岩体的分类分级与隧道支护及其案例分析

岩体的分类分级与隧道支护及其案例分析

J09220210 09土木2班冯博

一、岩石开挖分级与围岩工程地质分类的依据

开挖分级：

开挖分级依据岩石类型、天然湿度下的平均容重、凿岩机钻孔（每米耗时）、坚固系数f，将岩石划分为Ⅴ～ⅩⅥ级。其中，对应的坚固系数f为 1.5～2，2～4，4～6，6～8，8～10，10～12，12～14，14～16，16～18，18～20，20～25，25 以上。这种划分方法主要考虑了岩石的强度和开挖的难易程度，开挖级别越高，强度越大、开挖难度越大，相应的开挖成本也越高。这实际上是一种工程技术经济分类。

2.2 围岩工程地质分类

围岩工程地质分类是从评价地下洞室围岩稳定性的角度出发，为选择地下工程临时和永久支护方案服务的，是地下洞室稳定性研究的基础。其分类思路是对岩体的质量进行评价，考虑的因素主要是岩体的坚固性、完整性和含水性3 个方面。国内外有关分类方案不下数十种，目前尚未统一，比较流行的有Q系统和RMR分类法。“六五”期间，原水电部将“水电地下工程围岩分类”这个课题列入国家科技攻关内容进行了深入的专题研究，积累了宝贵的资料，并吸取国内外众多围岩分类方案的优点，形成了一套较为完善的围岩分类体系。该体系主要从控制工程岩体稳定性的岩石强度、岩体完整程度、结构面状态、地下水活动程度、主要结构面产状（由结构面走向、倾向和倾角三要素决定）五个方面分别对岩体进行定量评分，根据五项得分总和并考虑围岩强度应力比，将工程岩体划分为Ⅰ～Ⅴ类。后来，通过各方面的不断探索和完善，逐渐发展成为水利水电行业标准，并在GB 50287—99《水利水电工程地质勘察规范》附录P中列出。Ⅰ～Ⅴ类围岩特征见表1。

二、几种隧道围岩类别支护方法

1.浅埋Ⅰ类围岩

浅埋Ⅰ类围岩大部分是强风化花岗岩，由于围岩早起压力增长快，处理不当会出现大坍塌，尤其浅埋地段还会产生地表下沉等恶性事故。因此在一类围岩施工中采用“短进尺、弱爆破、强支护、勤观察”的原则。具体采取上下断面开挖，上半断面保留核心等方法。

隧道开挖后，及时架立格栅钢拱架，架立前先喷3cm厚混凝土，并埋设定位钢筋，当钢筋准确就位，且连接钢筋焊接后，立即喷射混凝土至设计厚度，形成受力钢筋混凝土结构，打到初期支护，控制围岩变形的目的。掘进支护方法见图1.

2.浅埋Ⅱ类围岩

采用正台上下导洞开挖，上下导洞以拱脚分界，掘进先打超前锚杆，锚杆长4m，直径20粘结型早强砂浆锚杆。

首先掘进拱部，掘进立即架设格栅钢拱架，打系统锚杆，挂钢筋网，喷射混凝土，掘进尺度控制不超过1m,进行初期支护。进行下导洞掘进，及时架立钢格栅拱架，埋设定位钢筋，就位后连接并焊接钢筋，喷射混凝土，进行初期支护，掘进支护方法见图2.

深埋Ⅲ类围岩

采用正台阶上下导洞开挖，首先掘进上导洞，掘进后立即打系锚杆，挂钢筋网，喷射混凝土，进行初期支护，掘进尺度控制不超过1.2m.

进行下导洞掘进，架立钢格栅拱架，埋设、连接、焊接定位钢筋，喷射混凝土，进行初期支护。支护方法见图3.

3.Ⅳ、Ⅴ类围岩

类围岩洞段岩性主要为大理岩化灰岩极薄层炭质板岩砂质板岩夹极薄层炭质板岩中厚层砂质板岩夹极薄层炭质板岩极薄与薄层含炭质板岩夹少量砂板岩极薄层板岩夹砂岩等，岩体破碎裂隙切割严重，岩质软弱，泥岩易崩解，部分洞段有渗水岩体自稳时间较短，部分洞段开挖后掌子面普遍有掉块现象，支护不及时会引起坍塌类围岩洞段主要为极薄层含炭质板岩砂质板岩极薄层含炭质泥板岩极薄层炭质板岩薄层含炭质板岩，发育泥化夹层断层破碎带及其影

由于Ⅳ、Ⅴ类围岩比较稳定，围岩自身承载能力较大，所以在Ⅳ、Ⅴ类围岩掘进中采用全断面开挖，采取光面爆破和预裂爆破相结合的综合爆破方法。Ⅳ类面围岩采用2.5m长，22砂浆锚杆，喷射混

凝土，进行初期支护。

Ⅴ类围岩洞段开挖支护为顶拱240°范围喷 C20混凝土，厚0. 10 m，局部挂筋网 6. 5 mm@ 20cm × 20 cm，锚杆 25 mm L = 6. 0 m，排距 2 m，环间距24°，梅花形布置，入岩深度 5. 5 m，外露0. 50 m，对于岩体破碎裂隙切割严重洞段设置钢支撑。

Ⅴ类围岩洞段开挖支护为全断面范围喷C20混凝土，厚0. 2 m，挂钢筋网6. 5 mm@ 20 cm ×

20 cm，锚杆25 mm L = 6 m，排距1. 25 m，环间距14°，梅花形布置，外露0. 50 m 顶拱270°范围布置钢支撑I18，间距0. 7 m，每榀设置 4 根锁脚锚杆，规格为25 mm 砂浆锚杆，L = 6. 0 m 对部分不良地质洞段，岩石较软弱，不能保证开挖期稳定性，需要进行超前支护，结合现场施工地质条件，确定C1 C2 型2 种超前支护措施，C1型: 顶拱120°范围布设25 mm砂浆锚杆，L =4. 5 m，环向间距0. 3 m，仰角5°～15°，搭接长度2. 0 m; C2型: 顶拱120°范围采用42 mm 超前注浆小导管，根据现场需要注入水泥－水玻璃双浆液，注浆压力0. 3 ～0. 8 MPa，小导管环向间距0. 3 m，长4. 5 m，仰角5°～15°，搭接长度2. 0 m。支护方法见图4.

三、案例分析

管道隧道级围岩试验段支护结构的稳定性分析

——以“西气东输”二线东江水下隧道为例

东江水下隧道是国家重点工程“西气东输”二线的控制性工程之一总长１７７４．８３ｍ采用斜巷３１０．２０ｍ＋平巷１０６１．２０ｍ＋斜巷４０３．４３ｍ的穿越形式隧道衬砌净断面为３．００ｍ×３．００ｍ隧道北岸洞口端斜巷０６８．００ｍ段隧道的埋深较浅，该段围岩级别为Ⅵ级设计施工图时把该段围岩作为试验段施工时根据现场的实时监测情况合理地调整支护参数。

试验方案

１．１试验段地质情况

试验段穿越的地层主要为第四系全新统坡残积褐黄色，黄灰色粉质黏土层，稍湿、湿、可塑、硬塑、无摇振反应，稍有光滑，干强度中等，韧性中等，层厚约１．５０ｍ和侏罗系中统漳平组上段砂岩（强风化、褐红、棕红色、岩心呈碎屑、碎块状，部分岩石矿物已土化，强度较低，手捏可碎，细粒结构，块状构造裂隙极发育，岩体破碎，岩层从地表往下渐变为灰白略带浅紫红色砂岩浅变质裂隙发育裂隙倾角为８４°左右裂隙内充填泥质局部有石英脉充填并见有错动现象，角砾被硅质重新胶结岩体完整性差岩石的质量指标为０３８％岩石质量极差差洞室自稳能力极差，极易出现剥落、塌方。

１．２

原设计初期支护方案原设计初期支护方案为５，初喷混凝土采用Ｃ２５素混凝土，厚度为０．１５ｍ，系统锚杆采用公称直径为２２ｍｍ，长２．５０ｍ的钢筋，其间距为１．００ｍ×１．００ｍ呈梅花形布置，挂公称直径为６ｍｍ的钢筋网，其间距为０．２０ｍ×０．２０ｍ钢架采用０．１２６ｍ，工字钢，其间距为０．５０，１．００ｍ。

１．３

试验段初期支护方案试验段的初期支护方案为：初喷混凝土采用Ｃ２５素混凝土，厚度为０．１０ｍ，系统锚杆采用公称直径为２２ｍｍ，长２．５０ｍ的钢筋，其间距为１．２０ｍ×１．２０ｍ呈梅花形布置，挂公称直径为６ｍｍ的钢筋网，其间距为０．２０ｍ×０．２０ｍ钢架采用钢格栅其间距为０．６０１．２０ｍ。