隧道圍巖分級

1、隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 隧道圍巖分級 巖體基本性質(zhì)隧道圍巖分級隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 隧道圍巖隧道圍巖 指隧道周圍一定范圍內(nèi)，對隧道穩(wěn)定性能產(chǎn)生影響的巖（土）體。說明：說明：隧道開挖后對其隧道開挖后對其穩(wěn)定性穩(wěn)定性產(chǎn)生影響的那產(chǎn)生影響的那部分巖部分巖( (土土) )體。體。 圍巖既指巖體也指土體。圍巖既指巖體也指土體。 隧道圍巖分級隧道圍巖分級 是正確進(jìn)行隧道設(shè)計計算及施工組織的基礎(chǔ)。隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 圍巖的工程性質(zhì)圍巖的工程性質(zhì) 物理物理 工程

2、性質(zhì)工程性質(zhì) 水理水理 力學(xué)力學(xué) 巖石與巖體的區(qū)別：巖石與巖體的區(qū)別： 巖石：均質(zhì)、連續(xù)、各向同性巖石：均質(zhì)、連續(xù)、各向同性 巖體：非均質(zhì)、不連續(xù)、各向異性巖體：非均質(zhì)、不連續(xù)、各向異性隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 巖石與巖體有很大差別。概括來說，天然巖體與實驗巖石與巖體有很大差別。概括來說，天然巖體與實驗室內(nèi)制作的巖石試件（巖石）有顯著不同：室內(nèi)制作的巖石試件（巖石）有顯著不同： （1 1）巖體賦存于一定地質(zhì)環(huán)境之中，地應(yīng)力，地溫，地）巖體賦存于一定地質(zhì)環(huán)境之中，地應(yīng)力，地溫，地下水等因素對其物理力學(xué)性質(zhì)有很大影響，而巖石試件只下水等因素對其物理力學(xué)性質(zhì)有很大影響，而

3、巖石試件只是為實驗室實驗而加工的巖塊，已完全脫離了原有的地質(zhì)是為實驗室實驗而加工的巖塊，已完全脫離了原有的地質(zhì)環(huán)境。環(huán)境。 （2 2）巖體在自然狀態(tài)下經(jīng)歷了漫長的地質(zhì)作用過程，其）巖體在自然狀態(tài)下經(jīng)歷了漫長的地質(zhì)作用過程，其中存在著各種地質(zhì)構(gòu)造和弱面，如不整合，褶皺，斷層，中存在著各種地質(zhì)構(gòu)造和弱面，如不整合，褶皺，斷層，節(jié)理，裂隙等等。節(jié)理，裂隙等等。 （3 3）一定數(shù)量的巖石組成巖體，且?guī)r體無特定的自然邊）一定數(shù)量的巖石組成巖體，且?guī)r體無特定的自然邊界，只能根據(jù)解決問題的需要來圈定范圍。界，只能根據(jù)解決問題的需要來圈定范圍。 根據(jù)上述特征，將巖體定義為地質(zhì)體的一部分，并且根據(jù)上述特征，將巖

4、體定義為地質(zhì)體的一部分，并且是由處于一定地質(zhì)環(huán)境中的各種巖性和結(jié)構(gòu)特征巖石所組是由處于一定地質(zhì)環(huán)境中的各種巖性和結(jié)構(gòu)特征巖石所組成的集合體，也可以看成是由結(jié)構(gòu)面所包圍的結(jié)構(gòu)體和結(jié)成的集合體，也可以看成是由結(jié)構(gòu)面所包圍的結(jié)構(gòu)體和結(jié)構(gòu)面共同組成的。構(gòu)面共同組成的。隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 圍巖的穩(wěn)定性圍巖的穩(wěn)定性研究圍巖穩(wěn)定性的意義研究圍巖穩(wěn)定性的意義 圍巖的穩(wěn)定性：圍巖的穩(wěn)定性：隧道開挖后，在不支護條件下圍巖的隧道開挖后，在不支護條件下圍巖的穩(wěn)定性。穩(wěn)定性。 問題：什么是隧道工程的頭等大事？問題：什么是隧道工程的頭等大事？ 研究圍巖的穩(wěn)定性，如何促使圍巖穩(wěn)定。研究圍巖

5、的穩(wěn)定性，如何促使圍巖穩(wěn)定。隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 圍巖級別的工程作用：圍巖級別的工程作用： 判斷圍巖穩(wěn)定性。判斷圍巖穩(wěn)定性。 判斷施工難易程度，投資依據(jù)。判斷施工難易程度，投資依據(jù)。 結(jié)構(gòu)分析計算的依據(jù)結(jié)構(gòu)分析計算的依據(jù) 隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 地質(zhì)因素客觀因素地質(zhì)因素客觀因素 人為因素主觀因素、工程因素人為因素主觀因素、工程因素 影響圍巖穩(wěn)定性的因素影響圍巖穩(wěn)定性的因素隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 1 1、地質(zhì)因素、地質(zhì)因素 從從5 5個方面來分析：個方面來分析： 巖體結(jié)構(gòu)特征巖體結(jié)構(gòu)特征 結(jié)構(gòu)面性質(zhì)和空間

6、的組合結(jié)構(gòu)面性質(zhì)和空間的組合 巖石的力學(xué)性質(zhì)巖石的力學(xué)性質(zhì) 地下水的影響地下水的影響 圍巖的初始應(yīng)力狀態(tài)圍巖的初始應(yīng)力狀態(tài)隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 巖體結(jié)構(gòu)特征巖體結(jié)構(gòu)特征 指巖體的破碎程度或完整狀態(tài)。指巖體的破碎程度或完整狀態(tài)。 破碎程度：破碎程度：裂隙率、裂隙間距。裂隙率、裂隙間距。 裂隙是廣義的：包括層理、節(jié)理、斷裂及夾層等結(jié)構(gòu)面。裂隙是廣義的：包括層理、節(jié)理、斷裂及夾層等結(jié)構(gòu)面。 完整狀態(tài)：完整狀態(tài)：整塊狀、大塊狀等。整塊狀、大塊狀等。 按這按這2 2個指標(biāo)有下圖：個指標(biāo)有下圖： 圍巖巖體整體塊d1.0cm 大塊體 d=0.4-1.0cm 塊石狀d=0.2-

7、0.4cm碎石塊 d0.2cm 土石塊松散狀松軟狀土體歸入土類d為裂縫間距隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 結(jié)構(gòu)面性質(zhì)和空間組合結(jié)構(gòu)面性質(zhì)和空間組合 性質(zhì)性質(zhì) 1) 1) 結(jié)構(gòu)面的成因；結(jié)構(gòu)面的成因； 2) 2) 結(jié)構(gòu)面的光滑程度；結(jié)構(gòu)面的光滑程度； 3) 3) 結(jié)構(gòu)面的物質(zhì)組成；結(jié)構(gòu)面的物質(zhì)組成； 4) 4) 結(jié)構(gòu)面的規(guī)模；結(jié)構(gòu)面的規(guī)模； 5) 5) 結(jié)構(gòu)面的密集度。結(jié)構(gòu)面的密集度。 空間組合空間組合 指結(jié)構(gòu)面的相互位置狀態(tài)。指結(jié)構(gòu)面的相互位置狀態(tài)。 問題：問題： 軟弱結(jié)構(gòu)面有怎樣的害處？軟弱結(jié)構(gòu)面有怎樣的害處？ 什么是不利空間組合？什么是不利空間組合？ 隧 道 工 程

8、SUI DAO GONG CHENG 隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 張家界圖節(jié)理較發(fā)育節(jié)理較發(fā)育隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 巖石的力學(xué)性質(zhì)巖石的力學(xué)性質(zhì) 主要指巖石的單軸飽和極限抗壓強度主要指巖石的單軸飽和極限抗壓強度R Rb b。 巖石強度越高，隧道越穩(wěn)定。巖石強度越高，隧道越穩(wěn)定。隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG (4) (4) 圍巖的初應(yīng)力狀態(tài)圍巖的初應(yīng)力狀態(tài) 初始應(yīng)力是隧道圍巖變形、破壞的根本作用力。初始應(yīng)力是隧道圍巖變形、破壞的根本作用力。 已初步將初始應(yīng)力考慮進(jìn)圍巖分級之中。已初步將初始應(yīng)力考慮進(jìn)圍巖分級之中。

9、在高的初始應(yīng)力場條件下，圍巖級別應(yīng)適當(dāng)降低。在高的初始應(yīng)力場條件下，圍巖級別應(yīng)適當(dāng)降低。隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 地下水的影響地下水的影響 軟化圍巖；軟化圍巖； 減少層間摩阻力促使巖塊滑動；減少層間摩阻力促使巖塊滑動； 具膨脹性的圍巖，遇水后產(chǎn)生膨脹等。具膨脹性的圍巖，遇水后產(chǎn)生膨脹等。 隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 2 2、人為因素、人為因素 隧道形狀和尺寸隧道形狀和尺寸 支護結(jié)構(gòu)類型支護結(jié)構(gòu)類型 施工方法施工方法 隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 超挖超挖隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 0.2 組

10、織結(jié)構(gòu)全部破壞，已風(fēng)化成土狀，鍬鎬易挖掘，干鉆易鉆進(jìn)，具可塑性殘積土0.20.4 結(jié)構(gòu)基本破壞，但尚可辨認(rèn)，有殘余結(jié)構(gòu)強度，可用鎬挖，干鉆可鉆進(jìn)全風(fēng)化550堅硬巖，巖體完整，整體狀或巨厚層狀結(jié)構(gòu)圍巖基本質(zhì)量指標(biāo)BQ或修正的圍巖基本質(zhì)量指標(biāo)BQ圍巖或土體主要定性特征圍巖級別表4-7 公路隧道圍巖分級注：本表不適用于特殊條件的圍巖分級，如膨脹性圍巖、多年凍土等。隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 1. 1. 巖石的堅硬程度巖石的堅硬程度 巖石堅硬程度定量指標(biāo)用巖石單軸飽和抗壓強度單軸飽和抗壓強度Rc表達(dá)。Rc一般采用實測值，若無實測值時，可采用實測的巖石點荷載強度指數(shù)IS(50)

11、來換算。巖石堅硬程度的劃分見表4-8。 1）弱風(fēng)化的堅硬巖； 2）未風(fēng)化微風(fēng)化的熔結(jié)凝灰?guī)r、大理巖、板巖、白云巖、石灰?guī)r、鈣質(zhì)膠結(jié)的砂頁巖等錘擊聲較清脆，有輕微回彈，稍震手，較難擊碎；浸水后有輕微吸水反應(yīng)6030較堅硬巖 未風(fēng)化微風(fēng)化的花崗巖、正長巖、閃長巖、輝綠巖、玄武巖、安山巖、片麻巖、石英片巖、硅質(zhì)板巖、石英巖、硅質(zhì)膠結(jié)的礫巖、石英砂巖、硅質(zhì)石灰?guī)r等錘擊聲清脆，有回彈，震手，難擊碎；浸水后大多無吸水反應(yīng)60堅硬巖硬質(zhì)石代表性巖石定性鑒定Rc/MPa名 稱表4-8 巖石堅硬程度劃分表隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 1 )全風(fēng)化的各種巖石；2 )各種半成巖錘擊聲啞，無回

12、彈，有較深凹痕，手可捏碎；浸水后可捏成團350.15極破碎碎裂狀結(jié)構(gòu)一般或差320350.350.15破碎中、薄層狀結(jié)構(gòu)一般鑲嵌碎裂結(jié)構(gòu)好0.40.23裂隙塊狀或中厚層結(jié)構(gòu)節(jié)理、裂隙、層面、小斷層差1.00.42310200.550.35較破碎塊狀結(jié)構(gòu)好或一般1.00.423塊狀或巨厚層狀結(jié)構(gòu)節(jié)理、裂隙、層面差1.0123100.750.55較完整整體狀或巨厚層結(jié)構(gòu)節(jié)理、裂隙、層面好或一般1.0120.75完整平均間距 / m組數(shù)相應(yīng)結(jié)構(gòu)類型主要結(jié)構(gòu)面類型主要結(jié)構(gòu)面的結(jié)合程度結(jié)構(gòu)面發(fā)育程度Jv /(條/m3)Kv名稱表4-9 巖體完整程度劃分表注：平均間距指主要結(jié)構(gòu)面（1-2組）間距的平均值；

13、結(jié)構(gòu)類型劃分見表4-2。 隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 3. 3. 圍巖基本質(zhì)量指標(biāo)圍巖基本質(zhì)量指標(biāo) 圍巖基本質(zhì)量指標(biāo)BQ應(yīng)根據(jù)分級因素的定量指標(biāo)Rc值和Kv值按下式計算：BQ=90+3Rc+250Kv (4-22) 當(dāng)Rc90Kv+30時，以Rc=90Kv+30和Kv代入式(4-22)計算BQ值；當(dāng)Kv0.04Rc+0.4時，以Kv=0.04Rc+0.4和Rc代入式(4-22)計算BQ值。 當(dāng)隧道圍巖處于高地應(yīng)力區(qū)或圍巖穩(wěn)定性受軟弱結(jié)構(gòu)面影響，且由一組起控制作用或有地下水作用時，應(yīng)對巖體基本質(zhì)量指標(biāo)BQ進(jìn)行修正，修正值BQ按下式計算：隧 道 工 程 SUI DAO G

14、ONG CHENG BQ=BQ 100（K1+K2+K3） (4-23)式中K1地下水影響修正系數(shù)；K2主要軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀影響修正系數(shù)； K3初始應(yīng)力狀態(tài)影響修正系數(shù)。 K1、K2、K3值可分別按表4-10 4-12確定，無表中所列情況時，修正系數(shù)取0。表4-10 地下水影響修正系數(shù)K1 1.00.70.90.40.60.2淋雨狀或涌流狀出水，水壓0.1MPa或單位出水量10L/(minm)0.70.90.40.60.20.30.1淋雨狀或涌流狀出水，水壓0.1MPa或單位出水量450BQ地下水出水狀態(tài)隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 0.20.400.20.40.6K2其

15、它組合結(jié)構(gòu)面走向與洞軸線夾角60，結(jié)構(gòu)面傾角 75結(jié)構(gòu)面走向與洞軸線夾角30，結(jié)構(gòu)面傾角30 75結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀及其與洞軸線的組合關(guān)系0.51.00.51.00.50.50.5高應(yīng)力區(qū)1.01.51.01.51.01.51.01.0極高應(yīng)力區(qū)550初始應(yīng)力狀態(tài)表4-11 主要軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀影響修正系數(shù)K2 表4-12 初始應(yīng)力狀態(tài)影響修正系數(shù)K3 注：初始應(yīng)力狀態(tài)根據(jù)表4-13判斷。BQ隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 471)硬質(zhì)巖：開挖過程中可能出現(xiàn)巖爆，洞壁巖體有剝離和掉塊現(xiàn)象，新生裂縫較多，成洞性差；2) 軟質(zhì)巖：巖芯時有餅化現(xiàn)象，開挖過程中洞壁巖體位移顯著，持續(xù)時間較

16、長，成洞性差高應(yīng)力41)硬質(zhì)巖：開挖過程中有巖爆發(fā)生，有巖塊彈出，洞壁巖體發(fā)生剝離，新生裂縫多，成洞性差；2)軟質(zhì)巖：巖芯常有餅化現(xiàn)象，開挖過程中洞壁巖體有剝離，位移極為顯著，甚至發(fā)生大位移，持續(xù)時間長，不易成洞極高應(yīng)力Rc /max主要現(xiàn)象應(yīng)力情況表4-13 高初始應(yīng)力地區(qū)圍巖在開挖過程中出現(xiàn)的主要現(xiàn)象隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 無自穩(wěn)能力無自穩(wěn)能力，跨度5m或更小時，可穩(wěn)定數(shù)日跨度5m，一般無自穩(wěn)能力，數(shù)日數(shù)月內(nèi)可發(fā)生松動變形、小塌方，進(jìn)而發(fā)展為中大塌方。埋深小時，以拱部松動破壞為主，埋深大時，有明顯塑性流動變形和擠壓破壞；跨度小于5m，可穩(wěn)定數(shù)日 1個月跨度10

17、20m，可穩(wěn)定數(shù)日 1個月，可發(fā)生小中塌方；跨度510m，可穩(wěn)定數(shù)月，可發(fā)生局部塊體位移及小中塌方；跨度5m，可基本穩(wěn)定跨度1020m，可基本穩(wěn)定，局部可發(fā)生掉塊或小塌方；跨度10m，可長期穩(wěn)定，偶有掉塊跨度20m，可長期穩(wěn)定，偶有掉塊，無塌方自 穩(wěn) 能 力圍巖級別表4-16 隧道各級圍巖自穩(wěn)能力判斷注：1.小塌方：塌方高度3m ,或塌方體積6m ,或塌方體積100m3。隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 例題一、某工程中的巖體定量指標(biāo)如下： 1、單軸飽和抗壓強度Rc=62MPa； 2、巖石的彈性波速度為4200m/s； 3、巖體的彈性波速度為2400m/s； 4、巖體所處地應(yīng)力場中與工程主軸線垂直的最大主應(yīng)力為9.5MPa； 5、巖體中主要結(jié)構(gòu)面傾角20度，巖體處于潮濕狀態(tài)。 該巖體的級別為（）隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 例題二、某工程中的巖體定量指標(biāo)如下： 1