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1、第三章 围岩分级及围岩压力 第一节第一节 围岩分级围岩分级 一、概述一、概述 围岩是指隧道开挖后其周围产生应力重分布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 影响的那部分岩体影响的那部分岩体( (这里所指的岩体是土体与岩体这里所指的岩体是土体与岩体 的总称的总称) )。 在不同的岩体中开挖隧道后岩体所表现出的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、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。暂时稳定和不稳定四种。 各种围岩的物理性质之间存在一定的内
2、在联系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，这就是干级，这就是围岩分级围岩分级。 围岩分级的目的围岩分级的目的是：作为选择施工方法的依据是：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；进行科学管理及正确评价经济效益；确定结构上 的荷载的荷载( (松散荷载松散荷载) )；给出衬砌结构的类型及其尺寸；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。；制定劳动定额、材料消耗标准的基础等等。 对对理想的分级方法的要求理想的分级方法的要求是：是：准确客观，有准
3、确客观，有 定量指标，尽量减少因人而异的随机性；定量指标，尽量减少因人而异的随机性；便于操便于操 作使用，适于一般勘测单位所具备的技术装备水平作使用，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。最好在挖开地层前得到结论。 二、围岩的分类方法二、围岩的分类方法 分级的基本要素大致有三大类：分级的基本要素大致有三大类： 第第类：类：与岩性有关的要素与岩性有关的要素 第第类：类：与地质构造有关的要素与地质构造有关的要素 第第类：类：与地下水有关的要素与地下水有关的要素 ( (一一) )以岩石强度或岩石的物性指标为代表的分以岩石强度或岩石的物性指标为代表的分 级方法级方法 1.1
4、.以岩石强度为基础的分级方法以岩石强度为基础的分级方法 认为坑道开挖后，其稳定性主要取决于岩认为坑道开挖后，其稳定性主要取决于岩 石的强度。岩石愈坚硬，坑道愈稳定；反之，石的强度。岩石愈坚硬，坑道愈稳定；反之， 岩石愈松软，坑道的稳定性就愈差。岩石愈松软，坑道的稳定性就愈差。 2.2.以岩石的物性指标为基础的分级方法以岩石的物性指标为基础的分级方法 “岩石坚固性系数岩石坚固性系数 f f ” ”是一个综合的物性指是一个综合的物性指 标值，表示岩石在采矿中各个方面的相对坚固标值，表示岩石在采矿中各个方面的相对坚固 性，如岩石的抗钻性、抗爆性、强度性，如岩石的抗钻性、抗爆性、强度等。等。 为岩石饱
5、和单轴极限抗压强度为岩石饱和单轴极限抗压强度 ( (二二) )以岩体构造、岩性特征为代表的分级方法以岩体构造、岩性特征为代表的分级方法 1.1.泰沙基分级法泰沙基分级法 把不同岩性、不同构造条件的围岩分成九类把不同岩性、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，每类都有一个相应的地压范围值和支护措施建 议。议。 1.1.按弹性波按弹性波( (纵波纵波) )速度的分级方法速度的分级方法 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。构的
6、破碎程度。 2.2.以岩体综合物性为指标的分级方法以岩体综合物性为指标的分级方法 ( (三三) )与地质勘探手段相联系的分级方法与地质勘探手段相联系的分级方法 2.2.以岩石质量为指标的分级方法以岩石质量为指标的分级方法RQDRQD方法方法 所谓岩石质量指标所谓岩石质量指标RQDRQD是指钻探时岩芯复原是指钻探时岩芯复原 率，或称岩芯采取率：即单位长度钻孔中率，或称岩芯采取率：即单位长度钻孔中10cm10cm 以上的岩芯占有的比例，可写为：以上的岩芯占有的比例，可写为： “ “岩体质量岩体质量Q”Q”的分类方法：的分类方法： ( (四四) )组合多种因素的分级方法组合多种因素的分级方法 式中式
7、中 RQDRQD岩石质量指标；岩石质量指标； J J h h 节理组数目；节理组数目； J J r r 节理粗糙度；节理粗糙度； J J a a 节理蚀变值；节理蚀变值； J J w w 节理含水折减系数；节理含水折减系数； SRFSRF 应力折减系数。应力折减系数。 RQDRQD/ /J J h h 表示岩块的大小；表示岩块的大小；J J r r / /J J a a 表示岩块间表示岩块间 的抗剪强度；的抗剪强度；J J w w / / SRFSRF表示作用应力。所以岩体表示作用应力。所以岩体 质量值质量值QQ实质上是岩块尺寸、抗剪强度和作用力实质上是岩块尺寸、抗剪强度和作用力 的复合指标。
8、的复合指标。 综上所述，围岩分级有以下几方面发展趋势：综上所述，围岩分级有以下几方面发展趋势： 分级应主要以岩体为对象。分级应主要以岩体为对象。 分级宜与地质勘探手段有机地联系起来。分级宜与地质勘探手段有机地联系起来。 分级要有明确的工程对象和工程目的。分级要有明确的工程对象和工程目的。 分级宜逐渐定量化。分级宜逐渐定量化。 三、我国铁路隧道围岩分级方法三、我国铁路隧道围岩分级方法 1.1.围岩分级的基本因素围岩分级的基本因素 (1)(1)岩石坚硬程度岩石坚硬程度 根据单轴饱和极限抗压强度根据单轴饱和极限抗压强度R R c c 分为分为5 5级，即极级，即极 硬岩、硬质岩、较软岩、软岩、极软岩
9、，如硬岩、硬质岩、较软岩、软岩、极软岩，如表表。 我国现行的我国现行的铁路隧道设计规范铁路隧道设计规范中明确规中明确规 定，目前铁路隧道围岩分级采用两种方法，即以定，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围岩稳定为基础的分级方法和按弹性波( (纵波纵波) )速速 度的分级方法。度的分级方法。 ( (一一) )以围岩稳定性为基础的分级方法以围岩稳定性为基础的分级方法 (2)(2)岩体的完整程度岩体的完整程度 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。它是评价围岩稳特征及其被切割后的块度大小。它是评
10、价围岩稳 定程度最直接、最重要的指标。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以下几方面为了衡量围岩的完整程度要考虑以下几方面 的因素：的因素： 按照软弱面的产状、贯通性以及充填物的情况按照软弱面的产状、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，可将围岩分为：完整、较完整、较破碎、破碎 、极破碎。、极破碎。 按照围岩受地质构造影响的程度，可将围岩分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。为：构造变动轻微、较重、严重、很严重。 按照节理按照节理( (裂隙裂隙) )发育程度的不同又分为：节理发育程度的不同又分为：节
11、理 不发育、节理较发育、节理发育及节理很发育。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。微、较重、严重、极严重四级。 岩体完整程度应按岩体完整程度应按表表划分。划分。 2.2.围岩基本分级及其修正围岩基本分级及其修正 (1)(1)基本分级基本分级 根据以上分级因素及指标，给出各类围岩的根据以上分级因素及指标，给出各类围岩的 主要工程地质特征、结构特征和完整性及围岩开主要工程地质特征、结构特征和完整性及围岩开 挖后的稳定状态等要素。挖后的稳定状态等要素。铁路隧道设计规范铁路隧道设计规范
12、 将单、双线铁路隧道的围岩划分为六级。将单、双线铁路隧道的围岩划分为六级。 地下水影响的修正地下水影响的修正 地下水对围岩的影响主要表现在：地下水对围岩的影响主要表现在： 软化围岩软化围岩 软化结构面软化结构面 承压水作用承压水作用 根据单位时间的渗水量可将地下水状态分为根据单位时间的渗水量可将地下水状态分为3 3 级，如级，如表表。 根据地下水状态对围岩级别的修正如根据地下水状态对围岩级别的修正如表表。 (2)(2)隧道级别的修正隧道级别的修正 围岩初始地应力状态修正围岩初始地应力状态修正 围岩初始地应力状态，当无实测资料时，可围岩初始地应力状态，当无实测资料时，可 根据隧道工程埋深、地貌、
13、地形、地质、构造运根据隧道工程埋深、地貌、地形、地质、构造运 动史、主要构造线与开挖过程中出现的岩爆、岩动史、主要构造线与开挖过程中出现的岩爆、岩 芯饼化等特殊地质现象，按芯饼化等特殊地质现象，按表表做出评估。做出评估。 初始地应力对围岩级别的修正宜按初始地应力对围岩级别的修正宜按表表进行。进行。 风化作用的影响风化作用的影响 ( (二二) )弹性波速度的分级方法弹性波速度的分级方法 弹性波弹性波( (纵波纵波) )速度与围岩级别的关系见速度与围岩级别的关系见表表。 岩石坚硬程度的划分岩石坚硬程度的划分 岩石岩石 类别类别 单轴饱和单轴饱和 抗压强度抗压强度 R Rc c /MPa/MPa 代
14、表性岩石代表性岩石 硬硬 质质 岩岩 极硬极硬 岩岩 6060 花岗岩、闪长岩、玄武岩等岩浆岩；花岗岩、闪长岩、玄武岩等岩浆岩； 硅岩、钙质胶结的砾岩及砂岩、石灰岩、白云岩硅岩、钙质胶结的砾岩及砂岩、石灰岩、白云岩 等沉积岩；等沉积岩； 片麻岩、石英岩、大理岩、板岩、片岩等变质岩片麻岩、石英岩、大理岩、板岩、片岩等变质岩 硬岩硬岩30603060 软软 质质 岩岩 较软较软 岩岩 15301530 凝灰岩等喷出岩；凝灰岩等喷出岩； 砂砾岩、泥质砂岩、泥质页岩、灰质页岩、泥灰砂砾岩、泥质砂岩、泥质页岩、灰质页岩、泥灰 岩、泥岩、煤等沉积岩；岩、泥岩、煤等沉积岩； 云母片岩或千枚岩等变质岩云母片岩
15、或千枚岩等变质岩 软岩软岩515515 极软极软 岩岩 0.75 较完较完 整整 结构面结构面2323组，以构造型节理、层面为主，裂组，以构造型节理、层面为主，裂 隙多呈密闭型，部分为微张型，少有充填物隙多呈密闭型，部分为微张型，少有充填物 块状结构块状结构0.550.750.550.75 较破较破 碎碎 结构面一般为结构面一般为3 3组，以节理及风化裂隙为主，组，以节理及风化裂隙为主， 在断层附近受构造作用影响较大，裂隙以微在断层附近受构造作用影响较大，裂隙以微 张型和张开型为主，多有充填物张型和张开型为主，多有充填物 层状结构层状结构 、块石碎、块石碎 石结构石结构 0.350.550.3
16、50.55 破碎破碎 结构面大于结构面大于3 3组，多以风化型裂隙为主，在断组，多以风化型裂隙为主，在断 层附近受构造作用影响大，裂隙宽度以张开层附近受构造作用影响大，裂隙宽度以张开 型为主，多有充填物型为主，多有充填物 碎石角砾碎石角砾 状结构状结构 0.150.350.150.35 极破极破 碎碎 结构面杂乱无序，在断层附近受断层作用影结构面杂乱无序，在断层附近受断层作用影 响大，宽张裂隙全为泥质或泥夹岩屑充填，响大，宽张裂隙全为泥质或泥夹岩屑充填， 充填物厚度大充填物厚度大 散体状结散体状结 构构 0.150.15 地下水状态的分级地下水状态的分级 级别级别状态状态渗水量渗水量 (l/(min10m)(l/(min10m) 干燥或湿润干燥或湿润V3.0； E类岩：3.0 V2.0。 隧道开挖对掌子面前方影响范 围
