第二章第二节隧道围岩分级案例
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隧道工程第二章-围岩分级
可采用定性划分和定量指标两种方法确定。
隧道工程
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我国铁路隧道围岩分级方法
（一）围岩分级的基本因素 1 岩石坚硬程度 将岩浆岩、沉积岩和变质岩三大岩类按岩性、 物理力学参数、耐风化能力划分为硬质岩和软质 岩两大类。然后根据单轴饱和极限抗压强度再分 为5级，即极硬岩、硬质岩、较软岩、软岩、极 软岩。
隧道工程
16
岩体的基本工程性质
（三）力学性质
试件尺寸(cm):15×15×30
3 裂隙岩体的强度性质 试件强度(MPa):32.8~34.6
表中数值为试件的强度 与岩石试件强度的比值
结构面强度：c=0.11MPa;φ=38
隧道工程
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围岩分级概述
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）。 依据各种围岩的物理性质之间存在的内在联
隧道工程
26
围岩的分级方法
（二）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
该方法单纯以岩石的强度为分级依据。该方法认
为：坑道开挖后，它的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。该法不全面！
隧道工程
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围岩的分级方法
节理较发育、节理发育、节理很发育4级。 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4级。
隧道工程
40
我国铁路隧道围岩分级方法
（一）围岩分级的基本因素
围岩完整程度
指标1：结构面发育程度 指标2：地质构造影响程度 由此两指标，将岩体完整程度分为5个级别，见下表：
第二节 洞室围岩变形及坡坏的主要类型
第二节 洞室围岩变形及破坏的基本类型
一. 围岩应力引起的变形与破坏 1. 围 岩：工程开挖后，应力变化范围内的岩体。 2. 二次应力：工程开挖后，岩体中一定范围内原始应力 发生变化，其改变后重新分布的应力叫二 次应力。又叫重分布应力或围岩应力。 (一) 围岩应力变化规律
地下洞室开挖后，破坏了岩体中原有地应力平衡状态，岩体 内各质点在弹性应变能作用下，力图沿最短距离向消除了阻力的 临空面方向移动，直到达到新的平衡，将这种位移现象叫做卸荷 回弹。随着岩体质点的位移，岩体内一些方向由原来的紧密状态 发生松弛，另一些方向反而挤压程度更大，岩体中应力的大小和 主应力方向也随之发生变化，并产生局部应力集中。这种岩体应 力变化，一般发生在地下洞室横剖面最大尺寸的5-6倍范围内。 在此范围以外，岩体基本处于原来的天然应力状态。
第二节 洞室围岩变形及破坏的基本类型
7. 膨胀内鼓：在膨胀岩地区，洞室开挖后水分向松动圈集 中，导致岩石吸水膨胀，并向洞内鼓出的现象。
洞室开挖后，由于围岩松动圈的存在，形成围岩低应力区，地下 水往往由围岩高应力区向围岩低应力区转移，当围岩内含大量膨胀矿 物时，易于吸水膨胀的岩体发生强烈的膨胀并导致围岩内鼓变形。常 造成洞室设计空间不足，围岩表部膨胀开裂。随着风化加深，围岩甚 至可以解体。除地下水的作用外，这类岩体开挖后也会从空气中吸收 水分而自身膨胀。 遇水后易于膨胀的岩石主要有两类，一类是富含蒙脱石、伊犁石 的粘土岩类；另一类是富含硬石膏的地层。隧道围岩中若遇到遇水体 积增加2.9%的岩石，就会给开挖造成困难。而有些富含蒙脱石的岩体， 遇水后体积可增加到14~25%。据挪威对水工隧洞的调查，有70%的隧 洞衬砌开裂和破坏均与此有关。与围岩塑性挤出相比，围岩吸水膨胀 是一个更为缓慢的过程，往往需要相当长的时间才能达到稳定。
一. 围岩应力引起的变形与破坏 1. 围 岩：工程开挖后，应力变化范围内的岩体。 2. 二次应力：工程开挖后，岩体中一定范围内原始应力 发生变化，其改变后重新分布的应力叫二 次应力。又叫重分布应力或围岩应力。 (一) 围岩应力变化规律
地下洞室开挖后，破坏了岩体中原有地应力平衡状态，岩体 内各质点在弹性应变能作用下，力图沿最短距离向消除了阻力的 临空面方向移动，直到达到新的平衡，将这种位移现象叫做卸荷 回弹。随着岩体质点的位移，岩体内一些方向由原来的紧密状态 发生松弛，另一些方向反而挤压程度更大，岩体中应力的大小和 主应力方向也随之发生变化，并产生局部应力集中。这种岩体应 力变化，一般发生在地下洞室横剖面最大尺寸的5-6倍范围内。 在此范围以外，岩体基本处于原来的天然应力状态。
第二节 洞室围岩变形及破坏的基本类型
7. 膨胀内鼓：在膨胀岩地区，洞室开挖后水分向松动圈集 中，导致岩石吸水膨胀，并向洞内鼓出的现象。
洞室开挖后，由于围岩松动圈的存在，形成围岩低应力区，地下 水往往由围岩高应力区向围岩低应力区转移，当围岩内含大量膨胀矿 物时，易于吸水膨胀的岩体发生强烈的膨胀并导致围岩内鼓变形。常 造成洞室设计空间不足，围岩表部膨胀开裂。随着风化加深，围岩甚 至可以解体。除地下水的作用外，这类岩体开挖后也会从空气中吸收 水分而自身膨胀。 遇水后易于膨胀的岩石主要有两类，一类是富含蒙脱石、伊犁石 的粘土岩类；另一类是富含硬石膏的地层。隧道围岩中若遇到遇水体 积增加2.9%的岩石，就会给开挖造成困难。而有些富含蒙脱石的岩体， 遇水后体积可增加到14~25%。据挪威对水工隧洞的调查，有70%的隧 洞衬砌开裂和破坏均与此有关。与围岩塑性挤出相比，围岩吸水膨胀 是一个更为缓慢的过程，往往需要相当长的时间才能达到稳定。
20231009公路隧道围岩分级
公路隧道围岩分级一、公路隧道围岩分级隧道围岩分级可以作为隧道开挖方法选用的前提条件。
公路隧道围岩级别一共分了六级，分别用罗马数字I、II、III、IV、V、VI来表示。
根据围岩或土体的主要定性特征（包括坚硬程度和完整程度）以及围岩基本质量指标BQ来确定围岩的级别。
I级围岩。
定性特征：坚硬岩（饱和抗压极限强度Rb>60MPa）,岩体完整、巨块状或巨厚层状整体结构。
围岩基本质量指标BQ>550MPa0II级围岩。
定性特征：坚硬岩（R b>3OMPa）,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。
围岩基本质量指标BQ=550-451MPa,In级围岩。
定性特征：坚硬岩，岩体较破碎；较坚硬岩，岩体较完整；较软硬质岩，岩体较完整。
围岩基本质量指标BQ=450-351MPaoIV级围岩。
定性特征：坚硬岩，岩体破碎；较坚硬岩，岩体较破碎-破碎；较软岩或软硬岩互层，岩体较完整-较破碎。
黄土（QI,Q2）。
围岩基本质量指标BQ=350-251MPa.V级围岩。
定性特征：较软岩，岩体破碎；软岩，岩体较破碎-破碎；极破碎的各类岩体。
黄土（Q3,Q4）（,围岩基本质量指标BQW250MPa.VI级围岩。
土。
技巧归纳：坚硬岩有I、II、III、IV这四种围岩级别，岩体完整的为I级围岩，岩体较完整的为∏级围岩，岩体较破碎的为III级围岩，岩体破碎的是IV级围岩；较坚硬岩有IMI1IV这三种围岩级别，岩体完整的是∏级围岩，岩体较完整是In级围岩，岩体较破碎-破碎是IV级围岩。
较软硬质岩，岩体较完整的为HI级围岩。
较软岩或软硬岩互层（软岩为主），岩体较完整的是IV级围岩。
又软又破的是V级围岩。
【例题单选】隧道围岩为坚硬岩，岩体较完整，块状或厚层状结构，其围岩基本质量指标BQ为550-451MPa,该围岩属于O级。
AIBIICIIIDIv【参考答案】首先坚硬岩只有I到IV级围岩，其次岩体较完整的是II级围岩，通过围岩基本质量指标BQ为550451进行验证，得出该围岩属于II级围岩，答案选【例题单选】隧道进出口段的围岩为较坚硬岩，岩体较破碎-破碎，镶嵌碎裂结构，则该洞口围岩为O级。
隧道工程第二章隧道工程地质环境及围岩分级
✓ 勘测设计阶段的地质预估预评价是对隧道所处地质背 景的宏观把握，不可能做出微观的把握；
✓ 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。
✓ 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。
隧道围岩分级ppt课件
●已初步将初始应力考虑进围岩分级之中。
在高的初始应力场条件下，围岩级别应适当降低。
SUI DAO GONG CHENG
隧 ⑸ 地下水的影响
道 工
程 ● 软化围岩；
● 减少层间摩阻力促使岩块滑动；
● 具膨胀性的围岩，遇水后产生膨胀等。
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2、人为因素
隧
道
工
⑴ 隧道形状和尺寸
石英岩 150-350 10-30 50-60 20-60 石灰岩 50-200 5-20 35-50 10-50
SUI DAO GONG CHENG
片麻岩 50-200 5-20 30-50 3-5 白云岩 80-250 15-25 35-50 20-50
板 岩 60-200
7-15
45-60
2-20
土石块 归入土类
d为 裂 缝 间 距
松散状
松软状
⑵ 结构面性质和空间组合
隧
道
● 性质
工
程
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。
SUI DAO GONG CHENG
●空间组合
指结构面的相互位置状态。
问题： 软弱结构面有怎样的害处？ 什么是不利空间组合？
单轴抗拉强度、剪切强度等等。
1．单轴抗压强度
在单向压缩条件下，岩石能承受的最大压应力，称为单 轴抗压强度，简称抗压强度。
SUI DAO GONG CHENG
岩块的抗压强度通常是采用标准试件在压力机上加轴向
荷载，直至试件破坏。如设试件破坏时的荷载为Pc（N），
隧 横断面面积为A(mm2)，则岩石的单轴抗压强度Rc(MPa)为：
在高的初始应力场条件下，围岩级别应适当降低。
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隧 ⑸ 地下水的影响
道 工
程 ● 软化围岩；
● 减少层间摩阻力促使岩块滑动；
● 具膨胀性的围岩，遇水后产生膨胀等。
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2、人为因素
隧
道
工
⑴ 隧道形状和尺寸
石英岩 150-350 10-30 50-60 20-60 石灰岩 50-200 5-20 35-50 10-50
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片麻岩 50-200 5-20 30-50 3-5 白云岩 80-250 15-25 35-50 20-50
板 岩 60-200
7-15
45-60
2-20
土石块 归入土类
d为 裂 缝 间 距
松散状
松软状
⑵ 结构面性质和空间组合
隧
道
● 性质
工
程
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。
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●空间组合
指结构面的相互位置状态。
问题： 软弱结构面有怎样的害处？ 什么是不利空间组合？
单轴抗拉强度、剪切强度等等。
1．单轴抗压强度
在单向压缩条件下，岩石能承受的最大压应力，称为单 轴抗压强度，简称抗压强度。
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岩块的抗压强度通常是采用标准试件在压力机上加轴向
荷载，直至试件破坏。如设试件破坏时的荷载为Pc（N），
隧 横断面面积为A(mm2)，则岩石的单轴抗压强度Rc(MPa)为：
围岩分级与围岩压力—围岩压力(隧道工程施工课件)
第二节围岩压力及成拱作用
一、围岩压力及分类
(一)围岩压力概念
广义概念：围岩压力是指引起地下开挖空间周 围岩体和支护变形或破坏的作用力。它包括由地应 力引起的围岩应力以及围岩变形受阻而作用在支护 结构上的作用力。
狭义概念：指围岩变形受阻而作用在支护结构 上的作用力。
(二)围ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ压力分类
• 松动压力 • 形变压力 • 膨胀压力 • 冲击压力
➢ 地质因素：它包括初始应力状态、岩石力学性 质、岩体结构面等；
➢ 工程因素：它包括断面大小、施工方法、支护 设置时间、支护刚度、坑道形状等。
四、影响围岩压力的因素
具体来说可分为以下几类 ➢1.时间因素 ➢2.坑道的尺寸与形状 ➢3.坑道的埋深 ➢4.支护 ➢5.爆破 ➢6.超挖回填
当岩体具有吸水膨胀崩解的特征时，由于围岩 吸水而膨胀崩解所引起的压力称为膨胀压力。它 与形变压力的基本区别在于它是由吸水膨胀引起 的。
4.冲击压力
冲击压力是在围岩中积累了大量的弹性变形能 以后，由于隧道的开挖，围岩的约束被解除，能量 突然释放所产生的压力。
上述松动压力、形变压力往往同时存在，难以 严格区分。
水平岩层
倾斜岩层
拱顶坍塌、冒落
水平岩 层冒落
倾斜岩层掉 块、塌落
高边墙 坍塌
裂隙岩体顶部掉块
2.形变压力
形变压力是由于围岩变形受到与之密贴的支 护如锚喷支护等的抑制，而使围岩与支护结构共 同变形过程中，围岩对支护结构施加的接触压 力。
软岩巷道严重底鼓变形
软岩巷道变形、支撑断裂
3.膨胀压力
1.松动压力
由于开挖而松动或坍塌的岩体以重力形式直接作 用在支护结构上的压力称为松动压力。
松动压力常通过下列三种情况发生： 在整体稳定的岩体中，可能出现个别松动掉块的岩 石； 在松散软弱的岩体中，坑道顶部和两侧边帮冒落； 在节理发育的裂隙岩体中，围岩某些部位沿软弱面 发生剪切破坏或拉坏等局部塌落。
一、围岩压力及分类
(一)围岩压力概念
广义概念：围岩压力是指引起地下开挖空间周 围岩体和支护变形或破坏的作用力。它包括由地应 力引起的围岩应力以及围岩变形受阻而作用在支护 结构上的作用力。
狭义概念：指围岩变形受阻而作用在支护结构 上的作用力。
(二)围ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ压力分类
• 松动压力 • 形变压力 • 膨胀压力 • 冲击压力
➢ 地质因素：它包括初始应力状态、岩石力学性 质、岩体结构面等；
➢ 工程因素：它包括断面大小、施工方法、支护 设置时间、支护刚度、坑道形状等。
四、影响围岩压力的因素
具体来说可分为以下几类 ➢1.时间因素 ➢2.坑道的尺寸与形状 ➢3.坑道的埋深 ➢4.支护 ➢5.爆破 ➢6.超挖回填
当岩体具有吸水膨胀崩解的特征时，由于围岩 吸水而膨胀崩解所引起的压力称为膨胀压力。它 与形变压力的基本区别在于它是由吸水膨胀引起 的。
4.冲击压力
冲击压力是在围岩中积累了大量的弹性变形能 以后，由于隧道的开挖，围岩的约束被解除，能量 突然释放所产生的压力。
上述松动压力、形变压力往往同时存在，难以 严格区分。
水平岩层
倾斜岩层
拱顶坍塌、冒落
水平岩 层冒落
倾斜岩层掉 块、塌落
高边墙 坍塌
裂隙岩体顶部掉块
2.形变压力
形变压力是由于围岩变形受到与之密贴的支 护如锚喷支护等的抑制，而使围岩与支护结构共 同变形过程中，围岩对支护结构施加的接触压 力。
软岩巷道严重底鼓变形
软岩巷道变形、支撑断裂
3.膨胀压力
1.松动压力
由于开挖而松动或坍塌的岩体以重力形式直接作 用在支护结构上的压力称为松动压力。
松动压力常通过下列三种情况发生： 在整体稳定的岩体中，可能出现个别松动掉块的岩 石； 在松散软弱的岩体中，坑道顶部和两侧边帮冒落； 在节理发育的裂隙岩体中，围岩某些部位沿软弱面 发生剪切破坏或拉坏等局部塌落。
隧道工程中主要围岩分级及围岩压力
❖ 我国大陆初始应力场（包括自重应力场和构造应力场）的变 化规律如下：
❖ 在一定深度内，垂直应力的量值随深度线性增大，而且水平 应力普遍大于垂直应力；
❖ 水平主应力具有明显的各向异性。水平主应力的另一个显著 特点，就是具有很强的方向性，一般以一个方向的主应力占 优势，很少有大、小主应力相等的情况。
❖ （3）地温。温度变化使温度应力的一部分会残留 下来产生残余应力。
❖ （4）人类活动。人类活动包括大堆碴场的形成、 深的露天开采和地下开挖、水库、抽水、采油及 高坝建筑等都可能局部地影响围岩的初始应力场。
五、围岩初始应力场的确定方法
❖ 通过现场实地量测应力。但实测工作由于费时费 钱，不可能大量进行，这就提出了如何利用少数 测点实测资料，建立可靠的围岩初始应力场的问 题。可行的是实地量测和地质力学分析相结合的 方法。
❖ b岩石在形成过程中，由于热力和构造作用所引起 的，虽经过风化、卸载，部分释放，现在仍残存 着的原生内应力。
❖ 新构造应力：正在活动和变化的构造运动，如地层 升降、板块运动等所引起的应力，称为新构造应力， 地震的产生正是新构造应力的反映。
4.探讨
❖ （1）岩体内的应力主要是在自重作用下产生的垂 直应力，水平应力则是由岩体的泊松效应引起的， 最大只能等于垂直应力（即取泊松系数等于0.5）。 这是否认地质构造运动能改变岩体的应力状态。 与实际情况不符。
3.组成
自重应力场和构造应力场 ❖ 这两类应力场的基本规律有明显的差异。围岩的自
重应力场比较好理解，它是地心引力和离心惯性力 共同作用的结果。围岩的构造应力场就比较复杂， 按其形成的时间，分为两类——构造残余应力和新 构造应力。
构造残余应力
❖ a由于过去地质构造运动引起的，虽然外部作用力 移去后有了部分恢复，但仍残存在岩体中的应力。
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。
第二章隧道地质环境及围岩分级
• （2）构造应力场在不深的地方已普遍存在， 最大构造应力的方向多近似水平，且水平 应力普遍大于自重应力场中水平应力分量， 甚至大于垂直分量。
• 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。
• 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。
隧道围岩分级及围岩压力
2.性质 性质
围岩的初始应力场经历了漫长的应力历史而逐渐构 成的，并处于相对稳定和平衡状态之中。 成的，并处于相对稳定和平衡状态之中。洞室开挖 后，使得围岩在开挖边界处解除了约束，失去平衡， 使得围岩在开挖边界处解除了约束，失去平衡， 此时洞室周边的应力都变为0。 此时洞室周边的应力都变为 。其结果引起了洞室变 形，产生应力重分布，形成新的应力场，称为围岩 产生应力重分布，形成新的应力场，称为围岩 二次应力场。 二次应力场。
岩体受剪时的剪切变形特性主要受结构面控制。 岩体受剪时的剪切变形特性主要受结构面控制。 根据结构体和结构面的具体形态， 根据结构体和结构面的具体形态，岩体的剪切变 形可能有三种方式： 形可能有三种方式： 1、沿结构面滑动 、 的变形特性。 的变形特性。 结构面的变形特性即为岩体
2、结构面不参与作用，沿结构体岩石断裂。岩石 、结构面不参与作用，沿结构体岩石断裂。 的变形特性起主导作用。 的变形特性起主导作用。 3、在结构面影响下，沿岩石剪断。岩体的变形特 、在结构面影响下，沿岩石剪断。 性介于上述二者之间。 性介于上述二者之间。
σc=P/A
岩石单轴抗拉强度
1）定义：岩石在单轴拉伸荷载作用下达到 ）定义： 破坏时所能承受的最大拉应力称为岩石的 破坏时所能承受的最大拉应力 单轴抗拉强度(Tensile strength) ,。 试件在拉伸荷载作用下的破坏通常是沿其 横截面的断裂破坏，岩石的拉伸破坏试验 分直接试验和间接试验两类。
构造残余应力
a由于过去地质构造运动引起的，虽然外部作用力 由于过去地质构造运动引起的， 由于过去地质构造运动引起的 移去后有了部分恢复，但仍残存在岩体中的应力。 移去后有了部分恢复，但仍残存在岩体中的应力。 b岩石在形成过程中，由于热力和构造作用所引起 岩石在形成过程中， 岩石在形成过程中 的，虽经过风化、卸载，部分释放，现在仍残存 虽经过风化、卸载，部分释放， 着的原生内应力。 着的原生内应力。
隧道围岩分级方法—铁路隧道围岩分级方法(隧道施工课件)
饱水率是岩石在强制饱和状态下岩样的最大吸入水的 重量与岩石干重量的百分比。
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。
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。
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10cm以上的岩心累计长度 RQD 100% 钻孔总长度
R> 0.9
优
0.75 < R < 0.9
良
0.5 < R < 0.75
好
0.25 < R < 0.5
差
R < 0.25
很差
表中R为RQD指标。
(四)组合多种因素的分级方法
代表： 岩体质量分级法属于组合多种因素的分类方法。
1974 年挪威地质学家巴顿等人提出的“岩体质量 ——Q”
的分类方法。表达如下：
RQD J r Jw Q Jh J a SRF
岩体质量值Q实质上是岩块尺寸、抗剪强度和作用力复合指 标，根据不同的Q值，可将岩体进行分类。
组合了6个参数： 岩石质量指标、节理组数目、节理粗糙度、 节理蚀变值、节理含水折减系数、应力折减系数。
(五)我国铁路与公路隧道的围岩分级方法
2）结构面的性质 软弱结构面：完全割断联系无夹层或充填粘土夹 层、未断联系但充填物软弱松散、抗剪强度很低 软弱结构面往往会成为岩体破坏的控制因素。 3）结构面的组合状态 单一、组合（产生分离岩块），闭合、张开，连 续、不连续，组数及密度，
影响坑道围岩稳定性因素
4）初始应力状态 自重应力、构造应力
5）岩石本身的强度
围岩地质构造变动小，无断裂（层）；层状岩体一般呈单斜构造；节理不发育 围岩地质构造变动较大；位于断裂（层）或褶曲轴的邻近地段；可有小断层，节理较 发育
严重
很严重
围岩地质构造变动较强烈，位于褶曲轴部或断裂影响带内；软岩多见扭曲及拖拉现象； 节理发育
位于断裂（层）破碎带内；节理很发育；岩体呈碎石、角砾状，有的呈粉末泥土状
f值：一个综合的物性指标值，如岩石的抗钻性、抗 爆性、强度等。
但核心还是岩石强度。
(二) 以岩体构造、岩性特征为代表的分级方法 代表： ●泰沙基法～考虑围岩的完整状态和岩性， 共9级。 ●我国交通隧道围岩分级法～借鉴了泰沙基 法，考虑岩体综合物性，共6级。
（三）与地质勘探手段相联系的分级方法
代表：
围岩节理（裂隙）发育程度划分
等级 节理不发育 节理较发育 节理发育 节理很发育 地质构造作用特征
在完整岩体中围岩稳定状态往往取决于岩石强度。 但是当岩石结构面为围岩稳定的主要因素时，岩 石本身的强度对围岩稳定的影响并不大。
影响坑道围岩稳定性因素
6）地下水的影响
岩质软化，强度降低，涌水
3、人为因素 1）隧道尺寸：跨度大小、断面积 2）断面形状： 3）支护的结构类型及支护时间 4）施工方法
一、围岩分级
●弹性波速分级法～波速是反映岩性与岩体结构的一项综合
指标，波速越高，围岩越好。
波速 Kv 完整性
>0.75 完整
Hale Waihona Puke 0.75～ 0.55 较完整0.55～ 0.35 破碎
0.35～ 0.15 较破碎
<0.15 极破碎
●岩石质量指标～RQD指标也是反映岩性与岩体结构的一项 综合指标。 RQD指标的具体含义为岩芯复原率:
第二节隧道围岩分级
围岩分级：根据岩体的若干指标，按照稳定性将围岩 分成不同的级别。 工程目的： （1）结构设计依据 （2）施工方法依据 （3）工程造价依据
影响坑道围岩稳定性因素
1、几个基本概念： 1）岩石（土）与岩（土）体
岩石：不同矿物，各种地质作用；岩体的基础、 构成部分；试件，试验
岩体：整个地质体的一部分，岩块组合体，结构 面，充填物，初始应力状态，平衡 岩石的物性并不能代表岩体的物性，结构面对岩 体的力学性质及受力状态有较大的影响
指标2：地质构造影响程度
由此两指标，将岩体完整程度分为5个级别，见下表：
岩体完整程度的划分
完整程度
完整 较完整 较破碎 破碎 极破碎
结构面发育程度
不发育 较发育、不发育 发育、较发育 极发育、发育 极发育
地质构造影响程度
轻微 较重、轻微 严重 极严重、严重 极严重
围岩受地质构造影响程度等级划分
等级 轻微 较重 地质构造作用特征
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。
③地下水：地下水发育时，围岩级别应降
低。
1个附加因素：
④初始地应力：适当考虑。
（一）以岩石强度或岩石的物性指标为代表的分级法 1.以岩石强度为基础的分级法 代表：土石分类法～坚石、次坚石、松石、土。 2.以岩石物性指标为基础的分级法 代表：岩石坚固性系数(f值)分级法～普氏法
影响坑道围岩稳定性因素
岩体的结构类型与特征：整体结构、砌体结构、 镶嵌结构、压碎结构、松散结构、松软结构。 2）岩体（原岩）与围岩 原岩（岩体）处在原始状态下，未受到人为的工 程外力的破坏或干扰。 围岩：受到影响范围内的那部分岩土体。围岩范 围的确定
影响坑道围岩稳定性因素
3）结构面：在各种不同的地质作用中生成和发展 的；沉积结构面、火成结构面、变质结构面、构 造结构面以及次生结构面 结构面对岩体的力学性质和岩体中的受力状态有 较大的影响 研究的内容：结构面本身的特征、组合形态、充 填情况、延展性、密集程度等
影响坑道围岩稳定性因素
内在因素 （地质） 因素
人为因素 （施工）
影响坑道围岩稳定性因素
2、地质因素 1）围岩的完整状态（破碎程度）
组成岩体的岩块的大小，岩块的组合状态；
裂隙率、裂隙间距裂隙的密集程度岩体的破 碎程度 裂隙：广义，层理、断裂、节理以及夹层等 依据裂隙间距的岩体的分类
影响坑道围岩稳定性因素
1.铁路隧道 ⑴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。
⑵ 分级的理论基础 ●以围岩的稳定性判断为基础。
属于“以岩体构造和岩性特征为代表”的分级方法。 ●主要考虑4种因素： ①岩石坚硬程度 ②围岩完整状态 ③地下水 ④围岩初始地应力 基本分级 修正基本分 级 最终分级 基本分级
修正基本分级
⑶ 基本分级
依据：围岩主要工程地质条件，由两条组成：
①岩石坚硬程度 软硬岩分界指标：30Mpa Rb>30 Rb <5 ②围岩完整程度 指标1：结构面发育程度 硬岩 极软岩 5 <Rb≤30 软岩