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第三章 围岩分级及围岩压力. 一、概述. 围岩是指隧道开挖后其周围产生应力重分布范围内的岩体，或指隧道开挖后对其稳定性产生影响的那部分岩体 ( 这里所指的岩体是土体与岩体的总称 ) 。. 第一节 围岩分级. 在不同的岩体中开挖隧道后岩体所表现出的性态是不同的，可归纳为充分稳定、基本稳定、暂时稳定和不稳定四种。. 各种围岩的物理性质之间存在一定的内在联系和规律，依照这些联系和规律，可将围岩划分为若干级，这就是 围岩分级 。
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第三章 围岩分级及围岩压力 一、概述 围岩是指隧道开挖后其周围产生应力重分布范围内的岩体，或指隧道开挖后对其稳定性产生影响的那部分岩体(这里所指的岩体是土体与岩体的总称)。 第一节 围岩分级 在不同的岩体中开挖隧道后岩体所表现出的性态是不同的，可归纳为充分稳定、基本稳定、暂时稳定和不稳定四种。
各种围岩的物理性质之间存在一定的内在联系和规律，依照这些联系和规律，可将围岩划分为若干级，这就是围岩分级。各种围岩的物理性质之间存在一定的内在联系和规律，依照这些联系和规律，可将围岩划分为若干级，这就是围岩分级。 围岩分级的目的是：作为选择施工方法的依据；进行科学管理及正确评价经济效益；确定结构上的荷载(松散荷载)；给出衬砌结构的类型及其尺寸；制定劳动定额、材料消耗标准的基础等等。 对理想的分级方法的要求是：①准确客观，有定量指标，尽量减少因人而异的随机性；②便于操作使用，适于一般勘测单位所具备的技术装备水平；③最好在挖开地层前得到结论。
二、围岩的分类方法 分级的基本要素大致有三大类： 第Ⅰ类：与岩性有关的要素 第Ⅱ类：与地质构造有关的要素 第Ⅲ类：与地下水有关的要素 (一)以岩石强度或岩石的物性指标为代表的分级方法 1.以岩石强度为基础的分级方法 认为坑道开挖后，其稳定性主要取决于岩石的强度。岩石愈坚硬，坑道愈稳定；反之，岩石愈松软，坑道的稳定性就愈差。
2.以岩石的物性指标为基础的分级方法 “岩石坚固性系数 f ”是一个综合的物性指标值，表示岩石在采矿中各个方面的相对坚固性，如岩石的抗钻性、抗爆性、强度……等。 为岩石饱和单轴极限抗压强度 (二)以岩体构造、岩性特征为代表的分级方法 1.泰沙基分级法 把不同岩性、不同构造条件的围岩分成九类，每类都有一个相应的地压范围值和支护措施建议。
2.以岩体综合物性为指标的分级方法 (三)与地质勘探手段相联系的分级方法 1.按弹性波(纵波)速度的分级方法 围岩弹性波速度是判断岩性、岩体结构的综合指标，它既可反映岩石软硬，又可表达岩体结构的破碎程度。 2.以岩石质量为指标的分级方法——RQD方法 所谓岩石质量指标RQD是指钻探时岩芯复原率，或称岩芯采取率：即单位长度钻孔中10cm以上的岩芯占有的比例，可写为：
(四)组合多种因素的分级方法 “岩体质量——Q”的分类方法： 式中 RQD——岩石质量指标； Jh——节理组数目； Jr——节理粗糙度； Ja——节理蚀变值； Jw——节理含水折减系数； SRF ——应力折减系数。
RQD/Jh表示岩块的大小；Jr/Ja表示岩块间的抗剪强度；Jw/ SRF表示作用应力。所以岩体质量值Q实质上是岩块尺寸、抗剪强度和作用力的复合指标。 • 综上所述，围岩分级有以下几方面发展趋势： • 分级应主要以岩体为对象。 • 分级宜与地质勘探手段有机地联系起来。 • 分级要有明确的工程对象和工程目的。 • 分级宜逐渐定量化。
三、我国铁路隧道围岩分级方法 我国现行的《铁路隧道设计规范》中明确规定，目前铁路隧道围岩分级采用两种方法，即以围岩稳定为基础的分级方法和按弹性波(纵波)速度的分级方法。 (一)以围岩稳定性为基础的分级方法 1.围岩分级的基本因素 (1)岩石坚硬程度 根据单轴饱和极限抗压强度Rc分为5级，即极硬岩、硬质岩、较软岩、软岩、极软岩，如表。
(2)岩体的完整程度 主要是指围岩被各种结构面切割成单元体的特征及其被切割后的块度大小。它是评价围岩稳定程度最直接、最重要的指标。 • 为了衡量围岩的完整程度要考虑以下几方面的因素： • 按照软弱面的产状、贯通性以及充填物的情况，可将围岩分为：完整、较完整、较破碎、破碎、极破碎。 • 按照围岩受地质构造影响的程度，可将围岩分为：构造变动轻微、较重、严重、很严重。
按照节理(裂隙)发育程度的不同又分为：节理不发育、节理较发育、节理发育及节理很发育。按照节理(裂隙)发育程度的不同又分为：节理不发育、节理较发育、节理发育及节理很发育。 • 按照岩体风化程度的不同将围岩分为：风化轻微、较重、严重、极严重四级。 岩体完整程度应按表划分。 2.围岩基本分级及其修正 (1)基本分级 根据以上分级因素及指标，给出各类围岩的主要工程地质特征、结构特征和完整性及围岩开挖后的稳定状态等要素。《铁路隧道设计规范》将单、双线铁路隧道的围岩划分为六级。
(2)隧道级别的修正 • ①地下水影响的修正 • 地下水对围岩的影响主要表现在： • 软化围岩 • 软化结构面 • 承压水作用 • 根据单位时间的渗水量可将地下水状态分为3级，如表。 • 根据地下水状态对围岩级别的修正如表。
②围岩初始地应力状态修正 围岩初始地应力状态，当无实测资料时，可根据隧道工程埋深、地貌、地形、地质、构造运动史、主要构造线与开挖过程中出现的岩爆、岩芯饼化等特殊地质现象，按表做出评估。 初始地应力对围岩级别的修正宜按表进行。 ③风化作用的影响 (二)弹性波速度的分级方法 弹性波(纵波)速度与围岩级别的关系见表。
岩石 类别 单轴饱和抗压强度Rc/MPa 代表性岩石 硬质岩 极硬岩 >60 花岗岩、闪长岩、玄武岩等岩浆岩； 硅岩、钙质胶结的砾岩及砂岩、石灰岩、白云岩等沉积岩； 片麻岩、石英岩、大理岩、板岩、片岩等变质岩 硬岩 30~60 软质岩 较软岩 15~30 凝灰岩等喷出岩； 砂砾岩、泥质砂岩、泥质页岩、灰质页岩、泥灰岩、泥岩、煤等沉积岩； 云母片岩或千枚岩等变质岩 软岩 5~15 极软岩 <5 岩石坚硬程度的划分
完整程度 结构面状态 结构类型 岩体完整性指数 完整 结构面1~2组，以构造型节理或层面为主，密闭性 巨块状整体结构 >0.75 较完整 结构面2~3组，以构造型节理、层面为主，裂隙多呈密闭型，部分为微张型，少有充填物 块状结构 0.55~0.75 较破碎 结构面一般为3组，以节理及风化裂隙为主，在断层附近受构造作用影响较大，裂隙以微张型和张开型为主，多有充填物 层状结构、块石碎石结构 0.35~0.55 破碎 结构面大于3组，多以风化型裂隙为主，在断层附近受构造作用影响大，裂隙宽度以张开型为主，多有充填物 碎石角砾状结构 0.15~0.35 极破碎 结构面杂乱无序，在断层附近受断层作用影响大，宽张裂隙全为泥质或泥夹岩屑充填，充填物厚度大 散体状结构 ≤0.15 岩体完整程度的划分
级别 状态 渗水量(l/(min·10m)) Ⅰ 干燥或湿润 <10 Ⅱ 偶有渗水 10~25 Ⅲ 经常渗水 25~125 地下水状态的分级
地下水状态分级 围岩级别 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ Ⅰ Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ — Ⅱ Ⅰ Ⅱ Ⅳ Ⅴ Ⅵ — Ⅲ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ — 地下水影响的修正
初始应力状态 主要现象 评估基准Rc/σmax 极高应力 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 <4 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，不宜成洞 高应力 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 4~7 软质岩：岩芯时有饼化现象，开挖过程中洞壁岩体位移显著，持续时间长，成洞性差 初始地应力状态评估
初始地应力状态 围岩级别 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ 极高应力 Ⅰ Ⅱ Ⅲ或Ⅳ* Ⅴ Ⅵ 高应力 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ或Ⅴ** Ⅵ 初始地应力影响的修正 注：*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。 **围岩岩体为破碎的极硬岩、较破碎及破碎的硬岩时，定为Ⅳ级；围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。
围岩类别 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ 弹性波(纵波)速度vp(km/s) ＞4.5 3.5 ~ 4.5 2.5~ 4.0 1.5 ~ 3.0 1.0~ 2.0 ＜1.0 ＜1.5(饱和状态的土) 弹性波(纵波)速度分级 注：饱和状土壤vp<1.5 km/s
四、我国铁路隧道围岩分级方法的不足之处 （1）分级档数偏少 （2）整体上还处于半定量的阶段 （3）没有考虑围岩的地质结构特征等因素 （4）对于土质围岩没有明确的方法体系 （5）修正方法存在问题 改进方案：将岩体结构类型纳入分级标准中，并增加部分亚级。分级原则为： （1）在隧道围岩分级中考虑围岩地质类型和变形破坏机理。 （2）结合工程实际，可将III～V级围岩各分出2～3个亚级。 （3）增加土质围岩的分级。 （4）围岩基本分级指标体系的确定，应适当考虑设计阶段和施工阶段获取基础地质资料的难易程度，但要保证两阶段分级指标体系的一致性与继承性。
五、围岩亚级分级方法研究 一般岩质围岩亚级基本分级
（1）铁路隧道围岩位移控制标准 七、隧道围岩位移特性研究
岩性类型划分 岩石风化程度定性值
一般围岩岩体完整程度划分 结构面状态划分
岩层厚度划分 层状围岩岩层产状及一般岩质围岩结构面产状划分
九、《铁路隧道围岩分级指南》（初稿）编制 《铁路隧道围岩分级指南》共分5章（条文），5个附录，1个条文说明。 条文部分： 第1章——总则 第2章——主要术语和符号 第3章——围岩分级指标 第4章——围岩分级方法 第5章——围岩物理力学参数
附录部分： 附录A——施工阶段围岩分级指标值获取方法。 附录B——Kv，Jv测试的规定。 附录C——施工阶段围岩级别判别卡。 附录D——砂质土和碎石土围岩N、Dr的确定方法。 附录E ——本指南实用说明。
围岩分级的目的是：作为选择施工方法的依据；进行科学管理及正确评价经济效益；确定结构上的荷载(松散荷载)；给出衬砌结构的类型及其尺寸；制定劳动定额、材料消耗标准的基础等等。围岩分级的目的是：作为选择施工方法的依据；进行科学管理及正确评价经济效益；确定结构上的荷载(松散荷载)；给出衬砌结构的类型及其尺寸；制定劳动定额、材料消耗标准的基础等等。 我国现行的《铁路隧道设计规范》中明确规定，目前铁路隧道围岩分级采用两种方法，即以围岩稳定为基础的分级方法和按弹性波(纵波)速度的分级方法。
我国铁路隧道围岩分级方法的不足 • （1）分级档数偏少 • （2）整体上还处于半定量的阶段 • （3）没有考虑围岩的地质结构特征等因素 • （4）对于土质围岩没有明确的方法体系 • （5）修正方法存在问题
