隧道RMR围岩分级法与中国围岩分级方法对比

1RMR围岩分级法与中国公路隧道围岩分级方法对比师伟史彦文韩常领曹校勇（中交第一公路勘察设计研究院有限公司，西安，710075）摘要阿尔及利亚东西高速公路采用欧洲标准设计，隧道采用Bieniawski的岩体分级方法（RMR法）。我国现行《公路隧道设计规范》（JTGD70-2004）中围岩分级方法只能作为参考，并不能作为该项目的设计依据。本文详细介绍了RMR法的详细评级过程和评分标准，并把RMR岩体分级方法和《公路隧道设计规范》中围岩分级方法做一对比，可为以后采用欧洲标准设计的隧道围岩分级提供一个参考。关键词东西高速公路围岩分级RMR法1．概述国内外现有的围岩分级方法有定性、定量、定性与定量相结合的3种方法，且多以前两种方法为主。定性分级法是通过对影响岩体质量的诸因素进行定性描述、鉴别、判断，或对主要因素作出评判、打分，经验的成分较大，有一定人为因素和不确定性，在使用中随勘察人员的认识和经验的差别，不同的人对同一围岩往往作出级别不同的判断，常常出现与实际差别1~2级的情况。定量分级法是根据对岩体（或岩石）性质进行测试的数据或对各参数打分，经计算获得岩体质量指标，并以该指标值进行分级。如国外的N.Bartor的Q分级、Z.T.Bieniawsks的地质力学分级、Dree的RQD值分级等方法。但由于岩体性质和赋存条件十分复杂，分级时仅用少数参数和某个数学公式难以全面准确地概况所有情况，而且参数测试数量有限，数据的代表性和抽样的代表性均存在一定的局限，实施时难度较大。我国现行《公路隧道设计规范》（JTGD70-2004）采用定性划分和定量相结合的综合评判方法（下文简称“BQ法”），以提高分级的可靠性。阿尔及利亚东西高速公路采用欧洲标准设计，隧道采用Bieniawski的岩体分级方法（RMR法）。《公路隧道设计规范》中围岩分级方法只能作为参考，并不能作为该项目的设计依据。RMR法虽然在《公路隧道设计规范》中有所提及，但并没有详细的介绍。限于片幅，本文不再对《公路隧道设计规范》中围岩分级方法做过多介绍，本文详细介绍RMR法的详细评级过程和评分标准，把RMR岩体分级方法和《公路隧道设计规范》中围岩分级方法做一对比，可为以后采用欧洲标准设计的隧道围岩分级提供一个参考。2RMR法详细评级介绍Bieniawski岩体分级（RMR）法最初以300多条隧道的记录为基础，数据库开始主要以非洲的经验为基础，此后在世界范围内不断扩充数据，在1976年第一版得到广泛传播之后，Bieniawski对RMR参数进行了多次修改。目前应用的版本是RMR89（Bieniawski1989）。RMR分级法是采用5个岩体特征参数量化值，即A1岩石强度（集中荷载强度系数Is、单轴抗压强度σc）、A2岩石质量指标（RQD）、A3结构面间距、A4不连续结构面特征、A5地下水，计算出岩体分级基数（RMRbasic），然后通过不连续结构面方向修正系数（B），综合计算出标准RMR（或RMR89）值，RMR值为在0-100范围内的数值。计算如下：RMRbasic＝A1＋A2+A3+A4+A5RMR89＝RMRbasic+B下面详细介绍各个岩体特征参数评分标准。2.1A1岩石强度和A2岩石质量根据集中荷载强度系数Is、单轴抗压强度σc和岩石质量RQD值按照表1确定对应项的评分值。2表1A1岩石强度和A2岩石质量评分表A1完整岩石强度集中荷载强度Is（MPa）104-102-41-2单轴抗压强度σc（MPa）250100-25050-10025-505-251-51分值151274210A2岩石质量RQD90%-100%75%-90%50%-75%25%-50%25%分值201713832.2A3结构面间距对岩体结构面进行调查，通过结构面平均间距的统计按照表2进行评分。表2A3结构面间距评分表A3结构面间距2m0.6m-2m200mm-600mm60mm-200mm60mm分值201510852.3A4不连续结构面特征对岩体结构面进行调查，根据不连续结构面的长度、间距、粗糙程度、填充物情况和结构面处岩石风化程度等按照表4进行评分。如果表7中围岩的部分条件互相排斥，这种情况下，直接使用表3中分值。表3A4不连续结构面特征评分表一A4不连续结构面特征表面很粗糙不连续无间距围岩没有风化表面粗糙间距1mm围岩轻度风化表面粗糙间距1mm风化严重擦痕面或填充物厚度5mm或结构面间距1-5mm连续低硬度填料5mm厚结构面间距5mm连续分值302520100表4不连续结构面特征评分表二不连续结构面长度1m1-3m3-10m10-20m20m分值64210不连续结构面间距无0.1mm0.1-1mm1-5mm5mm分值65410粗糙程度非常粗糙粗糙微粗光滑擦痕面分值65310空隙填充物无硬填充物5mm硬填充物5mm软填充物5mm软填充物5mm分值64220岩石风化程度未受风化轻微风化中等风化严重风化分解分值653102.4A5地下水3根据隧道掘进过程中地下水水量和水压的测定以及渗漏水情况的直观判断，按照表5进行评分。表5A5地下水条件评分表A5地下水隧道每10m的进水量（l/min）无1010-2525-125125水压00.10.1-0.20.2-0.50.5总体特征整体干燥潮湿湿滴水流水分值15107402.5B不连续结构面方向修正根据不连续结构面的走向和隧道轴线的关系、隧道掘进方向和不连续结构面的倾角，评定不连续结构面的影响程度（详见表6），然后确定不连续结构面方向修正系数，详见表7。表6不连续结构面影响程度评价表不连续结构面的走向和隧道轴线的关系走向垂直于隧道轴线走向平行于隧道轴线隧道沿倾向方向掘进倾角450到900：很好倾角200到450：一般倾角450到900：很好倾角200到450：好隧道逆倾向方向掘进倾角00到200：不考虑方向：一般倾角450到900：一般倾角200到450：差表7B不连续结构面方向修正系数表不连续结构面走向及倾向很好好一般差极差分值0-2-5-10-122.6围岩级别划分通过对围岩的A1~A5的5个岩体特征参数和修正系数B进行评分，然后计算出RMR89＝A1＋A2+A3+A4+A5+B值，按照表8应得出围岩的级别。表8围岩级别划分表RMR89值100-8180-6160-4140-2121围岩级别IIIIIIIVV评价结论岩质非常好岩质好岩质一般岩质差岩质极差3．RMR法和BQ法对比3.1RMR法RMR分级法是采用5个岩体特征参数量化值，即A1岩石强度、A2岩石质量指标、A3结构面间距、A4不连续结构面特征、A5地下水，计算出岩体分级基数（RMRbasic），然后通过不连续结构面方向修正系数（B），综合计算出标准RMR（或RMR89）值，按照修正后的RMR（或RMR89）值，确定围岩的详细分级。RMR法的使用仅限于受节理裂隙控制的较高强度岩石（RC1到RC5），不适合质软的岩体（RC6到RC7）。Rc与岩石坚硬程度定性划分关系如表9：表9Rc与岩石坚硬程度定性划分关系表（RMR法）Rc(MPa)200100~20050~10025~505~251~554分类RC1RC2RC3RC4RC5RC6RC7坚硬程度极度强的基岩很强的基岩强基岩中等强度基岩低强度基岩非常低强度的基岩极度低强度的基岩3.2BQ法BQ法采用两步分级，是根据岩石的两个基本因素，既岩石坚硬程度（单轴饱和抗压强度σc）和岩体完整程度（岩体完整性系数Kv），计算出岩体基本质量指标（BQ），然后通过修正因素（地下水影响修正系数K1、主要软弱结构面产状影响修正系数K2、初始应力状态影响修正系数K3）修正，综合计算出围岩基本质量指标修正值[BQ]。计算如下：BQ=90+3Rc+250Kv[BQ]=BQ-100（K1+K2+K3）按照修正后的岩体基本质量指标[BQ]，结合岩体的定性特征综合评判，确定围岩的详细分级。BQ法适用于除膨胀性围岩外的各种岩石。Rc与岩石坚硬程度定性划分关系如表10：表10Rc与岩石坚硬程度定性划分关系表（BQ法）Rc(MPa)6060~3030~1515~55坚硬程度坚硬岩较坚硬岩较软岩软岩极软岩3.3RMR法和BQ法指标比较两种方法计算过程基本一致，但选取的围岩分级评判指标不同，修正系数存在差异。3.3.1RMR法RMR法围岩分级采用的5个岩体特征参数和修正系数B定义如下：A1岩石强度：以单轴抗压强度或集中荷载强度ls为基础，分值为0－15。A2岩石质量：据RQD，分值为3－20。A3结构面间距：分值为5－20。A4不连续结构面特征：分值为0－30（节理延续性、宽度、粗糙度、填充物（断层泥）和岩体风化程度）。A5地下水：分值为0－15（流入的速率和水压）。B不连续结构面方向修正：分值为-12－0，和结构面产状与隧道轴线的关系有关。RMR值是将岩体从0-100进行分级的级数值，其决定因素70％以上来自不连续结构面，只有15％来自岩石骨架特性，还有15％来自水文地质状况。完全忽略了隧道中岩体的应力状态。3.3.2BQ法BQ法采用的两个基本因素和修正因素定义如下：岩石坚硬程度：用岩石单轴饱和抗压强度（Rc）表达。一般采用实测值，若无实测值时，采用实测的岩石点荷载强度指数（IS（50））的换算值，即按下式计算：75.0)50(82.22ScIR岩体完整程度：用岩体完整性系数(Kv)表达。Kv一般用弹性波探测值，若无探测值时，用岩体体积节理数（Jv）按表11确定对应的Kv值。表11Jv与Kv对照表Jv(条/m3)33~1010~2020~35＞35Kv＞0.750.75~0.550.55~0.350.35~0.15＜0.15计算时应遵守下列限制条件：a.当Rc90Kv+30时，应以Rc=90Kv+30和Kv代入计算BQ值。5b.当Kv0.04Rc+0.4时，应以Kv=0.04Rc+0.4和Rc代入计算BQ值。修正因素：K1——地下水影响修正系数；K2——主要软弱结构面产状影响修正系数；K3——初始应力状态影响修正系数。K1、K2、K3值，可分别按《公路隧道设计规范》（JTGD70-2004）附录A中表A.0.2-1、表A.0.2-2、表A.0.2-3确定。围岩极高及高初始应力状态的评估，可按《公路隧道设计规范》（JTGD70-2004）附录A中表A.0.3规定进行。BQ法是将地下水条件、主要软弱结构面产状的影响和围岩初始应力状态作为修正因素考虑，围岩级别的基本判定主要考虑岩石坚硬程度和完整程度，相当于RMR法中的A1~A4指标，RMR法中的A5指标（地下水条件）作为了修正指标，RMR法中的修正因素仅考虑了结构面方向的影响，没有考虑岩体的应力状态。可见BQ法围岩分级考虑的因素更加全面。4结语RMR法尽管是国际上比较流行的围岩级别分级方法，但其评判指标和适用范围有一定的局限性。本文是笔者在参与阿尔及利亚东西高速公路隧道设计中，一点粗略的理解，希望能给今后采用欧洲标准设计的隧道围岩分级提供一个参考，文中的不到之处敬请各位同行批评指正。参考文献[1]JTGD70-2004.公路隧道设计规范[S].[2]法国A.F.T.E.S用于地下结构设计和施工的岩体描述方针（A.F.T.E.S.GuidelinesforCaracterisationofRockMassesUsefulfortheDesignandtheConstructionofUndergroundStructures）[R].2003.