新样本进行了更新。NGI官网免费下载NickBarton网站Jw裂隙水对节理的剪切强度的不利影响SRF原岩应力释放的系数围岩分级意义及方法-D.Q值围岩系统分级法（1974）Degreeofjointing(blocksize)节理发育程度（岩块尺寸）Jointfriction节理面的摩擦Stress（应力）RQD岩石质量指标Jn节理组数Jr节理粗糙度系数Ja节理蚀变系数围岩分级意义及方法-D.Q值围岩系统分级法注：如果RQD测量为≤10（包括0），则使用标称值10来评估Q。芯样：“RQD是所有长度超过10厘米（或芯直径x2)的芯件的长度（自然接头之间）占总芯长度的百分比之和”揭露的岩体：RQD=110–2.5Jv(forJvbetween4and44)，Jv为每m³岩体的节理数量RQD/Jn表示岩体中的相对块体大小。RQD（RockQualityDesignation）注：不同施工方法对RQD值的修正围岩分级意义及方法-D.Q值围岩系统分级法对于交叉路口，使用（3.0×Jn）。对于洞口，使用（2.0×Jn）。RQD/Jn表示岩体中的相对块体大小。Jn（Jointsetnumber）围岩分级意义及方法-D.Q值围岩系统分级法Jr（JointRoughnessNumber）（Jr/Ja）是实际摩擦角的近似表达，是节理面粗糙度和填充材料的组合如果节理平均间距大于3m，采用Jr+1光滑平直节理，且方向是估计的滑动方向，Jr取0.5围岩分级意义及方法-D.Q值围岩系统分级法Ja（Jointalterationnumber）（Jr/Ja）是实际摩擦角的近似表达，是节理面粗糙度和填充材料的组合围岩分级意义及方法-D.Q值围岩系统分级法Jw（Jointwaterreductionfactor）Jw水可以软化或冲洗矿物填充物，从而减少接缝面上的摩擦。水压可以降低接缝壁上的正常应力，则更容易剪切。C到F是粗略的估计。如果岩石排水或灌浆，则增加Jw没有考虑到由冰的形成所造成的特殊问题围岩分级意义及方法-D.Q值围岩系统分级法SRF（StressReductionFactor）可以测量岩体的应力和强度时，根据岩石单轴抗压强度（σc）与主要主应力（σ1）或最大切向应力σθ和σc的关系得出SRF。在地下开挖的规划阶段，可以根据覆盖层和地形特征或来自同一地质和地理区域的一般经验来确定SRF。σc=无约束抗压强度，σ1和σ3为主要主应力和次要主应力，σθ=为最大切向应力当5≤σ1/σ3≤10时，将σc降低到0.75σc；当σ1/σ3>10时，将σc降低到0.5σc。如果弱区仅影响但不与地下开口相交，则将这些SRF值降低25-50%。应用领域：Q值法是一个关于裂隙岩体支护的经验体系；大部分的案例来自于硬岩，包括破碎硬岩，对于软岩的案例较少在存在地应力或极差的围岩时，Q值法需要结合监控量测和数值模拟共同来使用。Q-系统作为岩石支护设计决策和岩体质量评价；可用于野外测绘、岩芯测井和钻孔调查围岩分级意义及方法-Q值围岩分级系统特点：围岩分级意义及方法-案例（corelogging）Qrange=(30-50)/9x(0.5-1)/(3-4)x0.66/1≈0.8-0.9Qrange=(65-100)/(6-9)x(1-1.5)/1x0.66/1≈5–25limestonegraniteRQD岩石质量指标Jn节理组数Jr节理粗糙度系数Ja节理蚀变系数Jw裂隙水降低系数SRF为应力降低系数围岩分级意义及方法-案例（surfaceexposurelogging）Qrange≈100/9x1.5/(1-2)x0.66/1=6-11.Qrange≈(10-20)/9x1/(1-2)x0.66/1≈0.4–1.5.shalegraniteRQD岩石质量指标Jn节理组数Jr节理粗糙度系数Ja节理蚀变系数Jw裂隙水降低系数SRF为应力降低系数围岩分级意义及方法-案例（tunnel）Qrange≈(30-80)/(6-9)x1.5/1x1/1≈5-20Qrange≈(90-100)/9x1.5/(2-4)x0.66/2.5≈1-2.Shallowcavern,withweatheringorclaycoatingsonseveralofthejointsets.Threejointsets(Jn=9),planarandrough-surfaced(Jr=1,5).SandstoneintheBremangertunnelRQD岩石质量指标Jn节理组数Jr节理粗糙度系数Ja节理蚀变系数Jw裂隙水降低系数SRF为应力降低系数围岩分级意义及方法-[BQ]VSQ因素对比：Rc强度（单轴饱和抗压强度/点荷载强度）Kv/Jv完整性（节理数）K1地下水（水量/水压）K2结构面（结构面与隧道轴线的组合关系）K3初始地应力状态（初始地应力）RQD岩石质量指标Jn节理组数Jr节理粗糙度系数Ja节理蚀变系数Jw裂隙水降低系数SRF为应力降低系数二、Q值分级系统与挪威法A.挪威法特点B.Q值到支护参数C.案例对比跨度62m；片麻岩单轴抗压强度60-90Mpa；平均RQD值70%；平均Q值为9（在1～30）；3～4组节理裂隙。采用100mm的纤维喷混凝土及锚杆加固支护1994年奥林匹克冬季运动会地下冰球馆（跨度62m）Q值分级系统与挪威法-挪威法典型案例特点：单层衬砌：把单层支护作为永久衬砌，只是在运营后，如果出现涌水、冰霜等危害的情况下，才修筑二次衬砌。排水隧道：不考虑水压力Q值岩体分级系统和高质量的湿喷钢纤维（聚丙烯纤维）混凝土S(fr)和全长胶结型高拉力耐腐蚀的锚杆CTbolts、RRS（ribreinforcedshotcrete）是挪威法核心。Q值分级系统与挪威法-挪威法特点湿喷纤维混凝土S（fr）CT锚杆钢筋肋RRS（ribreinforcedshotcrete）Q值分级系统与挪威法-感官对比NATM与NTM早进晚出，洞口浅埋/地质条件差喷射混凝土基面平整度应满足:D/L=1/6单层衬砌国内公路隧道成洞效果挪威公路隧道成洞效果早进晚出，洞口浅埋/地质条件差EquivalentDimension（De）：

Q值分级系统与挪威法-Q值到支护参数（De）ESR(ExcavationSupportRatio)：注：B、C、D类型且Q＜0.1时，ESR取1Spanorheightinm：Q值分级系统与挪威法-Q值到支护参数（2015）Q值分级与挪威法-支护手段钢筋网喷射混凝土/钢纤维喷射混凝土？普通锚杆/防腐锚杆？加劲肋/格栅钢架？三、对比与总结A.挪威法特点B.Q值到支护参数C.案例对比挪威法（NMT）VS新奥法（NATM）适用性及优缺点：理念：Q值分类为基础、系统锚杆+高等级纤维喷射混凝土，一般不需要监控量测（围岩情况极差、特大断面）。适用破碎硬岩、强度高、变形小、超挖较大；单层衬砌（大部分公路隧道采用单层衬砌）支护手段：锚杆（抗腐蚀）+纤维喷射混凝土+钢筋肋公路隧道多采用单层衬砌，⑤支护参数确定：利用Q值及隧道等效尺寸（De）及开挖支护率（ESR）理念：减少扰动；发挥围岩承载力；强调封闭成环和监控量测