公路隧道围岩分级

公路隧道围岩分级方法及实施作者：王石春目录•1围岩分级概述•1.1分级的目的与意义•1.2围岩分级国内外现状•1.3国内外部分分级方法简介•1.4公路隧道围岩分级现状及修订的必要性•2公路隧道围岩分级方法•2.1《工程岩体分级标准》GB50218-94简介•2.2公路隧道围岩分级（JTGD70-2004）目录•3隧道围岩分级因素的定性划分和定量指标确定方法•3.1公路隧道围岩分级因素•3.2分级基本因素的确定•3.3详细分级时岩体基本质量修正方法•4公路隧道围岩分级方法的实施•4.1施工前阶段•4.2施工阶段•4.3岩体完整性定量指标Kv、Jv的现场确定方法1围岩分级概述1.1分级的目的和意义•在工程建设的各个阶段：规划、可行性研究、勘探、设计和施工中正确的对岩土体质量和稳定性做出评价，即对其稳定等级做出正确的划分，具有十分重要的意义，它是经济合理地进行岩土工程规划选点（址）、可行性评估、工程结构和对岩土体改良、加固设计、快速安全施工，以及建筑物安全运行的不可少的条件。分级目的不同，分级的方法也不同。例如以施工可挖性为目的，就有以可钻性、可爆性为出发点的分级；有以工程岩体稳定性评价、支护加固措施方法为目的，就有以稳定性等级划分为出发点的分级方法。国内外既有和现行的围岩分级方法多数属于围岩稳定性等级的划分方法。工程岩体（围岩）需要区分的是岩体稳定程度的不同，具有质量和稳定性的差别，是有序的，岩体的级别高，表示稳定性好；反之，级别低，表示稳定性差。而“分类”一词，主要强调的是岩体属性的不同，它是不分序次的，它与工程岩体稳定性并没有确定的联系。所以近年来提出的工程岩体（围岩）分级方法中，均将“分类”修正为“分级”1.2围岩分级国内外现状•国外应用较广的围岩分级，其中一些在我国有广泛的影响，得到了不同程度的应用。•二十世纪五十年代后又相继出现了以评价围岩稳定性和确定支护型式为目的的分级，如劳弗（H.Lauffer）的按围岩稳定时间的分级（1958年）美国迪尔（Deere）按RQD值得岩体质量分级（1969年）；挪威巴顿（M.Barton）以岩石质量指标Q的分级（1974年）；南非比尼威斯基（Q.Z.Bienianwski）的节理化岩体的地质力学分级（1974年、1976年）等等（见表1）。•表1国外部分工程岩体（围岩）分级法RcVp(弹性波速度)、龟裂系数隧道围岩强度分类(日本国铁研究所,1972)RQD/Jn(岩块尺寸)Jr/Ja(节理抗剪强度)Jw/SRF(围岩压力)岩体质量指标Q分类法(N.Barton，1974，1976，2002)RcRQDd(节理间距等)RMR分级法（Z.T.Bieniawski1973,1986,1979）RQD岩石质量分类（D.U.Deere，1969）Rc山区隧道围岩分类（法国）F（主要由1Rc/10确定）Rc：MPa岩石坚固性分级（普氏分类）定量指标名称•国内，20世纪50-60年代初，直至1972年，基本上沿用普氏f值分级方法，60年代末至70年代初开始，提出了各种结合各部门行业特点的围岩分级（分类）方法。1972年中国科学院地质研究所提出了以划分岩体结构类型为主的分类方法。•铁道部、总参305部队同年提出了以围岩地质条件的定性描述，岩体结构特征和岩石强度并考虑其他因素的综合分级方法。随着地下工程锚喷支护技术的发展，各部门都提出了为锚喷支护设计、施工用的地下工程岩体分级方法。70年代随着声波技术的推广应用，以声波参数为分级参数的分级相继出现。•表2例举了国内主要围岩分级方法，纵观国内外主要围岩分级方法，从早期以单指标单因素的分级方法，逐步发展为多因素综合指标的分级方法和多因素定性、定量指标结合的分级，近年又提出了以多因素指标的复合指标——岩体质量系数的岩体分级。S（由R，E确定）Kv岩体工程质量指标(M)分级(杨子文等,1979,1983)I（Kv），f=tgфS=Rc/100（Rc：MPa）岩体质量系数(Z)分类(谷德振等,1979)定性描述Rc，Kv，Vp，S（围岩比）锚杆喷射混凝土技术规范(1985,国标)Rc，Kv，Vp水工隧洞设计规范(1988,部标)定性描述RcVpm为辅助指标(85年规范)铁道隧道设计规范(1975,1985,1999部标)定性、定量指标名称表2国内部分岩体(围岩)分级法岩石强度（由Rb，Is（50），r，Vpm确定）岩体完整性（由Kv，Jv，RQD确定）结构面状态（由结构面强度系数Kf及延长度确定）修正系数（含地下水，地质构造，结构面方位，地应力方位等确定）水电站地下工程围岩分类(孔令誉等,1986,1988，1999部标)S（由rh/Rm确定，Rm—岩体准强度）Km（岩体完整性评分系数）Kw（地下水影响系数）围岩质量(Q)分类法(关宝树等,1980)Rc（或Ia），Vpm，dp（结构面平均间距）t（稳定时间）围岩稳定性动态分级法(林韵梅等,1984)Rc（或Ia估算）KvKw（地下水折减系数）Ki（岩层产状折减系数）坑道工程围岩分类(邢念信等,1985)（Q由Rb或Ia，Vpr确定）K（由Kv，Jv，RQD确定）C（由地下水，结构面方位，地应力等修正系数确定）隧道工程岩体(围岩)分级(王石春,张可诚等,1980,1986)1.3国内外部分围岩分级简介•1.3.1南非地质力学分级法（RMR）•该法由南非比尼威斯基（Bieniawski）博士于1973~1975年间提出，该法分三步进行。首先根据（表3-1）确定各分级判据获得的分值，把分值累计起来可得岩体的总分值，按总分值评价岩体属于哪一级别，第二步是按裂隙产状对不同工程的影响程度（表3-2）修正为裂隙对各类工程的作用不是等同的。510202530分配点数＜0.050.05～0.30.3～11～3＞3节理间距m338131720分配点数＜2525～5050～7575～9090～100RQD（%）2≤2471215分配点数＜2525～5050～100100～200＞200完整岩块的单轴抗压强度，Mpa1表3-1裂隙岩体各分类因素的分配点数06122025分配点数裂缝中夹软泥，厚度＞3mm，裂开宽度＞5mm，连同性好裂开面上有擦痕或断层泥填充，裂开宽度裂开面稍粗糙，裂开宽度＜1mm，两壁岩石软弱，连通性一般裂开面稍粗糙，裂开宽度＜1mm，两壁岩石坚硬，连通性一般裂开面极粗糙，两壁岩石坚硬，节理连通性不好节理状态404710分配点数涌水严重潮湿稍潮湿干燥隧洞干燥程度＞12525～125＜250隧洞总每10米长段涌水量，L/min岩石透水性5-60-50-25-50边坡-25-15-7-20地基-12-10-5-20隧洞分配系数最不利不利一般有利最有利影响程度等级表3-2按裂隙产状校正分配点数表•第三步可根据作者建议的岩体工程围岩分类表（表3-3）来预测围岩的自支撑时间、岩体的抗剪强度性质以及可挖性等，以此作为设计与施工的参考依据。•由于记分法简单易行，此法曾获得一定的推广。缺点是必须依赖有经验的地质人员。极容易容易一般困难极困难可挖性≤3030～3535～4040～45≥45φ11～1.51.5～22～33C，Pa岩体抗剪强度估算10min5h7d300d10a时间0.51.5345跨度，m洞壁自承状况最坏的不良的一般的良好的最好的累计点数ⅤⅣⅢⅡⅠ岩体质量类别表3-3岩体工程围岩分类表•1.3.2岩体质量指标Q分类法（NGI法）•1974年挪威学者N.巴顿、R.利恩与R.伦德提出了一个Q分类法。Q是岩体质量的简称，它由RQD、节理组数Jn、节理面粗糙度Jr、节理蚀变程度Ja、裂隙水影响因素Jw以及地应力影响因素SRF等六项指标组成，其计算公式为：SRFJJJJRQDQWARN•其它的每项指标都可从相对应的表格查得（表4-1至表4-5）。Q值愈大，表示岩体的质量愈好。•岩体质量为一综合指标，它的范围一般为0.001~1000，不同Q值得级别可根据表4-6确定。表4-1节理组数Jn0.5~123469121520A.整体的、没有或很少有节理组B.1组节理C.1~2组节理D.2组节理E.2~3组节理F.3组节理G.3~4组节理H.4~5组节理、具有大量的节理，岩石被多组节理切割成方块J.压碎岩石，似土类岩石Jn值节理发育情况表4-2节理面粗糙度Jr4321.51.510.51.01.01）节理面直接接触2）剪切时，当剪切变形＜10cm,岩壁接触A.不连续的节理B.粗糙或不规则的起伏节理C.光但是起伏的节理D.光滑，但具有起伏的节理E.平坦且粗糙、或不规则节理F.光而平直的节理G.平直且光滑的节理3）剪切后，节理不再直接接触H.节理面间充填有不能使节理面直接接触的连续粘土矿物带J.节理面间充填不能使节理直接接触的砂、砾石或挤压破碎带Jr值节理面粗糙度情况表4-3节理蚀变程度Ja8°～16°4.0E.有软弱的或低摩擦角的粘土矿物覆盖在节理表明（如高岭土、云母绿泥石、滑石、石膏等）或含有少量膨胀性粘土（不连续覆盖、厚度约1~2cm或更薄）的节理面25°～35°3.0D.节理为粉质粘土或砂质粘土覆盖，少量粘土、半软弱岩覆盖25°～30°2.0C.轻微蚀变有节理面，表面为半软弱矿物所覆盖，具有砂质微粒、风华岩土等25°～30°1.0B.节理面未产生蚀变，仅少数表面有变化A.坚硬的、半软弱的、经过处理而紧密且具有不透水充填物的节理（如石英或绿泥石充填）0.75（a）节理面直接接触φ近似值Ja值节理蚀变程度5N.粉质或砂质粘土及少量粘土（半软弱）6°～24°6、8或8～126°～24°10、13或13～20O、P、Q.厚的连续分布的粘土带或夹层（粘土状态说明见G、H、I）K、L、M.破碎带夹层或挤压破碎带岩石和粘土（对各种粘土状态的说明见G或H、I）（c）剪切后，节理面不再直接接触I.膨胀性粘土充填，如连续分布的厚度小于5mm的蒙脱土充填时J.a值取决于膨胀性颗粒所占百分数，以及水的渗入情况12°～16°8H.中等或轻微固结的软弱粘土矿物充填（连续的或厚度小于5mm）16°～24°6G.紧密固结的半软弱粘土矿物充填（连续的或厚度小于5mm）F.砂质微粒，岩石风化物充填25°～30°4（b）当剪切变形＜10cm时，节理面直接接触表4-4裂隙水影响因素Jw大于10.05~0.1F.异常大的渗水，或具有很高且持续的无显著衰减的水压大于10.1~0.2E.异常大的渗水或具有很高的水压，但水压随时间衰减0.25~10.33D.大量渗水或高压水，节理充填物被大量带走0.25~10.5C.大量渗水，或为高压水，节理未充填0.1~0.250.66B.中等渗水或填充物偶然受水压力冲击小于0.11.0A.开挖时干燥或有少量渗水，即有局部渗水，渗水量小于5L/min近似的水压力MPaJw裂隙水情况表4-5地应力影响因素SRF3G.疏松的张节理，形成节理组很多，多呈方块状（处于任何深度部位）2.5F.坚硬岩石中，具有单一剪切带（中夹少量粘土），开挖深度大于50m5E.坚硬岩石中，具有单一剪切带（中夹少量粘土），开挖深度小于或等于50m7.5D.在坚硬岩石中，多次出现剪切带，周围岩石疏松2.5C.含有粘土或化学风华岩的单一的软弱带，开挖深度＞50m5B.含有粘土或化学风华岩的单一的软弱带，开挖深度≤50m10A.含有粘土或化学风华岩石的软弱带多次出现，周围岩石非常疏松（处于任何深度部位）0.5~2.0（a）当隧洞的交叉洞开挖在弱带上时，开挖后可能引起岩体的疏松SRF地应力情况10~20＜0.16＜2.5M.很破碎的岩体5~100.16~0.332.5~5L.破碎软岩岩体0.5~2.00.33~0.665~10K.高应力、结构致密（对稳定时间有利，但对岩壁则可能不利）1.00.66~1310~200J.中等应力2.5＞13＞200H.低应力，靠近地表（b）坚硬岩石、岩石应力问题（最大主应力）σ（抗压强度）1CR（最大主应力）σ（抗压强度）1tR10~1510~20R.强烈膨胀的岩石P.轻微膨胀的岩石5