隧道工程第2章2

捶击声清脆,有回弹,震手,难击碎; 浸水后大多无吸水反应
捶击声较清脆,有轻微回弹,稍震手, 较难击碎;浸水后有轻微吸水反应
1.弱风化的坚硬岩; 2.未风化~微风化的熔结凝灰岩,大 理岩,板岩,白云岩,石灰岩,钙质胶结 的砂页岩等
1.强风化的坚硬岩; 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 1.强风化的坚硬岩; 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
一般第四系坚硬、硬塑粘性土， 稍密及以上、稍湿、潮湿的碎 （卵）石土、粗圆砾土、细圆砾 土、粗角砾土、细角砾土、粉土 及黄土（Q3、Q4）
软塑状粘性土、饱和的粉土、砂 类土等
1.0~2.0
Ⅵ
受构造影响很严重呈碎石、角砾及粉 末、泥土状的断层带
＜1.0（饱和状态的 土＜1.5）
根据地下水状态对围岩级别进行修正：
碎石角砾状 结构 散体状结构
0.55≥ Kv ＞0.35
破碎
0.35≥ Kv ＞0.15
极破碎
Kv ≤0.15
围岩基本分级
级 别
I Ⅱ Ⅲ
岩体特征
极硬岩，岩体完整 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 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
第二章 隧道工程地质环境及围岩分级
一、
隧道工程地质调查与勘探
二、施工地质超前预报
三、围岩分级
第一节 隧道工程地质调查与勘探
一、工程地质调查测绘 1.铁路工程地质技术规范的总要求 （1）查明隧道通过地段的地形、地貌、地层、岩 性、构造。
（2）查明隧道是否通过煤层、膨胀性地层及有害矿 体等。 （3）查明不良地质、特殊地质对隧道通过的影响， 特别是对洞口位置及边坡、仰坡的影响，提出工程 措施意见
1.施工过程中： 长距离预报采用地震反射波法 中短距离预报采用地质雷达 进一步验证采用超前钻孔、超前导坑法 掌子面地质综合信息预报 2.地表勘察： 高密度电阻率法 浅层地震勘探方法
（1）高密度电阻率法
高密度电阻率法在隧道塌方区调查中应用
（2）浅层地震反射波法勘探 该项目为丹东－拉萨高速公路本溪段高速公路 勘察项目，主要目的是进行公路隧道的选线以及查 明地质构造情况。
两点说明： 设计阶段：采用修正后的围岩分级。
施工阶段：根据实际情况，进一步判定围岩分级，
岩石坚硬程度
围岩完整状态
地下水
初始地应力
一、公路隧道围岩分级标准
首先，按照岩体基本质量指标BQ进行初步分级；然后，结合工程情况，计算岩 体基本质量指标修正值[BQ]确定具体工程的岩体级别。其中岩体基本质量指标BQ为:
合工程实际的围岩分级，对于隧道设计计算及支护设计的准
确性有很重要的意义。
铁路隧道围岩分级方法
目前铁路隧道围岩分级采用以围岩稳定性 为基础的分级方法。 围岩基本分级由岩石坚硬程度和岩体完整 程度两个因素确定。采用定性和定量指标两 种方法确定。
(1)岩石坚硬程度 根据单轴饱和极限抗压强度 R c 分为5 级，即极硬岩、硬 质岩、较软岩、软岩、极软岩。
TSP技术野外工作方法
超前预报爆破孔布置
检波器放置图
TSP超前预报现场
超前预报主要仪器连接图
起爆器 检波器
双角线
接收器
炸药
仪器连接示意图
仪器连接图
TSP技术在磨子潭隧道左线中的应用
掌子面 ZK55+485
预报结果： ZK55＋553处存在构造破碎带
(2)地质雷达法
(3)红外探水法
隧道地质超前预报运用选择
岩石坚硬程度的划分
岩石类别
单轴饱和抗 压强度RC/MPa
RC＞60
代表性岩石
硬 极硬岩 质 岩 硬岩
未风化或微风化的花岗岩、片麻岩、闪长岩、石英岩、 硅质灰岩、钙质胶结的砂岩或砾岩等
30＜RC≤60
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
（4）查明隧道附近井、泉的分布情况，分析隧道地 区的水温地质条件，判明地下水的类型、水质及补 给来源，预测地下水的侵蚀性和洞身分段涌水量。 （5）对于深埋隧道，应作隧 道地温升温预测。对岩层坚 硬、致密、性脆、构造应力 集中的地段，应考虑发生岩 爆的可能性。
（6）综合分析岩性、构造、地下水等有关地质测绘、 勘探、测试结果，分段确定隧道围岩级别。 （7）在隧道洞口需要接明洞的地段，应查明明洞基 底的工程地质条件。
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 岩体有剥离，位移极为显著，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，新生裂纹较多，成洞性较差 4-7 2.软质岩：岩芯时有饼化现象，开挖过程中洞壁 岩体位移极显著，持续时间长，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（MPa） <4
RC≤5
全风化的各类岩石和成岩作用差的岩石
岩体完整程度划分 完整程 度 完整 较完整 结构面特征 结构面1~2组，以构造型节理或层 面为主，密闭型 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 结构类型 巨块状整体 结构 块状结构 岩体完整性指数 （Kv） Kv＞0.75 0.75≥ Kv ＞0.55
Kv与定性划分的岩体完整程度的对应关系
Kv 完整程度 >0.75 完整 0.75~0.55 较完整 0.55~0.35 较破碎 0.35~0.15 破碎 <0.15 极破碎
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
结构面大于3组，多以附近受构造 作用影响大，裂隙宽度以张开型为 主，多有充填物 结构面杂乱无序，在断层附近断层 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
层状结构， 块石、碎石 状结构
第二节 施工地质超前预报
一、地质超前预报的内容
1.地区地质分析与宏观地质预报 2.不良地质及灾害地质超前预报 3.重大施工地质灾害临警预报
二、地质超前预报的方法
1.地质分析法 2.超前平行导坑预报法 3.超前水平钻孔法 4.物理探测法
利用物体物性差异进行地质判断的间接方法。主要 有以下几种方法：
高应力
初始地应力影响的修正
围岩基本分级 修正级别 初始地应力状态 极高应力 高应力 Ⅰ Ⅰ Ⅱ Ⅱ Ⅲ或Ⅳ① Ⅲ Ⅴ Ⅳ或Ⅴ
②
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
Ⅵ Ⅵ
注：①围岩岩体为较破碎的极硬岩、较完整的硬岩时定位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。
强风化的极硬岩；弱风化的硬岩；未风化或微风化的 云母片岩、千枚岩、砂质泥岩、钙泥质胶结的粉砂岩 和砾岩、泥灰岩、泥岩、凝灰岩等 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
软 较软岩 质 岩 软岩
15＜RC≤30
5＜RC≤15
极软岩
（1） TSP地震反射波法
TSP技术激发孔及接收孔布置示意图
掌子面
炮 点
接收点
X
T
TSP技术工作原理
布孔图说明： 1 在掌子面后方，距掌子面5m处开始布设爆破孔24个，直径40mm，孔间距1.5m， 距离硐底板1m，见图1；孔深1.5m，倾斜5°，见图2 。 2 在距离第24个爆破孔15m处布设一个检波器孔，孔径50mm，距离硐底板1m，见图 1；孔深2m， 倾斜5°，见图3。 3 若为单硐，将孔布设在埋深较大、距离临空面较远的硐壁上；若为双硐，布孔 硐壁选择在受邻近硐影响较小的一侧，即布设在两相邻隧硐外侧硐壁上。 4 孔壁光滑平整，孔内无掉渣掉块，保证能顺利将炸药放入孔底。
第二章 思考题
1、隧道工程地质调查与勘测的内容有哪些？ 2、初步勘察和详细勘察有何异同？ 3、施工地质超前预报的方法有哪些？
什么是围岩？ 围岩分级的目的
隧道围岩分级是正确进行隧道设计与施工的基础。围岩
分级直接影响隧道围岩压力的计算、施工开挖方法、支撑与 衬砌设计，特殊隧道（小净距隧道）的界定等。正确的、符
较软岩
捶击声不清脆,无回弹,较易击碎; 浸水后指甲可刻出印痕
软 质 岩
软 岩
捶击声亚,无回弹,有凹痕,易击碎; 浸水后可掰开 捶击声哑,无回弹,有凹痕,手可捏 碎;浸水后可捏成团
极软岩
1.全风化的各种岩石; 2.各种半成岩;
Rc与岩石坚硬程度定性划分的关系 .>60 60~30 30~15 15~5 <5
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－地应力状态影响修正系数。
岩石坚硬程度的定性划分
名称 定性鉴定 代表性岩石 未风化~微风化的花岗岩,正长岩,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,硅质石英岩等
体状或巨厚层结构 块状厚厚层状结构 块状结构 裂隙块状或中厚层结构
较破碎
>3 0.4~0.2
中,薄层状结构
镶嵌块状或中厚层结构 中,薄层状结构 裂隙块状结构
一般 0.4~0.2 差 各种类型结构面 <0.2 一般或差 很差
破碎
>3
碎裂状结构 散体状结构
极破碎
无序
Jv与Kv对照表
Jv(条/m3) Kv <3 >0.75 3~10 0.75~0.55 10~20 0.55~0.35 20~35 0.35~0.15 >35 <0.15

地下水状态的分级表
级别 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 状态 干燥或湿润 偶有渗水 经常渗水 渗水量[L/(min· 10m)] <10 10~25 25~125

地下水影响的修正
围岩基本分类 地下水状态分级
Ⅰ Ⅰ Ⅰ Ⅱ
Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅲ
Ⅲ Ⅲ Ⅳ Ⅳ
Ⅳ Ⅳ Ⅴ Ⅴ
Ⅴ Ⅴ Ⅵ Ⅵ
Ⅵ — — —
Ⅰ Ⅱ Ⅲ
◆初始地应力
初始地 应力状 态 主 要 现 象 评估基准 （Rc/σmax）
土体特征
— — —
围岩弹性纵波速 度（km/s）
＞4.5 3.5~4.5 2.5~4.0
Ⅳ
具压密或成岩作用的粘性土、粉 土及砂类土，一般钙质、铁质胶 结的粗角砾土、粗圆砾土、碎石 土、卵石土、大块石土、黄土 （Q1、Q2）
1.5~3.0
Ⅴ
软岩，岩体破碎至极破碎； 全部软岩及全部极破碎岩（包括受构 造影响严重的破碎带）
（4）应取代表性样品进行试验。
（5）对有害矿体和气体，应取样做定性、定量分析。
三、隧道勘察的几个阶段
初步勘察
(1)目的任务：选定隧道位置 (2)基本内容：查明控制隧道方案的工程地质问 题，如地形、地质、岩性、不良地质等
详细勘察
(1)目的任务：对选定的隧道提供详细的工程地质水文 地质等信息。 (2)基本内容：查明为施工图设计服务的地质问题
（8）查明横洞、平 行导坑、斜井、竖 井等的工程地质条 件。
2.地形地貌调查
3.地层、岩性调查
4.地质构造调查
褶皱
断层
节理
5.水文地质调查 6.滑坡、落石、岩堆、泥石流和岩溶地质调查
7地温测定
二、勘探、测试工作要求
1、铁路工程地质技术规范，对勘探测试工作总的要求
（1）钻孔布置 （2）钻探深度应达到路肩设计高程以下2~3m，遇溶洞、暗河 及其他不良地质时，应适当加深。 （3 ）应做好地下水位记录和观测工作，并取样做水质分析， 判明对混凝土的侵蚀性。
Rc(MPa) 坚硬程度
坚硬岩
较坚硬岩
较软岩
软岩
极软岩
岩体完整程度的定性划分
名称 完整 较完整
结构面发育程度
组数 1~2 1~2 2~3 2~3 平均间距(m) >1.0 >1.0 1.0~0.4 1.0~0.4
主要结构面的结合 程度
好或一般 差 好或一般 差 好
主要结构面类 型
节理,裂隙,层面 节理,裂隙,层面
BQ 90 3RC 250 Kv
式中：RC－岩石单轴饱和抗压强度(MPa)； Kv－岩体完整性系数 当RC>90Kv＋30时，按RC＝90Kv＋30进行计算；当Kv>0.04RC+0.4时，按Kv＝ 0.04RC+0.4进行计算。 岩体基本质量指标修正值[BQ]为： 式中：
[ BQ] BQ 100( K1 K 2 K3 )