任务二：隧道的围岩分级

任务二：隧道的围岩分级《隧道施工与检测技术》一、我国公路隧道围岩的分级分级思路：基本分级修正基本分级最终分级主要考虑4种因素：

①岩石坚硬程度②围岩完整状态③地下水④围岩初始地应力

⑤主要结构面产状状态基本分级修正基本分级对岩质围岩和土质围岩分别采用不同的指标体系进行评定。一、我国公路隧道围岩的分级1.岩质围岩分级的基本因素围岩基本分级应由岩石坚硬程度和岩体完整程度两个因素确定，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综合确定。（1）岩石坚强程度定量指标一、我国公路隧道围岩的分级岩石坚硬程度定量指标用岩石单轴饱和抗压强度（Rc）表述，宜采用实测值，其对应关系按下表的规定确定：

Rc与岩石坚硬程度定性值对应关系Rc（MPa）Rc>6030<Rc≤6015<Rc≤305<Rc≤15Rc≤5定性值坚硬岩较坚硬岩较软岩软岩极软岩1.岩质围岩分级的基本因素（1）岩石坚强程度定量指标一、我国公路隧道围岩的分级若无实测值时，可采用实测的岩石点荷载强度指标（Is(50)）的换算值，即按下式计算：

Rc=

式中：Is(50)—岩石点点荷载强度指数，与岩石坚硬程度定性值相对应关系按下表规定确定。Rc—岩石单轴饱和抗压强度Is(50)（MPa）Is(50)>3.633.63≤Is(50)<1.441.44≤Is(50)<0.570.57≤Is(50)≤0.13Is(50)<0.13定性值坚硬岩较坚硬岩较软岩软岩极软岩

Is(50)与岩石坚硬程度定性值对应关系1.岩质围岩分级的基本因素（2）岩石坚强程度定性划分岩石类别定性鉴定代表性岩石硬质岩竖硬岩锤击声清脆，有回弹，振手，难击碎；浸水后，大多无吸水反应未风化~微风化的花岗岩、闪长岩、正长岩、辉绿岩、安山岩、玄武岩、片麻岩、石英片岩、硅质板岩、硅质胶结砾岩、石英砂岩、硅质石灰岩等较竖硬岩锤击声较清脆，有轻微回弹，稍振手，较难击碎；浸水后，有轻微吸水反应微风化的坚硬岩；未风化~微风化的熔结凝灰岩、大理岩、板岩、白云岩、钙质胶结砂岩等软质岩较软岩锤击声不清脆，无回弹，较易击碎；浸水后，指甲可刻出印痕强风化的坚硬岩；弱风化的较坚硬岩；未风化~微风化的页岩、粉砂岩、泥质砾岩、砂质泥岩、凝灰岩、泥灰岩、千枚岩等软岩锤击声哑，无回弹，有凹痕，易击碎；浸水后，手可掰开强风化的坚硬岩；弱风化~强风化的较坚硬岩；弱风化的较软岩；未风化的泥岩等软质岩极软岩锤击声哑，无回弹，有较深凹痕，手可捏碎；浸水后，可捏成团全风化的各类岩石和各种半成岩岩石坚硬程度的划分一、我国公路隧道围岩的分级1.岩质围岩分级的基本因素一、我国铁路隧道围岩的分级岩石风化程度的划分名称风化特征风化程度参数指标波速比kv风化系数kf未风化岩石结构构造未变,岩质新鲜0.9~1.00.9~1.0微风化岩石结构构造、矿物成分和色泽基本未变,部分裂隙面有铁锰质渲染或略有变色0.8~0.90.8~0.9弱风化岩石结构构造部分破坏，矿物成分和色泽较明显变化，裂隙面风化较剧烈0.6~0.80.4~0.8强风化岩石结构构造大部分破坏，矿物成分和色泽明显变化,长石、云母和铁镁矿物已风化蚀变0.4~0.6<0.4全风化岩石结构构造完全破坏，已崩解和分解成松散土状或砂状，矿物全部变色，光泽消失，除石英颗粒外的矿物大部分风化蚀变为次生矿物0.2~0.4—1.岩质围岩分级的基本因素一、我国公路隧道围岩的分级（3）岩石完整程度定量指标岩体完整程度定量值采用完整性系数

Kv表示，其对应关系按下表规定确定。

Kv与岩体完整程度定性值对应关系KvKv>0.750.55<Kvc≤0.750.35<Kv≤0.550.15≤Kv≤0.35Kv<0.15定性值完整较完整较破碎破碎极破碎

1.岩质围岩分级的基本因素一、我国公路隧道围岩的分级（3）岩石完整程度定量指标岩体完整性系数

Kv值应针对不同的工程地质岩组或岩性段，选择有代表性的点、段，测试岩体弹性纵坡速度，并应在同一岩体取样测定岩石纵坡速度，按下式计算：

式中：vpm

—评价区域岩体弹性纵波波速（km/s）

vpr—评价区域岩石弹性纵波波速（km/s）1.岩质围岩分级的基本因素（4）岩体完整程度定性划分一、我国公路隧道围岩的分级定性值结构面结构类型定性描述组数平均间距(m)结合程度类型完整不发育1~2>1.0结合好或一般节理

、裂隙、层面整体状或巨厚层状结构较完整1~2>1.0结合差节理、裂隙、层面块状或厚层状结构较发育2~31.0~0.4结合好或一般块状结构较破碎2~31.0~0.4结合差节理、裂隙、劈理、层面、小断层裂隙块状或中厚层状结构发育≥30.4~0.2结合好镶嵌碎裂构结合一般薄层状结构破碎≥30.4~0.2结合差各种类型结构面裂隙块状结构很发育≥3≤0.2结合一般或差碎裂结构极破碎极发育无序—结合很差

散体结构（4）岩体完整程度定性划分一、我国公路隧道围岩的分级结构面结合程度的划分结合程度结构面特征结合好张开度小于1mm，为硅质、铁质或钙质胶结，或结构面粗糙，无充填物；张开度1mm~3mm，为硅质或铁质胶结；张开度大于3mm，结构面粗糙，为硅质胶结结合一般张开度小于1mm，结构面平直，钙泥质胶结或无充填物；张开度1mm~3mm，为钙质胶结；张开度大于3mmn，结构面粗糙，为铁质或钙质胶结；结合差张开度1mm~3mm，结构面平直，为泥质胶结或钙泥质胶结；张开度大于3mm，多为泥质或岩屑充填结合很差泥质充填或泥夹岩屑充填，充填物厚度大于起伏差（4）岩体完整程度定性划分一、我国公路隧道围岩的分级层状岩层厚度的划分层状岩层厚度单层厚度巨厚层大于1.0m厚层大于0.5m,且小于等于1.0m中厚层大于0.1m,且小于等于0.5m薄层小于等于0.1m结构面性质：紧闭、张开、填充情况（5）岩质围岩基本质量指标BQ值一、我国公路隧道围岩的分级围岩基本质量指标BQ值。应根据岩石坚硬程度、岩体完整程度分级因素的定量指标Rc的兆帕数值和Kv，按下式计算：

BQ=100+3Rc+250Kv

（式2-7）在使用(2-7)式时，应符合下列规定：当Rc>90Kv+30时，应以Rc=90Kv+30和Kv代入(2-7)式计算BQ值；当Kv>0.04Rc+0.4时，应以Kv=0.04Rc+0.4和Rc代入(2-7)式计算BQ值。在计算出BQ的值以后，可以根据表2-11对岩体基本质量进行分级。1.岩质围岩分级的基本因素2.公路隧道岩质围岩的修正分级

当岩质围岩分级遇到下列情况之一时，应对岩体基本质量指标BQ进行修正，根据修正后的岩体质量指标【BQ】重新进行围岩分级。1.在地下水；2.围岩的稳定性受软弱结构面影响，且有一组起控制作用。3.存在高初始地应力

围岩级别修正宜采用定性修正与定量修正相结合的方法，综合分析确定围岩级别。定性修正~（1）地下水水是造成施工塌方、使坑道围岩丧失稳定的重要原因之一。①使岩质软化、强度降低，对软岩尤为明显，对土体则可促使其液化或流动。②在有软弱结构面的围岩中，会冲走充填物或使夹层液化，减少层间摩阻力促使岩块滑动。③在某些围岩中，如石膏、岩盐和蒙脱石为主的黏土岩，遇水后产生膨胀；在未胶结或弱胶结的砂岩中可产生流沙和潜蚀。2.公路隧道岩质围岩的修正分级地下水出水状态渗水量[L/(min.10m)]潮湿或点滴状出水≤25淋雨状或线流状出水25~125涌流状出水>125

围岩级别地下水出水状态

ⅠⅡⅢⅣⅤ潮湿或点滴状出水ⅠⅡⅢIVⅤ淋雨状或线流状出水ⅠⅡⅢ或Ⅳ①ⅤⅥ涌流状出水ⅡⅢⅣⅤⅥ表2-12地下水状态的分级表2-13地下水影响的修正注:①围岩岩体为较完整的硬岩时定为Ⅲ级，其他情况定为Ⅳ级。定性修正~（1）地下水表2-14初始地应力状态评估基准初始地应力状态主要现象评估基准(Rc/бmax)一般地应力硬质岩：开挖过程中不会出现岩爆，新生裂缝较少，成洞性一般较好>7软质岩：岩芯无或少有饼化现象，开挖过程中洞壁岩体有一定的位移，成洞性一般较好高地应力硬质岩：开挖过程中可能出现岩爆，洞壁岩体有剥离和掉块现象，新生裂缝较多，成洞性较差4～7软质岩：岩芯时有饼化现象，开挖过程中洞壁岩体位移显著，持续时间较长，成洞性差极高地应力硬质岩：开挖过程中有岩爆发生，有岩块弹出，洞壁岩体发生剥离，新生裂缝多，成洞性差<4软质岩：岩芯常有饼化现象，开挖过程中洞壁岩体有剥离，位移极为显著，甚至发生大位移，持续时间长，不易成洞注:表中R为岩石单轴饱和抗压强度(MPa)；бmax为垂直洞轴线方向的最大初始地应力值(MPa)定性修正~（2）初始地应力状态2.公路隧道岩质围岩的修正分级表2-14初始地应力状态评估基准初始地应力状态主要现象评估基准(Rc/бmax)一般地应力硬质岩：开挖过程中不会出现岩爆，新生裂缝较少，成洞性一般较好>7软质岩：岩芯无或少有饼化现象，开挖过程中洞壁岩体有一定的位移，成洞性一般较好高地应力硬质岩：开挖过程中可能出现岩爆，洞壁岩体有剥离和掉块现象，新生裂缝较多，成洞性较差4～7软质岩：岩芯时有饼化现象，开挖过程中洞壁岩体位移显著，持续时间较长，成洞性差极高地应力硬质岩：开挖过程中有岩爆发生，有岩块弹出，洞壁岩体发生剥离，新生裂缝多，成洞性差<4软质岩：岩芯常有饼化现象，开挖过程中洞壁岩体有剥离，位移极为显著，甚至发生大位移，持续时间长，不易成洞注:表中R为岩石单轴饱和抗压强度(MPa)；бmax为垂直洞轴线方向的最大初始地应力值(MPa)定性修正~（2）初始地应力状态2.公路隧道岩质围岩的修正分级表2-15初始地应力影响的修正注：1①围岩岩体为较破碎的极硬岩、较完整的硬岩时定为Ⅲ级；其他情况定为IV级；

②围岩岩体为破碎的极硬岩、较破碎及破碎的硬岩时定为IV级；其他情况定为V级；

2本表不适用于特殊围岩。

ⅠⅡⅢⅣⅤ极高应力ⅠⅡⅢ或Ⅳ①ⅤⅥ高应力ⅠⅡⅢⅣ或Ⅴ②Ⅵ围岩级别初始地应力状态修正级别定性修正~（2）初始地应力状态2.公路隧道岩质围岩的修正分级主要结构面产状状态对围岩级别的修正，应考虑主要结构面产状与洞轴线的组合关系，并结合结构面工程特性、富水情况等因素综合分析确定。

主要结构面是指对围岩稳定性起主要影响的结构面，如层状岩体的泥化层面，一组很发育的裂隙，次生泥化夹层，含断层泥、糜棱岩的小断层等。定性修正~（3）主要结构面产状状态2.公路隧道岩质围岩的修正分级围岩级别定量修正应符合下列规定：①围岩级别定量修正应对围岩基本质量指标BQ进行修正，并以修正后获得的围岩基本质量指标值[BQ]确定围岩级别。岩质围岩级别定量修正2.公路隧道岩质围岩的修正分级②围岩基本质量指标修正值[BQ]可按下式计算。其修正系数K1、K2、

K3值可分别按表2-16、表2-17和表2-18确定。[BQ]=BQ-100(K1+K2+K3)式中[BQ]——围岩基本质量指标修正值；BQ——围岩基本质量指标值；K1——地下水影响修正系数；K2——主要软弱结构面产状修正系数；K3——初始地应力影响修正系数。岩质围岩级别定量修正2.公路隧道岩质围岩的修正分级表2-16地下水影响修正系数K1岩质围岩级别定量修正地下水出水状态

BQ>550550~351350~251≤250潮湿或点滴状出水，p≤0.1或Q≤25００.１０.２～０.３０.４～０.６淋雨状或线流状出水，0.1＜p≤0.5或25＜Q≤125０.１０.２～０.３０.４～０.６０.７～０.９涌流状出水，p>0.5或Q>125０.２０.４～０.６０.７～０.９１.０注:在同一地下水状态，岩体基本质量指标BQ越小，修正系数K1取值越大；在同一岩体，地下水量、水压越大，修正系数K1取值越大。2.公路隧道岩质围岩的修正分级表2-17主要结构面产状影响修正系数K2结构面产状及其与洞轴线的组合关系结构面走向与洞轴线夹角<30°结构面倾角30°～75°结构面走向与洞轴线夹角>60°结构面倾角>75°其他组合K20.4～0.60～0.20.2～0.4岩质围岩级别定量修正2.公路隧道岩质围岩的修正分级表2-18初始地应力影响修正系数K3

>550550～451450～351350～251≤250极高应力1.01.01.0～1.51.0～1.51.0高应力0.50.50.50.5～1.00.5～1.0岩体基本质量指标BQ初始地应力状态 岩质围岩级别定量修正注:1.BQ越小，修正系数K3取值越大2.公路隧道岩质围岩的修正分级一、我国公路隧道围岩的分级围岩级别围岩或土体主要定性特征围岩基本质量指标BQ或修正质量指标【BQ】I坚硬岩(饱和抗压极限强度Rb＞60MPa)，岩体完整，巨块状或巨厚层状整体结构>550II坚硬岩(Rb＞30MPa)，岩体较完整，块状或厚层状结构较坚硬岩，岩体完整，块状整体结构550～451III坚硬岩，岩体较破碎，巨块（石）碎(石)状镶嵌结构较坚硬岩或较软硬质岩，岩体较完整，块状体或中厚层状结构450～351IV坚硬岩，岩体破碎，碎裂(石)结构较坚硬岩，岩体较破碎～破碎，镶嵌碎裂结构较软岩或软硬岩互层，且以软岩为主，岩体较完整～较破碎，中薄层状结构350～251土体：1．压密或成岩作用的粘性土及砂性土2．黄土(Q1，Q2)3．一般钙质、铁质胶结的碎、卵石土、大块石土

V较软岩，岩体破碎软岩，岩体较破碎～破碎极破碎各类岩体，碎、裂状、松散结构<250一般第四系的半干硬～硬塑的粘性土及稍湿至潮湿的一般碎、卵石土、圆砾、角砾土及黄土(Q3、Q4)。非粘性土呈松散结构，粘性土及黄土呈松软结构

VI软塑状粘性土及潮湿、饱和粉细砂层、软土等（2）公路围岩的基本分级一、我国公路隧道围岩的分级（2）公路围岩的基本分级在定测和施工阶段，可对Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ基本级别再进行亚级划分(如表表2-19)。

表2-19

公路隧道围岩分级围岩级别岩质围岩级别土质围岩级别ⅠⅡⅢⅣⅤⅣⅤⅥⅠⅡⅢ1Ⅲ2Ⅳ1Ⅳ2Ⅳ3Ⅴ1Ⅴ2Ⅳ3Ⅴ1Ⅴ2Ⅶ

某铁路隧道，在K358+635~K361+602地段，设计的围岩等级是Ⅲ级。施工过程中发现，该地段渗水量较大，达到163min.10m，对围岩初始应力进行测量后，发现其初始应力为极高应力状态。

请从定性角度判断该地段的最终围岩等级。3.公路隧道土质围岩的基本质量分级根据《公路隧道设计细则》（JTG/TD70-2010）的规定，土质围岩以定性分级为主，分级指标体系根据土性差异由1~2个地组成：黏质土围岩基本指标为潮湿程度。砂质土围岩基本指标为密实程度、修正指标为潮湿程度。碎石土围岩围岩基本指标为密实程度。对于膨胀性土、多年冻土等特殊情况的土质围岩，应专门进行研究。3.公路隧道土质围岩的基本质量分级表2-20

黏质土围岩基本质量指标定性分级方法围岩级别分级指标围岩状态定性描述潮湿程度基本分级亚级定性描述定量指标（液性指标IL）ⅣⅣ3坚硬≤0密实的坚硬黏质土、黄土（Q1、Q2）ⅤⅤ1坚硬~硬塑≤0.25一般坚硬黏质土、较大天然密度硬塑状黏质土、一般硬塑状黏质土、黄土（Q3）Ⅴ2硬塑~可塑0~0.75一般硬塑状黏质土、可塑状黏质土、黄土（Q4）Ⅵ—软塑~流塑≥0.75软塑~流塑状黏质土、近软塑状及低天然密度可塑状黏质土注：不适用于膨胀性围岩、多年冻土等特殊土。3.公路隧道土质围岩的基本质量分级表2-21

砂质土围岩基本质量指标定性分级方法围岩级别分级指标围岩状态定性描述潮湿程度基本分级亚级定性描述定量指标（标准贯入锤击数N）ⅣⅣ3密实>30压密或成岩作用的砂质土ⅤⅤ1密实~中密>15压密状态稍湿到潮湿或胶结程度较好的砂质土Ⅴ2中密~稍密10~30压密以下但胶结程度较好的砂质土Ⅵ—松散<10松散潮湿、呈饱和状态的粉细砂等砂质土3.公路隧道土质围岩的基本质量分级表2-22

碎石土围岩基本质量指标定性分级方法围岩级别分级指标围岩状态定性描述潮湿程度基本分级亚级定性描述定量指标（动力触探锤击数）ⅣⅣ3密实N63.5>20或N120>11一般钙质、铁质胶结的碎石土、卵石土、大块石土ⅤⅤ1密实~中密N63.5>10或N120>6稍湿至潮湿的碎石土、卵石土、圆砾、角砾土Ⅴ2中密~稍密5<N63.5≤20或3<N120≤11稍湿至潮湿且较松散的碎石土、卵石土、圆砾、角砾土

公路隧道围岩分级各级各级围岩的自稳能力，可根据围岩变形量测和理论计算分析评定，或按表2-23判定。注：1.小塌方：塌方高度<3m，或塌方体积<30m32.中蹋方：塌方高度3~6m，或塌力体积30~100m33.大塌方：塌方高度>6m，或塌方体积>100m3表2-23

隧道各级围岩自稳能力判断围岩级别自稳能力I跨度≤20m，可长期稳定，偶有掉块，无塌方II跨度10~20m，可基本稳定，局部可发生掉块或小塌方；跨度<10m，可长期稳定，偶有掉块III跨度10~20m，可稳定数日至1月，可发生小~中塌方；跨度5~10m，可稳定数月，可发生局部块体位移及小~中塌方；跨度<5m，可基本稳定IV跨度>5m，一般无自稳能力，数日至数月内可发生松动变形、浊塌方、进而发展为中~大塌方；埋深小时，以拱部松动破坏为主；理深大时；有明显塑性流动变形和挤压破坏；跨度≤5m，可稳定数日至1月V无自稳能力，跨度5m或更小时，可稳定数日VI无自稳能力二、我国铁路隧道围岩的分级铁路隧道的围岩分级，和公路隧道的围岩分级相差无几，主要是根据《铁路隧道设计规范》（TB10003-2016）的规定，根据分级的基本因素及指标，给出各级围岩的主要工程地质特征、围岩基本质量指标、围岩弹性纵坡速度等要素，将隧道围岩划分为6级。

铁路隧道围岩的基本分级级别岩体特征土体特征围岩基本质量指标BQ围岩弹性纵波速度vp(km/s)I极硬岩，岩体完整

>550A:>5.3II极硬岩，岩体较完整；硬岩，岩体完整

550～451A:4.5～5.3B:＞