隧道工程地质环境及围岩
隧道地质环境围岩类别分级与不良地质现象
隧道工程的地质环境、围岩类别与不良地质现象
内容 1 隧道工程地质环境的相关概念 2 隧道围岩的工程性质 3 围岩的稳定性 4 隧道围岩类别分级
隧道工程的地质环境---1地质环境相关概念
1主要相关概念
地下结构 支护结构 地层 周边围岩 围岩稳定性
隧道工程的地质环境---1地质环境相关概念
开挖后稳定程度： 充分稳定 基本稳定 暂时稳定 不稳定
土石分类法
单一因素分类法
3.发展过程：
早期～仅岩石强度；
综合物性分类法 与地质勘探手段相联系的分类法
现在～综合多种因素，如岩体构造、
岩石强度、RQD指标等。
组合多因素分类法
隧道工程的地质环境---4隧道围岩类别分级
隧道围岩分级方法
4.围岩分级考虑的因素： 3个基本因素： ①岩性：抗压强度、弹性模量、弹性波速等。 ②地质构造：岩体完整性或结构状态。
约为6~10倍隧道直径
说明：围岩既指岩体也指土体
围岩工程性质 围岩初始应力 围岩相关内容 围岩压力 围岩分级 围岩稳定性 岩体构造 物理、力学特征
隧道工程的地质环境---1地质环境相关概念
地层、围岩与隧道的关系
围岩 地层
隧道 (6-10)D
D
隧道工程的地质环境---2围岩的工程性质
2 隧道围岩的工程性质
土石块 归入土类
松散状
松软状
d为裂缝间距
隧道工程的地质环境---3围岩的稳定性
岩体的破碎程度或完整状态。
隧道工程的地质环境---3围岩的稳定性
影响围岩稳定性的因素
⑵ 结构面性质和空间组合
● 性质
1) 结构面的成因； 2) 结构面的光滑程度； 3) 结构面的物质组成； 4) 结构面的规模； 5) 结构面的密集度。 ●空间组合
围岩工程地质条件对隧道设计及施工的影响
浅谈围岩工程地质条件对隧道设计及施工的影响一、围岩工程地质条件对隧道设计的重要性隧道勘测的目的是为确定隧道位置、施工方法和支护、衬砌类型等技术方案，对隧道地处范围内的地形、地质状况，以及对地下水的分布和水量等水文情况要进展勘测，查明隧道施工地点的工程地质条件，分析围岩稳定性，为公路路线必选和工程预算提供科学依据。
公路隧道的特点是断面大、隧道长、地质条件复杂，隧道掘进面前方和洞口的不良地层条件极易引起隧道塌方、涌水。
隧道地下工程围岩地层的复杂性和不可见性，增加了勘探人员工作的难度。
因此，在隧道勘探设计过程中对围岩工程地质的调查和分析，并积累隧道工程资料和经历，为将来公路隧道的设计和施工铺平了道路。
1、公路隧道勘测设计工作重点进展公路隧道规划、设计、施工和维护管理，应预先获得各种资料，因此需要进展调查。
包括地形调查、地质调查、气象调查、环境调查、施工条件调查以及与工程有关的法令法规调查等。
这些调查越广泛、深入细致、准确，所起的作用就越大。
〔1〕文献资料的收集：包括地形地貌资料、工程地质与水文地质资料、工程资料、气象资料、灾害及预算资料等。
〔2〕地形地质调查：地形调查是为路线效劳的，目的是在现有地形条件下使路线满足标准要求，并尽可能的得到优化，这是设计的需要；地质调查是核对在实际地质条件上是否可能，是否可以得到一个稳定的构造物。
包括：地质调查、资料整编、地质详查、涌水调查、气象调查等工作。
2、围岩工程地质条件对隧道勘测的重要性2.1围岩工程地质对隧道的重要性工程地质条件会随着区域的不同而发生变化，这样的条件直接影响到隧道施工及后期运营、养护。
本节主要从隧道选址、施工条件和衬砌支护三个方面讨论围岩工程地质条件对隧道的重要性。
2.1.1围岩工程地质对隧道选址的重要性1〕岩体构造及种类花岗岩、玢岩、斑岩、蛇纹岩、温泉变质作用的安山岩和凝灰岩、泥岩、片岩类、千枚岩和岩堆等，都应给予特别注意。
例如花岗岩往往有深部风化，有的变为花岗岩风化土，沿断层易风化，花岗岩中的断层难以发现，风化带和变质带的宽度不同。
隧道工程
一、公路隧道围岩的分级1、一级围岩：坚硬岩，岩体完整，巨整体状或巨厚层状结构。
围岩基本质量指标大于550兆帕。
2、二级围岩：坚硬岩，岩体完整，块状或厚层状结构；较坚硬岩，岩体完整，块状整体结构。
围岩基本质量指标在550至451兆帕之间。
3、三级围岩：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石。
岩体较完整，快状体或中厚层结构。
围岩基本质量指标在450至351兆帕之间。
4、四级围岩：坚硬岩，岩体较破碎。
碎裂结构，较坚硬岩、岩体较破碎，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。
土体，压密或成岩作用的黏土及砂性土；黄土。
一般钙质、铁质胶结的碎石土、卵石土、大块石土。
围岩基本质量指标在350至251兆帕之间。
5、五级围岩：较软岩，岩体破碎；软岩，岩体较破碎至破碎；及破碎各类岩体，碎裂状，松散结构。
一般第四系的半干硬至重塑的黏土及稍湿至潮湿的碎石土，卵石土、网砾、角砾及黄土。
非黏土呈松散结构，黏土及黄土呈松软结构。
围岩基本质量指标小于等于250。
6、六级围岩：软塑状黏土及潮湿、饱和粉细砂层、软土等。
其中一级围岩为最好结构，六级围岩为最差结构。
二、围岩的初步判定1、隧道围岩的分级的综合评定方法宜采用两步分级，并按以下顺序进行：围岩分级分为初步分级和和详细分级。
其中初步分级为：定性（坚硬、完整）+定量。
详细分级为考虑修整因素的影响，修整定量。
修正因素为：有无地下水、软弱结构面，且有一组起控制作用。
是否存在高的初应力。
三、隧道的构成1、隧道主要由主体构造物和附属构造物构成。
其中主体构造物有分为：洞门和洞身衬砌。
附属构造物分为：通风、照明、安全措施、供配电、应急系统等。
2、不同的分类形式分为不同的种类：（1）按地层分类，分为岩石隧道、土质隧道。
（2）按所处位置分为，山岭隧道、城市隧道、水底隧道。
（3）按埋深长度分为，浅埋隧道和深埋隧道。
（4）按长度分为，短、中、长、特长。
隧道工程地质环境—隧道围岩分级(铁路隧道施工)
（1）围岩的结构特征和完整状态 围岩体通常是被各种结构面切割成大小不等、形态各异、种类
不同的岩石单元体（即结构体），围岩结构特征是指结构面和结构 体的特征。
当遇有地下水时，按下列原则调整围级围岩或Ⅱ级的软质岩石，应根据地下水的类型、水量大小
和危害程度，调整围岩级别。当地下水影响围岩稳定，产生局部坍 塌或软化软弱面时，可酌情降1级。
③ Ⅳ级、Ⅴ级围岩已成碎石状松散结构，裂隙中有黏土充填物时， 可根据地下水的类型、水量大小、渗流条件、动水和静水压力等情 况，判断对围岩的危害程度，酌情降1－2级。
根据长期的工程实践，人们认识到，各种围岩的物理性质之间 存在着一定的内在联系和规律，因而根据岩体完整程度和岩石坚硬 程度等重要指标，按坑道开挖后的围岩稳定性对围岩进行等级划分， 这就是围岩分级。
（2）围岩分级的目的：为隧道设计和施工提供依据。 ①可以据此选择适当的施工方法； ②确定支护结构上的荷载（松散荷载）； ③确定衬砌结构的类型及其尺寸；
项目2 隧道工程地质环境
任务2.3 掌握隧道围岩分级
任务2.3 掌握隧道围岩分级
工作任务： （1）掌握围岩分级方法，能够对围岩进行分级；
1.概 述 （1）围岩：隧道周围一定范围内对洞身产生影响的的岩土体。 隧道的围岩是特征状态千变万化，有松散的流沙和和坚硬的花
岗岩。
流沙、管涌现象
花岗岩
围岩自稳时间：是指围岩在开挖暴露后，在未进行任何支护情 况下，自行达到持续稳定的时间。
Ⅵ
Ⅰ
差 围岩的结构特征和完整状态
好
大 地质变动的剧烈程度、规模大小、次数少 小
隧道围岩分级
铁路隧道围岩分级一、铁路隧道围岩分级类型根据《铁路隧道工程施工技术指南》铁路隧道围岩分级判定的内容将不同岩石性质和岩体结构的隧道围岩分为Ⅰ～Ⅵ六个基本级别。
铁路隧道围岩分级表注：表中“围岩级别”和“围岩主要工程地质条件”栏，不包括膨胀性围岩、多年冻土等特殊岩土。
二、围岩级别判定的一般步骤1、收集整理隧道场地的区域地质资料，分析研究设计图纸上详细的地勘报告，明确隧区主要的岩层、岩性、岩体构造、不良地质以及水文地质条件。
特别是要详细研究不良构造体和不良地质作用对隧道区围岩的岩石强度、岩体完整性的影响。
从整体上把握该区域工程地质条件。
2、按照编制的实施性超前地质预报组织进行隧道掌子面前方地质预测预报，并根据真实的预报结论分析判断掌子面前方的围岩情况。
一方面根据预报结论初步判断围岩基本分级的级别，并将其与设计时提供的围岩分级进行比对，另一方面作为围岩级别和支护方案变更的依据之一。
3、实时记录掌子面地质素描表和围岩级别判定卡中的内容，特别是要客观填写掌子面围岩的岩性指标、岩体完整性情况和地下水状况，这些指标均是作为围岩基本分级的理论依据。
如果难以明确围岩的地质条件，可通过实验和理论计算来确定围岩的各项力学性能和构造特点，来加以判断围岩级别。
4、根据得出的围岩岩性特征、构造特征以及其它相关资料并按照隧道围岩分级的标准进行围岩级别的判定。
三、围岩判定主要依据1、岩石的坚硬程度①从定性划分硬质岩包括坚硬岩和较硬岩，软质岩包括较软岩、软岩和及软岩。
坚硬岩:锤击声清脆，有回弹，震手，难击碎，基本无吸水反应。
代表性岩石如未风化～微风化花岗岩、闪长岩、辉绿岩、玄武岩、安山岩、片麻岩、石英岩、石英砂岩、硅质砾岩、硅质石灰岩等。
较硬岩:锤击声较清脆，有轻微回弹，稍震手，较难击碎，有轻微吸水反应。
代表性岩石有1、微风化的坚硬岩石；2、未风化的大理岩、板岩、石灰岩、白云岩、钙质砂岩等。
较软岩:锤击声不清脆，无回弹，轻易击碎，浸水后指甲可刻出印痕。
隧道工程第二章隧道工程地质环境及围岩分级
✓ 复杂长隧道的地质变化对施工方法及工期有决定性影 响；
『 2.2 ▎施工地质超前预报
✓ 作用（施工开挖）引起地质的变化只有在施工期才能 显现出来；
✓ 施工期需要对地质定量的评价而非定性； ✓ 积累经验提高隧道施工地质超前预报准确率和水平及
『 2.2 ▎施工地质超前预报
水平声波反射法
它利用孔间地震剖面法(ABSP)的原理及相应软件开发的 一种超前预报方法。
其原理是向岩体中辐射一定频率的高频地震波，当地震 波遇到波阻抗分界面时，将发生折射、反射，频谱特征也将 发生变化，通过探测反射信号(接收频率为声波频段的地震 波)，求得其传播特征后，便可了解工作面前方的岩体特征 。
三、与地质勘探手段相联系的分级方法
围岩弹性波速度是判断岩性、岩体结构的综合指标，它既 可以反映岩石软硬，又可以表达岩体结构的破碎程度。因此， 在弹性波速度基础上，综合考虑与隧道开挖及土压有关的因素 (岩性、风化程度、破碎状态、含水及涌水状态等)，将围岩分 为7级。
迭加成水平应力
重力应力场：岩体由于自重形成的应力场。它是地心引力和 离心惯性力共同作用的结果。
σv＝ H σH＝μ/（1-μ）· H
λ = μ/（1-μ）为侧压力系数
构造应力场：地壳各处发生的一切构造变形与破裂都是 地应力作用的结果。
较复杂，对岩体稳定影响较大。最大主应力方向为垂直 于构造线方向；水平分量一般大于垂直分量。构造应力 一般为压应力。水平应力具有明显的各向异性,且具有很 强的方向性。
岩体的范围：取决于工程的形状、位置、工程类型、工程规 模等。
岩体与岩石的区别：岩石和岩体过去统称岩石。岩体是 地壳的一部分，有结构体及结构面组成，即由各种岩石 块体组合而成的岩石结构物。
隧道工程
一、公路隧道围岩的分级1、一级围岩：坚硬岩，岩体完整，巨整体状或巨厚层状结构。
围岩基本质量指标大于550兆帕。
2、二级围岩：坚硬岩，岩体完整，块状或厚层状结构；较坚硬岩，岩体完整，块状整体结构。
围岩基本质量指标在550至451兆帕之间。
3、三级围岩：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石。
岩体较完整，快状体或中厚层结构。
围岩基本质量指标在450至351兆帕之间。
4、四级围岩：坚硬岩，岩体较破碎。
碎裂结构，较坚硬岩、岩体较破碎，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。
土体，压密或成岩作用的黏土及砂性土；黄土。
一般钙质、铁质胶结的碎石土、卵石土、大块石土。
围岩基本质量指标在350至251兆帕之间。
5、五级围岩：较软岩，岩体破碎；软岩，岩体较破碎至破碎；及破碎各类岩体，碎裂状，松散结构。
一般第四系的半干硬至重塑的黏土及稍湿至潮湿的碎石土，卵石土、网砾、角砾及黄土。
非黏土呈松散结构，黏土及黄土呈松软结构。
围岩基本质量指标小于等于250。
6、六级围岩：软塑状黏土及潮湿、饱和粉细砂层、软土等。
其中一级围岩为最好结构，六级围岩为最差结构。
二、围岩的初步判定1、隧道围岩的分级的综合评定方法宜采用两步分级，并按以下顺序进行：围岩分级分为初步分级和和详细分级。
其中初步分级为：定性（坚硬、完整）+定量。
详细分级为考虑修整因素的影响，修整定量。
修正因素为：有无地下水、软弱结构面，且有一组起控制作用。
是否存在高的初应力。
三、隧道的构成1、隧道主要由主体构造物和附属构造物构成。
其中主体构造物有分为：洞门和洞身衬砌。
附属构造物分为：通风、照明、安全措施、供配电、应急系统等。
2、不同的分类形式分为不同的种类：（1）按地层分类，分为岩石隧道、土质隧道。
（2）按所处位置分为，山岭隧道、城市隧道、水底隧道。
（3）按埋深长度分为，浅埋隧道和深埋隧道。
（4）按长度分为，短、中、长、特长。
第2章 隧道工程地质环境-第四节围岩分级
即：
f 岩体 K f 岩石
式中 f 岩石 值是由岩石强度决定的，K 是考虑地质条件的折减 系数，一般情况下，K ＜1.0。
二、以岩体构造、岩性特征为代表的分级方法
60 年代，我国在积累大量铁路隧道修建经验的基础上， 提出了以岩体综合物性指标为基础的“岩体综合分级法”， 并于1975年经修正后被我国“铁路工程技术规范(隧道)”所采 用。该分级法将隧道围岩分为6级 。 这类方法的优点是正确地考虑了地质构造特征、风化状 况、地下水情况等多种因素对隧道围岩稳定性的影响，并建 议了各类围岩应采用的支护类型和施工方法。此外，这种分
围岩 级别 Ⅰ 岩体特征 土体特征 围岩弹性纵波 速度(km/s) ＞4.5
极硬岩，岩体完整
-
Ⅱ
极硬岩，岩体较完整； 硬岩，岩体完整
极硬岩，岩体较破碎； 硬岩或软硬岩互层，岩体较完整； 较软岩，岩体完整
-
3.5～4.5
Ⅲ
-
2.5～4.0
Ⅳ
极硬岩，岩体破碎； 硬岩，岩体较破碎或破碎； 较软岩或软硬岩互层，且以软岩为主 ，岩体较完整或较破碎； 软岩，岩体完整或较完整
＞4.5
四、以多种因素进行组合的分级方法
这种分级法认为，评价一种岩体的好坏，既要考虑地 质构造、岩性、岩石强度，还要考虑施工因素，如掘进方 向与岩层之间的关系、开挖断面的大小等，因此就需要建 立在多种因素的分析基础之上。 在这类分级法中，比较完善的是 1974 年挪威地质学家 巴顿 (N.Barton) 等人所提出的“岩体质量 —Q”分级法。 Q 与六个表明岩体质量的地质参数有关，表达如下：
1.5～3.0
Ⅴ
1.0～2.0
Ⅵ
＜1.0(饱和状态 的土＜1.5)
公路隧道围岩分级
拱部无支护时可产中
小坍塌，则壁基本稳定，爆破振动过大易塌
软质岩石(Rb＝5以上~30MPu)，受地质构造影响严重，节理较发育；层状岩层为薄层、中层或厚层，层间结合一般
呈大块状砌体结构
III
硬质岩石(Rb (＞30MPa)，受地质构造影响很严重，节理很发育，层状软弱面(或夹层)巳基本被破坏
I
石质围岩位于挤压极强烈的断裂带内，呈角砾、砂、泥松软体
呈松软结构
围岩极易坍塌变形，有水时土砂常与水一齐涌出；浅埋时易坍至地
表
软塑状粘性土及潮湿的粉细砂等
粘性土呈易蠕动的松软结构砂性土呈潮湿松散结构
3．呈巨块状整体结构
II
石质图岩位于挤压强烈的断裂带内，裂隙杂乱，呈石夹土或土夹石状
呈角(砾)碎(石)状松散结构
围岩易坍塌，处理不当会出现大坍塌，侧壁经常小坍塌；浅埋时易出现地表下沉(陷)或坍至地表
一般第四系的半干硬～硬塑的粘性土及稍湿至潮湿的一般碎、卵石土、圆砾、角砾土及黄土(Q3 、Q4)
非钻性土呈松散结构，粘性土及黄土呈松软结构
结构特征和完整状态
V1
硬质岩石(饱和抗压极限强度Rb＞60MPa)，受地质构造影响轻微，节理不发育，无软弱面(或夹层)；层状岩层为厚层，层间结合良好
呈巨块状整体结构
围岩稳定、无坍塌，可能产少岩爆
V
硬质岩石(Rb＞30MPa)，受地质构造影响较重，节理较发育，有少量软弱面(或夹层)和贯通微张节理，但其产状及组合关系不致产生滑动，层状岩层为中层或厚层，层间结合一般，很少有分离现象，或为硬质岩石偶夹软质岩石
公路隧道围岩分级
公路隧道围岩分级将围岩分为六级，给出了各级围岩的主要工程地质特征、结构特征和完整性等指标并预测了隧道开挖后，可能出现的坍方、滑动、膨胀、挤出、岩爆、突然涌水及瓦斯突出等失稳的部位和地段，给出了相应的工程措施。
铁路隧道围岩分类
；薄层：小于0.1m；
2、风化作用对围岩分类的影响可从以下两方面考虑：结构完整状态方面：当风化作用使岩体结构松散、破碎、软硬不一时，应结合因风化作用造成的各种状况，综合考虑确定围岩的结构完整状态；岩石类别方面；当风化作用使岩石成分改变，强度降低时，应按风化后之强度确定岩石类别；
3、遇有地下水时，可按下列原则调整围岩类别：在Ⅵ类围岩或属于V类的硬质岩中，一般地下水对其稳定影响不大，可不考虑降低；在Ⅳ类围岩或属于V类的软质岩石，应根据地下水的类型、水量大小和危害程度调整围岩类别，当地下水影响围岩稳定产生局部坍塌或软化软弱面时，可酌情降低1级；Ⅲ类、Ⅱ类围岩已成碎石状松散结构，裂隙中并有黏性土充填物。
地下水对围岩稳定性影响较大，可根据地下水的类型、水量大小、渗流条件、动水和静水压力等情况，判断其对围岩的危害程度，适当降低1～2级；在Ⅰ类围岩中，分类已考虑了一般含水情况的影响，但在特殊含水地层(如处于饱水状态或具有较大承压水流时)需另作处理；
4、本表中“类别”和“围岩主要工程地质条件”栏，适用于单线、双线和多线隧道，但不适用于特殊地质条件的围岩(如膨胀性围岩、多年冻土等)。
铁路隧道围岩分类(按弹性波纵波速度划分) 表14.2-11。
隧道围岩等级划分标准
隧道围岩等级划分标准隧道围岩等级划分标准需要考虑多种因素，主要包括地质条件、钻探和勘探数据、构造划分、岩层厚度、地应力状态、岩石物理力学参数等。
下面是隧道围岩等级划分标准的具体介绍。
一、围岩等级划分标准依据勘探数据以及地质条件，一般将隧道围岩划分为优良、中等、较差、差等四种等级。
一般情况下，优良围岩是指坚硬的岩石、岩层连续、不易涌水，岩石物理力学参数优良且地应力状态相对均衡、稳定的围岩；中等围岩是指岩石较软或略有地层变形的围岩；较差围岩是指岩层变形较严重、围岩有较大的变形性和稳定性问题；差围岩则指存在重大地层变形，有较大的流水量和高的水压等问题的岩体。
二、围岩等级划分依据1. 地质条件地质条件是围岩等级划分的最重要依据。
隧道地质条件通常由以下几个方面来评估：地表形态、地质构造类型、岩石单元特征、岩体结构、岩层厚度、地下水位、围岩结构等。
2. 钻探和勘探数据钻探和勘探数据是围岩等级划分的重要参考。
一般情况下，岩芯分析能够对岩石的物理力学参数和地应力状态进行评估。
3. 构造划分隧道建设过程中，通常把构造特征也作为岩石工程判别的重要因素之一。
对于不同的围岩等级，区域构造的作用是不同的。
一般而言，优良围岩区的构造作用较小或较单一，较劣围岩区则往往是构造变形较多的地区。
4. 岩层厚度岩层厚度也是围岩等级判别的重要依据。
岩土工程中，层间断裂对整体稳定性影响较大，通常厚度较薄的围岩具有较好的稳定性和承载能力。
5. 地应力状态地应力状态是影响围岩稳定性的重要因素之一。
地应力状态成为围岩等级划分的重要因素之一，可以通过测量和分析而得出。
6. 岩石物理力学参数岩石物理力学参数也是划分围岩等级的参考指标。
塑性岩土或岩石在约束条件下表现的刚塑性行为，可以通过我们对岩石物理力学参数的评估来判断。
隧道建设过程中，隧道围岩等级的划分标准十分重要。
准确的划分可以识别不同的工程环节对隧道围岩的影响，有助于制定合理的隧道工程设计和建设方案，从而提高隧道工程的建设质量和运行安全性。
隧道围岩分级及围岩压力
隧道围岩分级及围岩压力隧道所穿过的地层是千变方化的，可能遇到各种工程性质不同的围岩。
隧道围岩分级是评价隧道围岩稳定性的重要参数，也是隧道支护方案设计和施工工艺确定的主要依据。
分级的正确与否直接影响着隧道施工和运营安全，因此，正确划分隧道围岩分级就显得尤为重要。
在围岩分级确定的情况下，如何确定支护结构上的作用力（即围岩压力）就成为正确、合理设计隧道结构的关键。
4.1 围岩岩性与初始应力4.1.1 围岩岩性隧道工程围岩是指地壳中受开挖活动影响的那一部分岩土体。
这个范围在横断面上约为6～10倍的洞径。
围岩的工程性质，一般包括三个方面：物理性质、水理性质和力学性质。
而对围岩稳定性最有影响的是力学性质，即围岩抵抗变形和破坏的性能。
围岩既可以是岩体，也可以是土体。
本书仅涉及岩体的力学性质。
岩体是在漫长的地质历史中形成的地质体，被许许多多不同方向、不同规模的断层面、层理面、节理面和裂隙面等各种地质界面切割为大小不等、形状各异的各种块体。
这些地质界面称为结构面或不连续面，这些块体称为结构体，岩体可以看作由结构面和结构体组合而成的具有结构特征的地质体。
所以，岩体的力学性质主要取决于岩体的结构特征、结构体岩石的特性及结构面的特性。
环境因素，尤其地下水和地应力对岩体的力学性质影响也很大。
在软弱围岩中，节理和裂隙比较发育，岩体被切割破碎，结构面对岩体的变形和破坏都不起主导作用，所以岩体的特性与结构体岩石的特性并无本质区别。
在完整而连续的岩体中亦是如此。
反之，在坚硬的块状岩体中，由于受软弱结构面切割，块体之间的联系减弱，此时，岩体的力学性质主要受结构面的性质及其在空间的组合所控制。
由此可见，岩体的力学性质必然是诸因素综合作用的结果。
岩体与岩石相比，两者有着很大的区别：与工程总体尺度相比，岩石几乎可以被认为是均质、连续和各向同性的介质；而岩体则具有明显的非均质性、不连续性和各向异性。
岩体抗拉变形能力差，因此，岩体受拉后很容易沿结构面发生断裂。
第二章隧道地质环境及围岩分级
• 二）影响初始应力场的因素
• 1. 重力、地质构造、地形、岩体的物理力 学性质以及地温等经常性的因素；
• 2. 新构造运动、地下水活动、人类长期活 动等暂时性的或局部性的因素。
•
• 1996年，我国铁道部隧道工程局首次引进 TSP202应用于深圳中东部供水水源隧道、梅坎铁 路松南隧道、内昆线闸上隧道、朱嘎隧道等。近 年来，TSP技术也越来越多得到中国的工程技术人 员广泛认同，并成功地应用于秦岭铁路隧道、株 六铁路复线、渝怀铁路部分隧道工程、青海公伯 峡水电站导流洞、云南元墨高速公路及山西雁门 关公路隧道等几十个工程中。在工程实践中也发 挥了重要作用。
• 3、环境调查 • 通过对施工场地、生态环境的调查，评价隧道修
建和营运交通对周边环境的影响程度，提出必要的 环境保护措施。 • 4、气象调查 • 气象调查一般有下列内容：降雨、降雪、气温地 温、风向风速、雾、雪崩、洪水等。
•
• 5、围岩级别的确定
判断围岩级别是决策隧道设计、施工中 各种问题的基础。围岩级别的判定是按设 计和施工两个阶段进行。施工阶段可根据 已暴露的围岩条件判定围岩级别，是对设 计阶段的预判断进行修正，是客观、可靠、 可信的判断。
度相对较低的地质界面（或带），按成因分为原 生结构面，构造结构面和次生结构面；
• 2、岩体具有各向异性 • 岩体中由于岩石的结构、构造具有方向性，使
岩体的强度、变形，甚至渗透等性质在不同方向 上显示出差异称为各向异性；
• 3、岩体具有可变性 • 较完整的岩体比较坚固，但受到地壳地质运动
的影响，岩体必然会在地质作用下不断变化，对 工程而言，在隧道的使用年限内风化作用和地下 水作用引起岩体完整性、强度等性质的变化是研 究重点。
隧道围岩分级方法—铁路隧道围岩分级方法(隧道施工课件)
饱水系数是吸水率与饱水率的百分比。
1、隧道围岩的概念及其性质
❖ （2）隧道围岩的工程性质
其它物理指标（膨胀性、抗渗性、软化性、抗冻性等） 膨胀性是岩石浸水后体积增大的性质，用膨胀率和膨 胀力衡量。
渗透性是在水压力作用下，岩石孔隙和裂隙透过水的 能力，用渗透系数衡量。
(A) 铁路隧道围岩分级沿革 ●岩体综合分类～60年代，成昆线，五类。 ●隧道围岩分类～74年版，首部铁路隧道规范，六类。 ●隧道围岩分类～86年版，加入围岩弹性波速指标。 ●隧道围岩分级～99年版，采用国标分级排序，改称“围
岩分级”，六级。 ●隧道围岩分级～2001年版，不变。 ●隧道围岩分级～2005年版，不变。
❖ （1）围岩压力的形成及类型
原岩
开挖
毛洞
支护 稳定洞室
初始地应力
自重应力 构造应力 地下水压力 温度应力
围岩压力
松动压力 形变压力 膨胀压力 冲击压力
4、隧道围岩压力的确定
❖ （2）围压压力的理论计算方法
(A) 普氏压力拱理论 (B) 太沙基理论
4、隧道围岩压力的确定
❖ （2）围压压力的理论计算方法
岩体结构特征 结构面性质和空间组合特征 岩石的力学性质 初始地应力场 地下水
隧道形状和尺寸
人为因素
隧道埋深
（设计施工因素） 支护类型和时间 施工方法
2、影响隧道围岩稳定性的因素
❖ （2）影响因素详解
1) 岩体结构特征
岩体结构特征是指岩体的破碎程度或完整状态。 ●破碎程度：裂隙率、裂隙间距。
裂隙是广义的：包括层理、节理、断裂及夹层等结构面。 ●完整状态：整块状、大块状等。
隧道工程总结
第一章绪论1.隧道的概念：狭义定义：用以保持地下空间作为交通孔道的工程建筑物。
广义定义：以某种用途，在地面下用任何方法按规定形状和尺寸修筑的断面积大于2㎡的洞室。
2.隧道的分类：第二章隧道工程地质环境及围岩分类1.岩体的基本工程性质特点：（1）岩体处于一定的天然应力作用之下；（2）岩体的物理力学性质的不均匀性；（3）岩体是由结构面分割的多裂隙体；（4）岩体具有各向异性；（5）岩体具有可变性。
2.RQD方法：以岩石质量为指标的分级方法——RQD方法3.我国铁路隧道围岩分级方法（2018书）采用以围岩稳定性为基础的分级方法，由岩石坚硬和岩体完整度两个因素确定，然后给出各类围岩的主要工程地质性质，结构特征和完整性以及围岩弹性纵波等要素分为6级，然后基于地下水影响，围岩初始地应力，风化状态等进行修正。
第三章隧道线路及断面设计1.越岭线隧道位置的选择的依据：选择垭口和确定隧道高程两大因素为依据2.地质条件对隧道位置的影响：3.选择隧道洞口位置时的原则：(1)洞口不宜设在垭口沟谷的中心或沟底低洼处，不要与水争路。
(2)洞口应避开不良地质地段(3)当隧道线路通过岩壁陡立，基岩裸露处时，最好不刷动或少刷动原生地表(4)洞口地形平缓时，一般也应早进洞晚出洞。
这时洞口位置选择余地较大，应结合洞外路堑、填方、弃渣场地、工期等具体确定。
需要时可接长明洞，以确保施工和运营安全。
(5)洞口线路宜与等高线正交(6)隧道洞口标高应高出洪水位加波浪高度，以防洪水灌入隧道。
(7)边坡、仰坡不宜开挖过高，以保证洞口安全。
避免“经济洞口”选择，应根据开挖控制高度及坡度决定洞口位置。
(8)当洞口附近遇有水沟或水渠横跨线路时，可设置拉槽开沟的桥梁或涵洞，排泄水流。
(9)长大隧道在洞口附近应考虑施工场地、弃渣场以及便道等的位置。
4.坡道形式：单面坡：紧坡地段隧道、水少隧道、单口掘进的隧道人字坡：长大隧道、越岭隧道、地下水丰富的隧道5.坡度大小：6.直线隧道净空：机车车辆限界< 基本建筑限界<隧道建筑限界7.加宽原因：(1)车辆通过曲线时，转向架中心点沿线路运行，而车辆本身却不能随线路弯曲仍保持其矩形形状。
隧道工程地质
温度作用引起的岩石崩解过程示意
根 劈 作 用
（2）外力地质作用
山体表面岩石的崩解碎裂
（2）外力地质作用
②.剥蚀作用
将风化产物从岩石上 剥离下来，同时也对未 风化的岩石进行破坏， 这种作用称为剥蚀作用。
人类的工程地质活动与地质环境两者之间有密切的关 系，并且是相互影响，相互制约的。
工程活动的地质环境，亦称为工程地质条件，一 般认为它应包括：土和岩石的工程性质、地质构造、 地形地貌、水文地质、地质作用、自然地质现象和天 然建筑材料等。
二、地壳与岩石
地壳是地球的表层，是地质学、工程地质学的主 要研究对象。
成它的各种矿物化学成分和物理性质较为稳定， 它们之间的联结是牢固的，因此岩浆岩通常具有 较高的力学强度，可作为各种建筑物良好的地基 及天然建筑石料。
但各类岩石的工程性质差异很大，如深成岩具 晶粒粗大、均匀，孔隙率小、裂隙较不发育，岩 块大、整体稳定性好的特点。但这类岩石往往具 抗风化能力较差，特别是含铁镁质较多的基性岩， 则更易风化破碎。
2.1岩浆岩
岩浆岩代表性岩石
喷出岩
酸性岩
流纹岩
浅成岩 花岗斑岩
深成岩
花岗岩
主要矿物成 分(10%以上)
石英 正长石 斜长石
中性岩
粗面岩 安山岩
正长斑岩 闪长玢岩
正长岩 闪长岩
正长石 角闪石 斜长石
基性岩 超基性岩
玄武岩
少见
辉绿岩
辉长岩
辉石 斜长石
少见
橄榄岩 辉岩
橄榄石 辉石
2.1岩浆岩
花岗岩，常肉红色、灰白色 闪长岩，灰或灰绿色
公路隧道围岩分级与隧道施工地质
隧道地质•1. 概述•隧道是修建于岩土体中的地下工程。
隧道工程的设计和施工必须以工程岩体（围岩）的工程地质、水文地质条件为主要依据。
合理、科学的设计和施工方案应该与工程场区的岩土体地质条件相匹配，对场区的地质条件的认识是否清楚和掌握，是隧道工程建设成败的关键之一。
•2. 岩类•2.1 沉积岩•沉积岩是母岩（沉积岩、火成岩和变质岩）风化作用、生物作用、剥蚀作用（破岩作用）和某种火山作用产物经风、水的搬运（搬运作用）后由于搬运营力的减弱在一定环境条件下经过沉积、固结成岩作用形成的岩石。
•一般来说，未经构造变动的沉积岩岩层基本为水平岩层或倾角较缓，层理构造是沉积岩的基本构造特征，主要为水平层理、沙纹状理面、交错层理面结构，波痕、干裂、缝合线、叠层和鲕状构造，主要结构面为层面。
•沉积岩有碎屑岩（砂岩、泥（页）岩、砾岩等）和碳酸盐岩（灰岩、白云岩等）是分布较广的两类沉积岩•2.2 火成岩•火成岩分侵入岩和喷出岩（火山岩）。
前者是地球深部高温高压岩浆或熔岩流沿地壳内薄弱地带、构造通道等向地壳深、浅部侵入形成，多呈岩脉、岩墙、岩床、岩盖(岩盘)、岩盆、岩脊、岩基状，由于侵入岩是高温高压岩浆冷凝而成，因此未经构造变动的侵入岩往往具有原生冷凝收缩节理(横节理、纵节理和水平节理)，主要原生节理走向往往平行岩体的长轴方向，此外在侵入岩边界外存在一定范围的原岩变质，变质程度自边界往外由强变弱。
侵入岩按性质可分酸性、中性、基性和超基性等侵入岩。
喷出岩是由地球深部高温高压岩浆或熔岩流沿火山口通道喷溢出地面冷凝形成，多呈岩被、岩锥、火山口和火山通到。
流动构造和原生节理是火成岩特有的构造特征。
•2.3 变质岩•母岩在特定地质和物理化学条件下经过转变再造作用(变质作用)形成的具有新的矿物组合和结构构造的岩石。
在变质岩中，绢云母、绿泥石、蛇纹石和滑石等变质矿物是变质岩矿物成分的基本特征，变余、变晶、交代和碎裂结构是变质岩特有的结构，变质岩构造主要以变余构造和变成构造为主。
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2.1.4、用围岩为主的观点来制定施工程序和 支护结构设计
长期以来，人们对隧道工程地质环境的认 识主要依赖于工程经验，没有很好地考虑到 围岩的合二为一的作用机理。科学的研究方 法应该是从围岩变形的根本作用力——围岩 原始地应力出发，结合围岩的工程性质、施 工对地层原始状态破坏和干扰的程度等进行 综合研究，并根据围岩与支护结构共同作用 的原理，用围岩为主的观点来制定施工程序 和支护结构设计。
2.2.1.3 详细勘察
（1）详勘的目的：是根据已批准的初步设计 文件中所确定的修建原则、设计方案、技术指标 等设计资料，通过详细工程地质勘察，为线位布 设和编制施工图设计提供完整的工程地质资料。
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（2）详勘的任务：是在初勘的基础上，进行 补充校对，进一步查明沿线的工程地质条件，以 及重点工程与不良地质区段的工程地质特征，并 取得必需的工程地质的数据，为确定隧道位置的 施工图设计提供详细的工程地质资料。
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2.2.1.1 可行性研究勘察
公路可行性研究按其工作深度，分为 （1）预可行性研究 （2）工程可行性研究
可行性研究中的勘察主要侧重于是收集与 研究已有的文献资料；而在工程可行性研究中， 需在分析已有资料的基础上，通过踏勘，对各个 可能方案作实地调查，并对不良地质地段等重要 工点进行必要的勘探，大致查明地质情况。
2.2.2.1收集研究即有资料 隧道工程地质勘察各阶段的准备工作，是根
据勘测任务的要求，配备必要的专业人员，收集 及研究有关资料，了解现场情况，并做好勘察仪 器等的准备。其中，收集和研究隧道所处地区的 既有的有关资料，不仅是外业工作之前准备工作 的重要内容，也是隧道勘察的一个主要方法。19
收集的资料一般应包括以下几个方面的内容：
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2.1.3、研究地下工程地质环境问题，归根到底 是研究地下工程围岩稳定性。
它包括：
1、围岩破坏或稳定的规律；
2、影响围岩稳定的主要因素；
3、标志围岩稳定性的指标和判断准则；
4、分析围岩稳定性的方法；
5、以及为围岩稳定而必须采取的工程措施（施
工程序和方法、支护结构的类型、支护结构的
布置、架设时间ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ）。
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3、地层被挖成地下工程后的稳定程度称为 地下工程围岩的稳定性，这是一个反映地质 环境的综合指标，研究地下工程地质环境问 题，归根到底就是研究围岩的稳定性。
4、在某种程度上，在地下工程建设中，最 重要的不是衬砌结构，而是地下工程围岩的 稳定性。
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2.1.2、了解地下工程地质环境是进行地下 工程结构体系设计的基础。 地下工程地质环境是个复杂的概念： 1、地层特征； 2、地下水状况； 3、原始地应力； 4、地温； 5、含煤地层（瓦斯）；
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2.2 隧道地质工程的勘测
隧道勘察的目的，是在于查明隧道所 处位置的工程地质条件和水文地质条件以 及隧道施工和运营对环境保护的影响。为 规划、设计、施工提供所需的勘察资料， 并对存在的岩土工程问题、环境问题进行 分析评价提出合理的设计方案和施工措施， 从而使隧道工程经济合理和安全可靠。
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2.2.1 隧道勘察的几个阶段 隧道勘察阶段的划分应与公路设计阶段 相适应，一般分为 （1）可行性研究勘察 （2）初步勘察 （3）详细勘察
第2章 隧道的地质环境
1
2
3
4
概述
5
6
2.1 隧道工程的特点
2.1.1、目前对地下工程结构体系的认识
⑴、在地下结构体系中，地层既是承载结构 的基本组成部分，又是造成荷载的主要来源 ，这种合二为一的作用机理与地面结构是完 全不同的。
⑵、地下工程地质环境：地层特征、地下水 状况、原始地应力、地热、地温等。
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2 .2.1.2初步勘察
初勘是在批准的工程可行性研究报告推荐 建设方案的基础上，在初步选定的路线内进行 勘察，其任务是满足初步设计对资料要求。
根据工程地质条件，优选路线方案，在路 线基本走向范围内，对可能作为隧道线位的区 间进行初勘，重点勘察不良地质地段，以明 确隧道能否通过或如何通过。提供编制初步 设计所需全部工程地质资料。
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初勘工作步骤：可按收集资料、工程地质选定隧道
线位、工程地质调绘、勘探、试验、资料整理等顺序进
行。
（1）收集资料：初勘也应收集已有资料，包括可行
性研究报告，取得隧道所在位置的初步总平面布置地形
图及有关工程性质，规模的文件。
（2）工程地质选定隧道线位：初勘工作的任务是选
择经济合理、技术可行的最优隧道位置方案。当测区内
的工程地质条件比较复杂，如区域地质的稳定条件差，
有不良地质现象，尤其应注意工程地质选线工作。首先
应从工程地质观点来选定隧道线位的概略位置，然后充
分研究并掌握沿线的工程地质条件，尽可能提出有比较
价值的方案进行比较，将隧道选定在地质情况比较好的
区间内，以避免在详测时因工程地质问题发生大的方案
变动。
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（3）初勘资料整理：工程地质勘察的原始资 料，包括调查、测绘、勘探、试验等资料，并按 有关规定填写，并进行复核与检查。提交的资料 包括图件、文字等资料，要求清晰正确，并符合 有关规定和设计文件编制办法的规定。
（3）详勘工作步骤：可按准备工作、沿线工 程地质调绘勘探、试验、资料整理等顺序进行。 由于详勘工作需在初勘的基础上进一步查明隧道 中线两侧的工程地质条件和不良地质区段的主要 工程地质问题，因此详勘工作更为详细|深入。 最后提交的资料深度应满足施工图设计的需要。
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2.2 .2 隧道勘察的主要方法
隧道勘察的方法，主要有收集与研究既有 资料，调查与测绘、勘探，试验与长期观测等 几种。随着科学技术的进步，越来越多的新技 术在隧道勘察工作中得到发展和应用。
（1）地域地质资料，如地层、地质构造、岩性、土质等； （2）地形、地貌资料，如区域地貌类型及主要特征，不同地 貌单元与不同地貌部位的工程地质评价等； （3）区域水文地质资料，如地下水的类型、分带及分布情况， 埋藏深度、变化规律等； （4）各种特殊地质地段及不良地质现象的分布情况，发育程 度与活动特点等； （5）地震资料，如沿线及其附近地区的历史地质情况，地震 烈度、地震破坏情况及其与地貌、岩性、地质构造的关系等； （6）气象资料：如气温、降水、蒸发、温度、积雪、冻积深 度及风速、风向等； （7）其它有关资料，如气候、水文、植被、土壤等； （8）工程经验、区内已有公路、铁路等其它土建工程的工程 地质问题及其防治措施等。