掘進機開挖隧道的巖石分類與鑒定

1、掘進機開挖隧道的巖石分類與鑒定用掘進機開挖隧道時，不能完全拋棄用常規(guī)方法開挖隧道所需的地質資料。因它對于掘進機開挖施工隧道 來說，還是必需的。用常規(guī)方法開挖隧道的經驗表明，隧道掘進速度及工程費用幾乎是直接同巖石的質量 和實際遇到的地下水情況有關。一般隧道開挖所選擇的施工方案或施工期間可能采用的施工方法，不外乎 是全斷面掘進，上導洞分層開挖或多頭掘進作業(yè)等，它們在很大程度上是取決于地質條件的好壞程度。在開挖面后方用穩(wěn)定地層所需的支撐形式及數量，也是與地質條件相關的。支撐方式有錨桿栓固的模 板、輕型鋼支撐、以及采用密集分布的全封閉重型鋼支撐和頂拱支撐等。在許多情況下，還必須用頂拱支 柱、樁和胸墻來

2、推進工作面。在隧道頂部和上部洞壁及時地噴射混凝土是最新的發(fā)展，它可以成為臨時性 支護，也可以是永久性支護。地下水的流入，影響了地層的穩(wěn)定性，降低了掘進速度，并降低隧道工程隊的總工作效率。按照隧道 的傾斜度和排水量使用水泵排水，其費用也是極高的。在豎井中使用水泵就更成問題。為了排除地下水的 不利影響，必須經常到開挖面前方灌漿，這一方法雖然可以減少地下水的流入，但大大增加了開挖時間。 而且工程費用也增加了。地下水并非均勻地分在整個巖體中而是集中在少數地帶，一般寬度只有幾米到十 幾米，在某些例外場合中可到幾百米。偶然也發(fā)現(xiàn)地下水的流向幾乎與隧道平行，此時遇到的惡劣地層就 要比在寬度和厚度方面的惡劣地

3、層要長得多。經常發(fā)生的情況是掘進工作由一優(yōu)質巖石地帶到一劣質巖石 地帶時，施工人員沒有時間采取必要的措施或采用相應的施工方法以適應新的情況。為此，可以認為在開 挖面前方進行鉆探，是有價值的。一個大型隧道工程用一般開挖方法施工，如遇到惡劣地層或地下水時， 其掘進速度可由正常的 9. 12或15m/day,減少到1.5或3m/day，般也要減少到 1m/day。雖然對惡劣地 區(qū)的數量和性質推斷的準確程度，將決定設計與實際施工時間和費用的接近程度。上述是應用常規(guī)方法開挖隧道的經驗。而這種經驗是否適用于掘進機開挖呢？我們認為也可以。由于 掘進機法修建隧道不會有因爆破而增多的裂紋或使已有的裂縫擴大，因而

4、對巖石缺陷的影響將減少，而且 挖岀的隧道是圓形的，這是一個比較有利的形狀。從這些情況看來，掘進機法施工隧道可減少事故。但開 挖面上以及在刀頭之間與靠近刀盤后面的拱頂的巖石仍會有滑落和崩落現(xiàn)象，這種情況是在巖石的節(jié)理和 層面十分接近于開挖面時發(fā)生。在崩落地區(qū)也會出現(xiàn)巖石的擠出和折裂現(xiàn)象，這些情況和地下水的危害一 樣將會在各方面妨礙掘進機的施工作業(yè)。用常規(guī)方法開挖隧道，巖石硬度可以不必多加考慮。雖然鉆針磨損，鉆孔時間和爆破數額是隨著巖石 硬度和強度的增加而成正比和反比，但這些問題與支撐問題相比較還是次要的。加之人們已經積累了足夠 的經驗，可以對一般遇到的各種巖石種類進行合理的估計。當用掘進機開挖隧

5、道時，巖石硬度指標是表示 巖石對于切削，破碎和研磨的抵抗能力，這確實是很重要的問題。巖石硬度影響了掘進速度，而更重要是 它對刀具費用和掘進機停歇時間有影響。對于中等硬度以下的巖石，正在迅速地積累一些可靠的經驗。而 對十高強硬巖石的經驗還是十分有限的。對于那些已是成熟可用的硬巖方面的經驗，應當迅速地加以總結,并介紹給有關工程界。在下面章節(jié)中，有關巖石分類的問題，將從兩個觀點岀發(fā)來進行討論，即巖石的總 質量和巖石的硬度。并從這兩方面對巖石進行試驗性的分類。（一）巖石作為工程地基和環(huán)境的原則分類1 .按成因可分為巖漿巖、沉積巖和變質巖。2根據強度、風化程度、結構類型的巖石分類，應符合本規(guī)范表8表9、

6、表10的規(guī)定。3按軟化系數k,可分為軟化巖石和不軟化巖石。當軟化系數&值小于或等于0. 75時，應定為軟化巖石，當軟化系數 kr值大于0. 75時，應定為不軟化巖石。4當巖石具有特殊成分，結構特征和性質時，應定為特殊性巖石，并分為易溶性巖石、膨脹性巖石崩 解性巖石和鹽漬化巖石等。巖石按強度分類表8類另u亞類強度（mpa代表性巖石硬質巖石極硬巖石>60花崗巖、花崗片麻巖、閃長巖、玄武巖、石灰?guī)r、次硬巖石30 60石英砂巖、石英巖、大理巖、硅質礫巖等軟質巖石次軟巖石5 <30粘土巖、頁巖、千枚巖、綠泥石片巖、云母片巖等極軟巖石<5注：強度指新鮮巖塊的飽和單軸極限抗壓強度巖

7、石按風化程度分類表9巖石類別風化程度野外特征風化程度參數據標壓縮波速度u p(m/s)波速比k,風化系數k硬質巖石未風化巖質新鮮，未見風化痕跡>50000.9 1.00.9 1.0微風化組織結構基本未變，僅節(jié)理面有鐵 錳質渲染或礦物略有變色。有少量 風化裂隙400050000.8 0.90.8 0.9中等風化組織結構部分破壞，礦物成分基本 未變化，僅沿節(jié)理面岀現(xiàn)次生礦 物。風化裂隙發(fā)育，巖體被切割成 20 50cm的巖塊。錘擊聲脆，且不 易擊；不能用鎬挖掘，巖芯鉆方可 鉆進200040000.6 0.80.4 0.8強風化組織結構已在部分破壞， 礦物成分 已顯著變化。長石、云母已風化成

8、次一礦物。裂隙很發(fā)育，巖體破碎。 巖體被切割成220cm的巖塊，可 用手折斷。用搞可挖掘，干鉆可鉆 進。100020000.4 0.6<0.4全風化組織結構已基本破壞，但尚可辨 認，并且有微弱的殘余結構強度， 可用鎬挖，干鉆可鉆進。50010000.2 0.4-殘積土組織結構已全部破壞。 礦物成分除 石英外。大部分已風化成土狀，鍬 鎬易挖掘，干鉆易鉆進，具可塑性<500< 0.2-軟質巖石未風化巖質新鮮，未見風化痕跡>40000.9 1.00.9 1.0微風化組織結構基本未變，僅節(jié)理面有鐵 錳質瀉染或礦物略有變色。有少量 風化裂隙。300040000.8 0.90.8

9、0.9中等風化組織結構分破壞，成分發(fā)生變化， 節(jié)理面附近的礦物已風化成土狀。風化裂隙發(fā)育。巖體被切割成20 50cm的巖塊，錘擊易碎，用鎬難挖 掘，巖芯鉆方可鉆進150030000.5 0.80.3 0.8強風化組織結構已大部分破壞， 礦物成分 已赤著變化，含大量粘土質粘土礦 物。風化裂隙很發(fā)育，巖體被切割 成碎塊，干時可用手折斷或捏碎， 浸水或干濕變替時可較迅速地軟700015000.3 0.5<0.3化或崩解。用鎬或鍬可挖掘，干鉆 可鉆進。全風化組織結構已基本破壞，但尚可辨 認，并且有微弱殘余結構強度，可 用鎬挖，干鉆可鉆進。3007000.1 0.3-殘積土組織結構已全部破壞， 礦

10、物成分已 全部改變并已風化成土狀，鍬鎬易 挖掘，干鉆易鉆進，具可塑性。<300<0.1-注：波速比kv為風化巖石與新鮮巖石壓縮波速度之比 風化系數k為風化巖石與新鮮巖石飽和單軸抗壓強度之比 巖石風化程度，除按表列野外特征和定量指標劃分外，亦可根據地區(qū)經驗按點荷載試驗資料劃分 花崗巖類的強風化與全風化、全風化與殘積土的劃分，宜采用標準貫入試驗，其劃分標準na50為強風化；50> n> 30為全風化；nk 30為殘積土巖體按結構類型分類表10巖體結構類型巖體地質類型主要結構體形狀結構面發(fā)育情況巖土工程特征可能發(fā)生的巖土工程問題整體狀結構均質，巨塊狀巖 漿巖、變質巖、 巨厚層

11、沉積巖、 正變質巖巨塊狀以原生構造節(jié)理為主，多呈 閉合型，裂隙結構面間距大于1.5m，一般不超過1 2組，無危險結構面組成的落 石掉塊整體性強度高，巖體穩(wěn) 定，可視為均質彈性各向 同性體不穩(wěn)定結構 體的局部滑 動或坍塌，深 埋洞室的巖 爆塊狀結構厚層狀沉積巖、正變質巖、塊狀巖將巖、變質巖塊狀柱狀只具有少量貫穿性較好的 節(jié)理裂隙，裂隙結構面間距0.71.5m。一般為23組,有少量分離體整體強度較高，結構面互 相牽制，巖體基本穩(wěn)定， 接近彈性各向同性體層狀結構多韻律的薄層及中厚層狀沉 積巖、副變質巖層狀板狀 透鏡體有層理、片理、節(jié)理，黨有 層間錯動畫接近均一的各向異性體， 其變形及強度特征受層 面

12、及巖層組合控制，可視 為彈塑性體，穩(wěn)定性較差不穩(wěn)定結構 體可能產生 滑塌，特別是 巖層的彎張 破壞及軟弱 巖層的塑性 變形碎裂狀結構構造影響嚴重的破碎巖層碎塊狀斷層、斷層破碎帶、片理、 層理及層間結構面較發(fā)育， 裂隙結構面間距0.25 0.5cm，一般在3組以上， 由許多分離體形成完整性破壞較大，整體強 度很低，并受斷裂等軟弱 結構面控制，多呈彈塑性 介質，穩(wěn)定性很差易引起規(guī)模 較大的巖體 失穩(wěn)，地下水 加劇巖體失 穩(wěn)散體狀結構構造影響劇烈的斷層破碎帶， 強風化帶，全風 化帶碎屑狀顆粒狀斷層破碎帶交叉，構造及風 化裂隙密集，結構面及組合 錯綜復雜，并多育填粘性 土，形成許多大小不一的分完整性遭

13、到極大破壞，穩(wěn) 定性極差，巖體屬性接松 散體介質易引起規(guī)模 較大的巖體 失穩(wěn)，地下水 加劇巖體失離巖塊(二)巖石的鑒定巖石的描述應包括成因、年代、名稱、顏色、主要礦物、結構、構造和風化程度。對沉積巖尚描述沉 積物的顆粒大小、形狀、膠結物成分和膠結程度；對巖漿巖和變質巖尚應描述礦物結晶大小和結晶程度。 巖體的描述尚應包括結構面、結構體和巖層厚度，并宜符合下列規(guī)定：1 結構面的描述包括類型、性質、產狀、組合形式、發(fā)育程度、延展程度、閉合程度、粗糙程度、充 填情況和充填物性質以及水性質等。2. 結構體的描述，包括類型、形狀、大小、結構體在圍巖中的受力情況等。3. 巖層厚度分類按表11。巖層厚度分類表

14、11層厚分類單層厚度h(m)巨厚層h> 1.0厚層1.0 > h> 0.5中厚層0.5 > h> 0.1薄層h< 0.14. 碎石土分類就符合表12碎石土分類表12土的名稱顆粒形狀顆粒級配漂石圓形及亞圓形為主粒徑大于200mm的顆粒超過總質量50 %塊石棱角形為主卵石圓形及亞圓形為主粒徑大于20mml的顆粒超過總質量50%碎石棱角形為主圓礫圓形及亞圓形為主料徑大于2mnh粒超過總量50%角礫棱角形為主5. 碎石土密實野外鑒別方法應符合表13規(guī)定。碎石土密實度野外鑒別方法表13密實度骨架顆料含量和排列可挖性可鉆性密實骨架顆粒質量大于總質 量的70%，呈交錯排列， 連續(xù)接觸鍬鎬挖掘困難，用撬棍方能 動，井壁一般較穩(wěn)定鉆進極困難，沖擊鉆探時鉆桿、