隧道围岩级别划分与判定.docx
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隧道围岩级别划分与判定
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。
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
岩
主要工程地质特征
毛洞稳
定情况
岩体
构造影响程度,结构面
岩石强度指标
岩体声波指标
岩
级
结构
发育情况和组合状态
单轴饱
点荷载强
岩体纵
岩体完整性
体
别
和抗压
度
波速度
指标
强
强度
(MPa)
(km/s)
度
(MPa)
应
力
比
I
整体
构造影响轻微,偶有小
>60
>2.5
>5
>0.75
—
毛洞跨
状及
断层结构面不发育,仅
—
度
层间
有2~3组,平均间距
5~10m
结合
大于0.8m,以原生和
时长期
良好
构造节理为主,多数闭
稳定,无
的厚
合,无泥质充填,不贯
碎块掉
层状
通。
层间结合良好,一
落
结构
般不出现不稳定块体
Ⅱ
同I
同I级围岩特征
30~60
1.25~2.5
3.7~5.2
>0.75
毛洞跨
级围
度
岩结
5~10m
构
时,围岩
块状
构造影响较重,有少量
>60
>2.5
3.7~5.
>0.5
—
能较长
结构
断层,结构面发育,一
2
—
时间(数
和层
般
月至数
间结
为3组,平均间距
年)维持
合较
0.4~0.8m,以原生
稳定,仅
好的
和构造节理为主,多数
出现局
中厚
闭合,偶有泥质充填,
部小块
层或
贯通性较差,有少量软
掉落
厚层
弱结构面。
层间结合较
状结
好,偶有层间错动和层
构
面张开现象
Ⅲ
同I
同I级围岩特征
20~30
0.85~1.25
3.0~4.5
>0.75
>2
毛洞跨
级围
度
岩结
5~10m
构
时围岩
同Ⅱ
同Ⅱ级围岩块状结构和
30~60
1.25~2.50
3.0~4.5
0.5~0.75
>2
能维持
级围
层间结合较好的中厚
一个月
岩块
层或厚层状结构特征
以上的
状结
稳定主
构和
要出现
层间
局部掉
结合
块塌落
较好
的中
厚层
或厚
层状
结构
层间
构造影响较重结构面
>60(软
>2.50
3.0~4.5
0.30~0.50
>2
结合
发育一般为3组平均间
岩>20)
良好
距0.2~0.4m以构造
的薄
节理为主节理面多数
层和
闭合少有泥质充填岩
软硬
层为薄层或以硬岩为
岩互
主的软硬岩互层层间
层结
结合良好少见软弱夹
构
层层间错动和层面张
开现象
碎裂
构造影响较重结构面
>60
>2.50
30~4.5
0.30~0.50
>2
镶嵌
发育一般为3组以上
结构
平均间距0.2~0.4m
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
Ⅳ
同Ⅱ
同Ⅱ级围岩块状结构和
10~30
0.42~1.25
2.0~3.5
0.50~0.75
>1
毛洞跨
级围
层间结合较好的中厚
度5m
岩块
层或厚层状结构特征
时围岩
状结
能维持
构和
数日到
层间
一个月
结合
的稳定
较好
主要失
的中
稳形式
厚层
为冒落
或厚
或片帮
层状
结构
散块
构造影响严重一般为
>30
>1.25
>2.0
>0.15
>1
状结
风化卸荷带结构面发
构
育一般为3组平均间
距0.4~0.8m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
构造影响严重结构面
>30(软
>1.25
2.0~3.5
0.20~0.40
>1
结合
发育一般为3组以上
岩>10)
不良
平均间距0.2~0.4m
的薄
以构造风化节理为主
层中
大部分微张(0.5~1.
厚层
0mm)部分张开(1.
和软
0mm)有泥质充填层间
硬岩
结合不良多数夹泥层
互层
间错动明显
结构
碎裂
构造影响严重多数为
>30
>1.25
2.0~3.5
0.20~0.40
>1
状结
断层影响带或强风化
构
带结构面发育一般为3
组以上平均间距
0.2~0.4m大部分微
张(0.5~1.0mm)部
分张开(1.0mm)有
泥质充填形成许多碎
块体
Ⅴ
散体
构造影响很严重多数
<2.0
—
毛洞跨
状结
构
为破碎带全强风化带
—
度5时围
岩稳定
破碎带交汇部位构造
及风化节理密集节理
时间很
面及其组合杂乱形成
短约数
大量碎块体块体间多
小时至
数为泥质充填甚至呈
数日
石夹土状或土夹石状
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0.5m
中厚层0.1~0.5m
薄层小于0.1m
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10年的
工程确定围岩级别时可采用点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。
3公路隧道围岩分级
3.1公路隧道围岩分级围岩级别可根据调查、勘探、试验等资料、岩石隧道的围岩定性特征、围岩基本质量指标(BQ)或修正的围岩质量指标[BQ]值、土体隧道中的土体类型、密实状态等定性特征,按表3.1确定。
当根据岩体基本质量定性划分与(BQ)值确定的级别不一致时,应重新审查定性特征和定量指标计算参数的可靠性,并对它们重新观察、测试。
在工程可行性研究和初勘阶段,可采用定性划分的方法或工程类比方法进行围岩级别划分。
表3.1公路隧道围岩分级
围
围岩或土体主要定性特征
围岩基本质量指标(BQ)
岩
或
级
修正的围岩基本质量指
别
标[BQ]
Ⅰ
坚硬岩,岩体完整,巨整体状或巨厚层状结构
>550
Ⅱ
坚硬岩,岩体较完整,块状或厚层状结构
较坚硬岩,岩体完整,块状整体结构
550~451
Ⅲ
坚硬岩,岩体较破碎,巨块(石)碎(石)状镶嵌结构
较坚硬岩或较软硬岩层,岩体较完整,块状体或中厚层结构
450~351
Ⅳ
坚硬岩,岩体破碎,碎裂结构
较坚硬岩,岩体较破碎~破碎,镶嵌碎裂结构
较软岩或软硬岩互层,且以软岩为主,岩体较完整~较破碎,中薄层状结构
350~251
土体:
1.压密或成岩作用的粘性土及砂性土
2.黄土(Q1、Q2)
3.一般钙质、铁质胶结的碎石土、卵石土、大块石土
Ⅴ
较软岩,岩体破碎;软岩,岩体较破碎~破碎;极破碎各类岩体。
碎、裂状、
松散结构
≤250
一般第四系的半干硬至硬塑的黏性土及稍湿至潮湿的碎石土,卵石土、圆砾、
角砾土及黄土(Q3、Q4)。
非粘性土呈松散结构、黏性土及黄土呈松软结构
Ⅵ
软塑状粘性土及潮湿、饱和粉细砂层、软土等
注:
本表不适用于特殊条件的围岩分级,如膨胀性围岩、多年冻土等。
3.2围岩分级的主要因素
公路隧道围岩分级的综合评判方法采用两步分级,并按以下顺序进行:
(1)根据岩石的坚硬程度和岩体完整程度两个基本因素的定性特征和定量的岩体基本质量指标(BQ),综合
进行初步分级。
(2)对围岩进行详细定级时,应在岩体基本质量分级基础上,考虑修正因素的影响修正岩体基本质量指标值。
(3)按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。
3.2.1岩石坚硬程度
1岩石坚硬程度可按表3.2.1-1定性划分。
表3.2.1-1岩石坚硬程度的定性划分
名称
定性鉴定
代表性岩石
硬质
坚硬
锤击声清脆,有回弹,震手,难
未风化~微风化的花岗岩、正长岩、
岩
岩
击碎;浸水后,大多无吸水反应
闪长岩、辉绿岩、玄武岩、安山岩、
片麻岩、石英片岩、硅质板岩、石
英岩、硅质胶结的砾岩、石英砂岩、
硅质石灰岩等
较坚
锤击声较清脆,有轻微回弹,稍
1弱风化的坚硬岩;
硬岩
震手,较难击碎;
2未风化~微风化的熔结凝灰岩、大
浸水后,有轻微吸水反应
理岩、板岩、白云岩、石灰岩、钙
质胶结的砂页岩等
软质
较软
锤击声不清脆,无回弹,较易击
1强风化的坚硬岩;
岩
岩
碎;浸水后,指甲可刻出印痕
2弱风化的较坚硬岩;
3未风化~微风化的凝灰岩、千枚
岩、砂质泥岩、泥灰岩、泥质砂岩、
粉砂岩、页岩等
软岩
锤击声哑,无回弹,有凹痕,易
1强风化的坚硬岩;
击碎;浸水后,手可掰开
2弱风化~强风化的较坚硬岩;
3弱风化的较软岩;
4未风化的泥岩等
极软
锤击声哑,无回弹,有较深凹痕,
1全风化的各种岩石;
岩
手可捏碎;浸水后,可捏成团
2各种半成岩
2岩石坚硬程度定量指标用岩石单轴饱和抗压强度(Rc)表达。
Rc一般采用实测值,
若无实测值时,可采用实测的岩石点荷载强度指数Is(50)的换算值,即按式(3.2.1)计算:
Rc=Is(50)0.75(3.2.1)
3Rc与岩石坚硬程度定性划分的关系,可按表3.2.1-2确定。
表3.2.1-2Rc与岩石坚硬程度定性划分的关系
Rc(MPa)
>60
60~30
30~15
15~5
<5
坚硬程度
坚硬岩
较坚硬岩
较软岩
软岩
极软岩
3.2.2岩体完整程度
1岩石完整程度可按表3.2.2-1定性划分。
表3.2.2-1岩体完整程度的定性划分
名称
结构面发育程度
主要结构面
的结合程度
主要结构面类型
相应结构类型
组数
平均间距
(m)
完整
1~2
>1.0
好或一般
节理、裂隙、层面
整体状或巨厚层结
构
较完整
1~2
>1.0
差
节理、裂隙、层面
块状或厚层状结构
2~3
1.0~0.4
好或一般
块状结构
较破碎
2~3
1.0~0.4
差
节理、裂隙、层面、
裂隙块状或中厚层
小断层
结构
>3
0.4~0.2
好
镶嵌碎裂结构
一般
中、薄层状结构
破碎
>3
0.4~0.2
差
各种类型结构面
裂隙块状结构
<0.2
一般或差
碎裂状结构
极破碎
无序
很差
散体状结构
注:
平均间距指主要结构面(1~2组)间距的平均值。
2岩体完整程度的定量指标用岩体完整性系数(Kv)表达。
Kv一般用弹性波探测值,若
无探测值时,可用岩体体积节理数(Jv)按表3.2.2-2确定对应的Kv值。
表3.2.2-2Jv与Kv对照表
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
3Kv与定性划分的岩体完整程度的对应关系,可按表3.2.2-3确定。
表3.2.2-3Kv与定性划分的岩体完整程度的对应关系
Kv
>0.75
0.75~0.55
0.55~0.35
0.35~0.15
<0.15
完整程度
完整
较完整
较破碎
破碎
极破碎
4岩体完整程度的定量指标Kv、Jv的测试和计算方法
岩体完整性指标Kv,应针对不同的工程地质岩组或岩性段,选择有体表性的点、段,测试岩体弹性纵波速度,度应在同一岩体取样测定岩石纵波速度。
按下式计算:
Kv=(Vpm/Vpr)2
式中:
Vpm——岩体弹性纵波速度(km/s)
Vpr——岩石弹性纵波速度(km/s)
岩体体积节理数Jv(条/m),应针对不同的工程地质岩组或岩性段,选择有代表性的露头或开挖壁面进行节理(结构面)统计。
除成组节理外,对延伸长度大于1m的分散节理亦应予以统计。
已为硅质、铁质、钙质充填再胶结的节理不予统计。
每一测点的统计面积不应小于2m×5m。
岩体值Jv应根据节理统计结果按下式计算
Jv=S1+s2+⋯⋯+Sn+Sk
式中:
Sn——第n组节理每米长测线上的条数;
Sk——每立方米岩体非成组节理条数(条/m3)。
3.2.3围岩基本质量指标(BQ)
应根据分级因素的定量指标Rc值和Kv值,按式(3.2.3)计算:
BQ=90+3Rc+250Kv(3.2.3)
使用式(3.2.3)时,应遵守下列限制条件:
1当Rc>90Kv+30时,应以Rc=90Kv+30和Kv代入计算BQ值。
2当Kv>0.04Rc+0.4时,应以Kv=0.04Rc+0.4和Rc代入计算BQ值。
围岩详细定级时,如遇下列情况之一,应对岩体基本质量指标(BQ)进行修正:
1有地下水;
2围岩稳定性受软弱结构面影响,且由一组起控制作用;
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,可分别按表3.2.3-1、表3.2.3-2、表3.2.3-3确定。
无表中所示情况时,修正系数取零。
表3.2.3-1地下水影响修正系数K1
BQ
地下水出水状态
>450
450~351
350~
251
<250
潮湿或点滴状出水
0
0.1
0.2~
0.3
0.4~0.6
淋雨状或涌流状出水
水
压<0.1Mpa或单位出水
0.1
0.2~0.3
0.4~
0.6
0.7~0.9
量<10L/min?
m
淋雨状或涌流状出水
水
压>0.1Mpa或单位出水
0.2
0.4~0.6
0.7~
0.9
1.0
量>10L/min?
m
表3.2.3-2主要软弱结构面产状影响修正系数K2
结构面产状及其与洞轴线
结构面走向与洞轴线夹
结构面走向与洞轴线夹
其它组合
的组合关系
角<30°,结构面倾角
角>60°,结构面倾
30°~75°
角>75°
K2
0.4~0.6
0~0.2
0.2~0.4
初始应力状态
极高应力区
1.0
1.0
1.0~1.5
1.0~1.5
1.0
高应力区
0.5
0.5
0.5
0.5~1.0
0.5~1.0
围岩极高及高初始应力状态的评估,可按表3.2.3-4规定进行。
表3.2.3-4高初始应力地区围岩在开挖过程中出现的主要现象
应力情况
主要现象
Rc/σmax
极高应力
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2.软质岩:
岩芯常有饼化现象,开挖过程中洞壁岩体有剥离,位移极为显著,甚至发生大位移,持续时间长,不易成洞
<4
高应力
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
2.软质岩:
岩芯时有饼化现象,开挖过程中洞壁岩体位移显著,持续时间较长,成洞性差
4~7
注:
σmax为垂直洞轴线方向的最大初始应力。
3.2.4各级围岩的物理力学参数
宜通过室内或现场试验获取,无试验数据和初步分级时,可按表2.2选用(同铁路隧道);
岩体结构面抗剪断峰值强度参数,可按表3.2.4选用。
表3.2.4岩体结构面抗剪断峰值强度
序号
两侧岩体的坚硬程度及结构面的结合程度
内摩擦角φ(o)
粘聚力C(MPa)
1
坚硬岩,结合好
>37
>0.22
2
坚硬~较坚硬岩,结核一般;
较软岩,结合好
37~29
0.22~0.12
3
坚硬~较坚硬岩,结核差;
较软岩~软岩,结合一般
29~19
0.12~0.08
4
较坚硬~较软岩,结核差~结合很差;
软岩,结合差;软质岩的泥化面
19~13
0.08~0.05
5
较坚硬岩及全部软质岩,结合很差;
软质岩泥化层本身
<13
<0.05
3.2.5各级围岩的自稳能力
宜根据围岩变形量测和理论计算分析来评定,也可按表3.2.5作出大致的评判。
表3.2.5隧道各级围岩自稳能力判断
围岩级
自稳能力
别
Ⅰ
跨度20m,可长期稳定,偶有掉块,无塌方
Ⅱ
跨度10m~20m,可基本稳定,局部可发生掉块或小塌方
跨度10m,可长期稳定,偶有掉块
跨度10m~20m,可稳定数日~1个月,可发生小~中塌方
Ⅲ
跨度5m~20m,可稳定数月,可发生局部块体位移及小~中塌方
跨度5m,可基本稳定
跨度5m,一般无自稳能力,数日~数月内可发生松动变形位移、小塌方,
进而发展为及中~大塌方
Ⅳ
埋深小时,以拱部松动破坏为主,埋深大时,有明显塑性流动变形和
挤压破坏;
跨度小于5m,可稳定数日~1个月
Ⅴ
无自稳能力,跨度5m或更小时,可稳定数日
Ⅵ
无自稳能力
注:
①小塌方:
塌方高度<3m,或塌方体积<30m3。
②中塌方:
塌方高度3~6m,或塌方体积30~100m3
③大塌方:
塌方高度>6m,或塌方体积>100m3。
5.2Q系统简要用法介绍
Q值可
Q分类法主要考察围岩结构、完整性和应力情况及其对应的6个参数,通过公式(5.2-1)
计算得到Q值,每一个Q值都反映所在掌子面处的围岩情况,为了更具有代表性,以是一个范围。
但Q分类法中参数取值也是通过给定性描述赋权值的方法进行,所以在实施中也难免带有人为因素,同时Q系统建议的比较经济的隧道支护
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- 隧道 围岩 级别 划分 判定