隧道围岩类别划分与判定.docx
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隧道围岩类别划分与判定
隧道围岩级别划分与判定
隧道围岩分级就是评定围岩性质、判断隧道围岩稳定性,作为选择隧道位置、支护类型的依据和
指导安全施工。
国内外现在的围岩分级方法有定性、定量、定性与定量相结合
3种方法,且多以前两种方法为主。
定性分级的做法是,在现场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,有的还引入分量化指标进行综合分级。
以定性为主的分级方法,如现行的公路、铁路隧
道围岩分级等方法经验的成分较大,有一定人为因素和不确定性,在使用中,往往存在不一致,随勘
察人员的认识和经验的差别,对同一围岩作出级别不同的判断。
采用定性分级的围岩级别,常常出现
与实际差别1~
影响围岩稳定的因素多种多样,主要是岩石的物理力学性质、构造发育情况、承受的荷载(工程荷
载和初始应力)、应力变形状态、几何边界条件、水的赋存状态等。
这些因素中,岩体的物理力学性质
和构造发育情况是独立于各种工作类型的,反映出了岩体的基本特性,在岩体的各项物理力学性质
中,对稳定性关系最大的是岩石坚硬程度,岩体的构造发育状态、岩体的不连续性、节理化程度所反
映的岩体完整性是地质体的又一基本属性。
国内外多数围岩分级都将岩石坚硬程度和岩体的完整程度
作为岩体基本质量分级的两个基本因素。
1国标《锚杆喷射混凝土支护技术规范》围岩分级
1.1围岩分级
围岩级别的划分应根据岩石坚硬性岩体完整性结构面特征地下水和地应力状况等因素综合确定并应符合表1.1规定。
表1.1
围岩分级
围
主要工程地质特征
毛洞稳定情
岩
岩体结构
构造影响程度,结构面发育情况和组
岩石强度指标
岩体声波指标
岩体强
况
级
合状态
单轴饱和抗
点荷载强度
岩体纵波
岩体完整
度应力
别
压强度
(MPa)
速度
性指标
比
(MPa)
(km/s)
I
整体状及
构造影响轻微,偶有小断层结构面不
>60
>2.5
>5
>0.75
——
毛洞跨度
层间结合
发育,仅有2~3组,平均间距大于
5~10m时长
良好的厚
0.8m,以原生和构造节理为主,多
期稳定,无
层状结构
数闭合,无泥质充填,不贯通。
层间
碎块掉落
结合良好,一般不出现不稳定块体
Ⅱ
同I级围
同I级围岩特征
30~60
1.25~2.5
3.7~5.2
>0.75
毛洞跨度
岩结构
5~10m时,
块状结构
构造影响较重,有少量断层,结构面
>60
>2.5
3.7~5.2
>0.5
——
围岩能较长
和层间结
发育,一般
时间(数月至
合较好的
为3组,平均间距0.4~0.8m,以原
数年)维持稳
中厚层或
生和构造节理为主,多数闭合,偶有
定,仅出现
厚层状结
泥质充填,贯通性较差,有少量软弱
局部小块掉
构
结构面。
层间结合较好,偶有层间错
落
动和层面张开现象
同I级围
同I级围岩特征
20~30
0.85~1.25
3.0~4.5
>0.75
>2
毛洞跨度
Ⅲ
岩结构
5~10m时围岩
能维持一个
月以上的稳
同Ⅱ级围
同Ⅱ级围岩块状结构和层间结合较好
30~60
1.25~2.50
3.0~4.5
0.5~0.75
>2
定主要出现
岩块状结
的中厚层或厚层状结构特征
局部掉块塌
构和层间
落
结合较好
的中厚层
或厚层状
结构
层间结合
构造影响较重结构面发育一般为3组
>60(软
>250
30~45
030~050
>2
良好的薄
平均间距02~04m以构造节理为主
岩>20)
层和软硬
节理面多数闭合少有泥质充填岩层为
岩互层结
薄层或以硬岩为主的软硬岩互层层间
构
结合良好少见软弱夹层层间错动和层
面张开现象
碎裂镶嵌
构造影响较重结构面发育一般为3
组
>60
>250
30~4.5
030~050
>2
结构
以上平均间距02~04m以构
造节理为主节理面多数闭合少数有泥
质充填块体间牢固咬合
同Ⅱ级围
同Ⅱ级围岩块状结构和层间结合较好
10~30
042~125
20~35
050~075
毛洞跨度5m
Ⅳ
>1
岩块状结
的中厚层或厚层状结构特征
时围岩能维
构和层间
持数日到一
结合较好
个月的稳定
的中厚层
主要失稳形
或厚层状
式为冒落或
结构
片帮
散块状结
构造影响严重一般为风化卸荷带结构
>30
>125
>20
>015
面发育一般为3组平均间距04~08m
>1
构
以构造节理卸荷风化裂隙为主贯通性
好多数张开夹泥夹泥厚度一般大于结
构面的起伏高度咬合力弱构成较多的
不稳定块体
层间结合
构造影响严重结构面发育一般为3
组
>30(软
>125
20~35
020~040
>1
不良的薄
以上平均间距02~04m以构造风化
岩>10)
层中厚层
节理为主大部分微张(05~10mm)部
和软硬岩
分张开(10mm)有泥质充填层间结合
互层结构
不良多数夹泥层间错动明显
碎裂状结
构造影响严重多数为断层影响带或强
>30
>125
20~35
020~040
>1
构
风化带结构面发育一般为3组以上平
均间距02~04m大部分微张(05~1
0mm)部分张开(10mm)有泥质充
填形成许多碎块体
Ⅴ
散体状结
构造影响很严重多数为破碎带全强风
——
——
<20
——
——毛洞跨度5时
构
化带破碎带交汇部位构造及风化节理
围岩稳定时
密集节理面及其组合杂乱形成大量碎
块体块体间多数为泥质充填甚至呈石
间很短约数
夹土状或土夹石状
小时至数日
注1
围岩按定性分级与定量指标分级有差别时一般应以低者为准。
2本表声波指标以孔测法测试值为准如果用其他方法测试时可通过对比试验进行换算。
3层状岩体按单层厚度可划分为厚层大于05m
中厚层01~05m
薄层小于01m
4一般条件下确定围岩级别时应以岩石单轴湿饱和抗压强度为准当洞跨小于5m,服务年限小于
荷载强度指标代替岩块单轴饱和抗压强度指标可不做岩体声波指标测试
5测定岩石强度做单轴抗压强度测定后可不做点荷载强度测定。
10年的工程确定围岩级别时可采用点
1.2围岩分级的主要影响因素
用岩体完整性系数
K表示,K可按下式计算:
Kv=(Vpm/Vpr)2
(1.2-1)
式中:
Vpm——岩体弹性纵波速度(
km/s)
Vpr——岩石弹性纵波速度(km/s)
当无条件进行声波实测时也可用岩体体积节理数
J按表1.2定K值。
表1.2J
v
与K对照表
v
Jv(条/m3)
<3
3~10
10~20
20~35
>35
Kv
>0.75
0.75~0.55
0.55~0.35
0.35~0.15
<0.15
岩体强度应力比的计算应符合下列规定:
1当有地应力实测数据时
Sm=Kvfr/σ
(1.2-2)
式中:
S--岩体强度应力比;
f--岩石单轴饱和抗压强度
(MPa);
K--岩体完整性系数;
--垂直洞轴线的较大主应力
(kN/m)。
σ
2当无地应力实测数据时
=γH
(3.2-3)
σ
式中:
γ--岩体重力密度(kN/m);
H--隧洞顶覆盖层厚度(m)。
1.2.3
地下水
对Ⅲ、Ⅳ级围岩当地下水发育时应根据地下水类型水量大小软弱结构面多少及其危害程度适当降
级。
1.2.4
断层带
对Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级围岩当洞轴线与主要断层或软弱夹层的夹角小于
30时应降一级。
2铁路隧道围岩分级
2.1铁路隧道围岩分级及其适用条件
目前,我国铁路隧道采用的围岩分级如表2.1所示。
当用物探法测有弹性纵波速度时,可参照围岩
弹性纵波速度测定值确定围岩级别。
本分级适用于一般地质情况的隧道,对特殊地质条件的围岩,如
膨胀岩、盐岩、多年冻土等需另行考虑。
关于隧道围岩分级的基本因素和围岩基本分级及其修正,可参
照2.3内容确定。
表2.1铁路隧道围岩分级
围
围岩主要工程地质条件
岩
结构特征和完
围岩开挖后的稳
级
主要工程地质特征
定状态(单线)
整状态
别
Ⅰ
极硬岩(单轴饱和抗压强度
Rc>60MPa):
受地质构造影响
呈巨块状整体
围岩稳定,无坍
轻微,节理不发育,无软弱面(或夹层);层状岩层为巨厚
结构
塌,可能产生岩
层或厚层,层间结合良好,岩体完整
爆
Ⅱ硬质岩(Rc>30MPa):
受地质构造影响较重,节理较发育,
呈巨块或大块
暴露时间长,可
有少量软弱面(或夹层)和贯通微张节理,但其产状及组合
状结构
能会出现局部小
关系不致产生滑动;层状岩层为中厚层或厚层,层间结合一
坍塌;侧壁稳
般,很少有分离现象,或为硬质岩石偶夹软质岩石
定;层间结合差
的平缓岩层,顶
板易塌落
围岩弹性
纵波速度
vp(km/s)
>4.5
3.5~4.5
Ⅲ硬质岩(Rc>30MPa):
受地质构造影响严重,节理发育,有
呈块(石)碎
拱部无支护时可
2.5~4.0
层状软弱面(或夹层),但其产状及组合关系尚不致产生滑
(石)状镶嵌结
产生小坍塌,侧
动;层状岩层为薄层或中层,层间结合差,多有分离现象;
构
壁基本稳定,爆
硬、软质岩石互层
破震动过大易坍
较软岩(Rc≈15~30MPa):
受地质构造影响较重,节理较发
呈大块状结构
育;层状岩层为薄层、中厚层或厚层,层间一般
Ⅳ硬质岩(Rc>30MPa):
受地质构造影响极严重,节理很发呈碎石状压碎
育;层状软弱面(或夹层)已基本破坏结构
软质岩(Rc≈5?
~30MPa):
受地质构造影响严重,节理发育呈块(石)碎
(石)状镶嵌结
构
拱部无支护时,1.5~3.0可产生较大的坍
塌,侧壁有时失
去稳定
土体:
1.具压密或成岩作用的黏性土、粉土及砂类土
1和2呈大块状
2.黄土(Q1、Q2)
压密结构,3
3.一般钙质、铁质胶结的碎石土、卵石土、大块石土
呈巨块状整体
结构
Ⅴ
岩体:
软岩,岩体破碎至极破碎;全部极软岩及全部极破碎
呈角砾碎石状
围岩易坍塌,处
1.0~2.0
岩(包括受构造影响严重的破碎带)
松散结构
理不当会出现大
土体:
一般第四系坚硬、硬塑黏性土,稍密及以上、稍湿或
非黏性土呈松
坍塌,侧壁经常
潮湿的碎石土着人、卵石土、圆砾土、角砾土、粉土及黄土
散结构,黏性
小坍塌;浅埋时
(Q3、Q4)
土及黄土呈松
易出现地表下沉
软结构
(陷)或塌至地
表
Ⅵ
岩体:
受构造影响严重呈碎石、角砾及粉末、泥土状的断层
黏性土呈易壖
围岩极易坍塌变
<1.0(饱和
带
动的松软结
形,有水时土砂
状态的土
土体:
软塑状黏性土、饱和的粉土、砂类土等
构,砂性土呈
常与水一齐涌
<1.5)
潮湿松散结构
出;浅埋时易塌
至地表
注:
层状岩层的层厚划分:
巨厚层:
厚度大于
1.0m;
厚层:
厚度大于0.5m,且小于等于
1.0m;
中厚层:
厚度大于
0.1m,且小于等于
0.5m;
薄层:
厚度小于或等于
0.1m。
2.2各级围岩的物理力学指标
各级围岩的物理力学指标标准值应按试验资料确定,无试验资料时可按表
2.2选用。
表2.2
各级围岩的物理力学指标
围岩
重度γ
弹性反力系数
变形模量E
泊松比υ
内摩擦角φ
黏聚力C
计算摩擦角
级别
(kN/m3)
(GPa)
(o)
(MPa)
φ(o)
K(MPa/m)
Ⅰ
26~28
1800~2800
>33
<0.2
>60
>2.1
>78
Ⅱ
25~27
1200~1800
20~33
0.2~0.25
50~60
1.5~2.1
70~78
Ⅲ
23~25
500~1200
6~20
0.25~0.3
39~50
0.7~1.5
60~70
Ⅳ
20~23
200~500
1.3~6
0.3~0.35
27~39
0.2~0.7
50~60
Ⅴ
17~20
100~200
1~2
0.35~0.45
20~27
0.05~0.2
40~50
Ⅵ
15~17
<100
<1
0.4~0.5
<22
<0.1
30~40
注:
1.本表数值不包括黄土地层;
2.选用计算摩擦角时,不再计内摩擦角和黏聚力。
2.3围岩分级的主要因素
围岩基本分级应由岩石坚硬程度和岩体完整程度两个因素确定;
岩石类别
单轴饱和抗压强度Rc(MPa)
代表性岩石
硬
极硬岩
Rc>60
未风化可微风化的花岗岩、片麻岩、闪长岩、石英岩、硅质灰
质
岩、钙质胶结的砂岩或砾岩等
岩
硬岩
30 弱风化的极硬岩;未风化或微风化的熔结凝灰岩、大理岩、板 岩、白云岩、灰岩、钙质胶结的砂岩、结晶颗粒较粗的岩浆岩 等 软 较软岩 15 强风化的极硬岩;弱风化的硬岩;未风化或微风化的云母片 质 岩、千枚岩、砂质泥岩、钙泥质胶结的粉砂岩和砾岩、泥灰 岩 岩、泥岩、凝灰岩等 软岩 5 强风化的极硬岩;弱风化至强风化的硬岩;弱风化的较软岩和 未风化或微风化的泥质岩类;泥岩、煤、泥质胶结的砂岩和砾 岩等 极软岩 Rc≤5 全风化的各类岩石和成岩作用差的岩石 完整程度 结构面特征 结构类型 岩体完整性指数(Kv) 完整 结构面1~2 组,以构造型节理或层面为主,密闭 巨块状整体结构 Kv>0.75 型 较完整 结构面2~3 组,以构造型节理、层面为主,裂隙 块状结构 0.75≥Kv>0.55 多呈密闭型,部分为微张型,少有充填物 结构面一般为 3组,节理及以风化裂隙为主,在断 层状结构、块 较破碎 层附近受构造影响较大,裂隙以微张型和张开型为 石、碎石状结构 0.55≥Kv>0.35 主,多有充填物 结构面大于3组,多以风化型裂隙为主,在断层附 破碎 近受构造作用影响较大,裂隙宽度以张开型为主, 碎石角砾状结构 0.35≥Kv>0.15 多有充填物 极破碎 结构面杂乱无序,在断层附近受断层作用影响大, 散体状结构 Kv≤0.15 宽张裂隙全为泥质或泥夹岩屑充填,充填物厚度大 级别 岩体特征 土体特征 围岩弹性纵波速度( km/s) Ⅰ 极硬岩,岩体完整 —— >4.5 Ⅱ 极硬岩,岩体较完整; —— 3.5~4.5 硬岩,岩体完整 Ⅲ 极硬岩,岩体较破碎; —— 2.5~4.0 硬岩或软硬岩互层,岩体较完整; 较软岩,岩体完整 Ⅳ 极硬岩,岩体破碎; 具压密或成岩作用的黏性土、粉土及 硬岩,岩体较破碎基破碎; 砂类土,一般钙质、铁质胶结的粗角 较软岩或软硬岩互层,且以软岩为 砾土、粗圆砾土、碎石土、卵石土、 1.5~3.0 主,岩体较完整或较破碎; 大块石土、黄土(Q1、Q2) 软岩,岩体完整或较完整 Ⅴ 软岩,岩体破碎至极破碎;全部极 一般第四系坚硬、硬塑黏性土,稍密 软岩及全部极破碎岩(包括受构造 及以上、稍湿、潮湿的碎(卵)石土、 1.0~2.0 影响严重的破碎带) 粗圆砾土、细圆砾土、粗角砾土、细 角砾土、粉土、及黄土(Q3、Q4) Ⅵ 受构造影响很严重呈碎石、角砾及 软塑状黏性土、饱和的粉土、砂类土 <1.0(饱和状态的土<1.5) 粉末、泥土状的断层带 等 隧道围岩级别应在围岩基本分级的基础上,结合隧道工程的特点,考虑地下水状态、初始地应力 状态等必要的因素进行修正。 级别 状态 渗水量[L/(min? 10n)] Ⅰ 干燥或湿润 <10 Ⅱ 偶有渗水 10~25 Ⅲ 经常渗水 25~125 围岩基本分级 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ 地下水状态分级 Ⅰ Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ —— Ⅱ Ⅰ Ⅱ Ⅳ Ⅴ Ⅵ —— Ⅲ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ —— 初始地应力状态 主要现象 评估基准(Rc/σmax) 1.硬质岩: 开挖过程中时有岩爆发生,有岩块弹出,洞壁岩 体发生剥离,新生裂缝多,成洞性差 极高应力2.软质岩: 岩芯常有饼化现象,开挖过程中洞壁岩体有剥<4 离,位移极为显着,甚至发生大位移,持续时间长,不易成 洞 1.硬质岩: 开挖过程中可能出现岩爆,洞壁岩体有剥离和掉 块现象,新生裂缝较多,成洞性较差 高应力 4~7 2.软质岩: 岩芯时有饼化现象,开挖过程中洞壁岩体位移显 着,持续时间较长,成洞性差 注: Rc为岩石单轴饱和抗压强度( MPa);σmax为最大地应力值( MPa)。 围岩基本分级 修正级别 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ 初始地应力状态 极高应力ⅠⅡⅢ或ⅣⅤⅥ 高应力ⅠⅡⅢⅣ或ⅤⅥ 注: ①围岩岩体为较破碎的极硬岩、较完整的硬岩时定为Ⅲ级;围岩岩体为完整的较软岩、较完整的软硬互层时定为Ⅳ级; ②围岩岩体为有些地方的极硬岩、较破碎及破碎的硬岩时定为Ⅳ级;围攻岩岩体为完整及较完整软岩、较完整及较破碎的较软岩时定为Ⅴ级。 工程名称 位 里程 置 距洞口距离(m) 岩性指标 岩石类型(名称) 黏聚力c= MPa;φ= 单轴饱和抗压强度Rc= MPa 点荷载强度极限 Ix= MPa 变形模量E= GPa 泊松比υ= 天然重度γ= kN/m3 其他 岩体完整 地质构造影响程度 轻微 较重 严重 极严重 状态 地 间距(m) >1.5 1.5~ 0.6~0.2 0.2~0.06 <0.06 质 0.6 结 延伸性 极差 差 中等 好 极好 构 粗糙度 明显 粗 糙 平整光
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