隧道工程第5章

⑵ 综合岩性指标
● 岩体的弹性波传播速度：弹性波传 播速度与岩体的强度和完整性成正比， 其指标反映了岩石的力学性质和岩体的 破碎程度的综合因素，通常用Kv来评价：
v岩体 Kv v 岩石

2
0.75～ 0.55～ 0.35～ Kv >0.75 <0.15 0.55 0.35 0.15 完整性 完整 较完整 破碎 较破碎 极破碎
● 围岩的自稳时间 ：被认为是综合岩性指标， 隧道开挖后，围岩通常都有一段暂时稳定的时间， 不同的地质环境，自稳时间是不同的，劳费 （uffer）认为隧道围岩的自稳时间ts可用下 式表示：
ts = 常数 × L
－(1＋a)
式中：L － 隧道未支护地段的长度；a － 视围 岩情况在0～1之间变化，好的岩体可取 a =0;极 差的 a = 1
●
人们对围岩的认识是不断深入的
从在国外的情况看：
土石方工程分 类法(开挖难 易程度) 岩石的坚固性 来分类: 如坚 固性系数f 从围岩稳定性出发分类来 代替多年沿用的坚固性为 基础的分类
RQD
从分级指标方面：
大多数从 定性描述
经验判断
定量描述
以隧道围岩的稳定性为基础进行分级是隧 道围岩分类的总趋势。
⑶ 以地质勘探手段相联系的分类方法： ① 按弹性波（纵波）速度的分类方法
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。1970年前后，日本提出按围岩弹性波速度进行 分类，我国从1986年起，也开始将围岩弹性波（纵波） 速度引入我国围岩分类法中。 ② 以岩石质量为指标的分类方法——R.Q.D.方法
●
指标的选择
⑴ 首先选择对隧道围岩稳定性有重大 影响的因素指标；
⑵ 选择测试设备简单、人为因素小、 科学性强的定量指标； ⑶ 选择指标要有一定的综合性。
2、隧道围岩分级的方法 现行的许多围岩分级方法中，分类 基本要素大致有三大类：
第I类：与岩性有关的要素。其分 类指标是采用岩石强度和变形性质 等：如岩石的单轴抗压强度、变形 模量或弹性波速等。
重庆交通大学 隧道及岩土工程系
2006年10月
学习本课程的目的： （1）要求掌握有关公路隧道的勘查、设 计、构造原理和有关计算方法； （2）理解公路隧道围岩稳定性的影响因
素及其与施工方法的关系；
（3）了解公路隧道工程施工组织管理。
5.1 5.2
隧道围岩分级及其作用 围岩压力的确定
5.3
影响围岩稳定性的因素
② 以岩石的物性指标为基础的分级方法： 具有代表意义的是我国工程界广泛采用的岩石 坚固系数“f ”值分级法 ； ● 优点： 指标单一，使用方便； ● 缺点：不能全面反映岩体固有的性态。
⑵ 以岩体构造、岩性特征为代表的分级方法： ① 这类分类法以泰沙基分类法为代表 这类分类法是在早期提出的，限于当时的条件，仅把不同岩 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。这类分类法曾长期被各国采用，至今仍有 广泛的影响。 ② 以岩体综合物性为指标的分类法 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“岩体综合分类法”，并于1975年 经修正后正式作为铁路隧道围岩分类方法。 ● 优点： 正确的考虑了地质构造特征、风化状况、地下 水情况等多因素对围岩的影响。 ● 缺点：分级指标缺乏定量描述。
3、我国公路隧道围岩分级
⑴ 公路隧道围岩分级的出发点
● 强调岩体的地质特征的完整性和稳定性； ● 分级指标应采用定性和定量指标结合方式； ● 明确工程目的和内容，并提出相应的措施； ● 分级应简明，便于使用； ● 考虑吸收其它围岩分级优点，并尽量和我国其 它工程分级一致。
3、我国公路隧道围岩分级
●
1、隧道围岩分级的因素指标及其选择
围岩分级的指标，主要考虑影响围岩稳 定性的因素或其组合的因素.
⑴ 单一的岩性指标 ⑵ 综合岩性指标
⑴ห้องสมุดไป่ตู้单一的岩性指标
● 岩石的单轴饱和极限抗压强度作为基 本的分级指标，具有试验简单，数据可靠的 优点；
● 岩石的抗压和抗拉强度、弹性模量、 泊松比等物理力学参数 ； ● 岩石的抗钻性、抗爆性等工程指标。
● 围岩：隧道周围一定范围内，对其稳定性产生影 响的岩体
● 围岩压力：是指隧道开挖后，围岩作用在隧道支 护上的压力，是隧道支撑或衬砌结构的主要荷载之一。 其性质、大小、方向以及发生和发展的规律，对正确
地进行隧道设计与施工有很重要的影响。
● 地质环境：隧道工程所赋存的地质环境的内涵很
广，包括地层特征、地下水状况、开挖隧道前就存在
劳费（uffer）根据围岩的自稳时间 和未支护地段的长度，将围岩分为： 稳定的、易掉块的、极易掉块的、破碎 的、很破碎的、有压力的、有很大压力 等七级
● 岩体质量指标（Q指标） Q ＝（ RQD/ Jh）( Jr/Ja) ( Jw / SRF)
RQD － 岩石质量指标； Jh － 节理组数目，岩体愈破碎，Jh取值愈大； Jr － 节理粗糙度，节理愈光滑，Jr取值愈小； Ja － 节理蚀变值，蚀变愈严重，Ja取值愈大； Jw － 节理含水折减系数，节理渗水量愈大，水压愈 高，Jw取值愈小 SRF －应力折减系数，围岩初始应力愈高，SRF取值 愈大。
有一个方便而又可靠的判断手段。随着地质勘 探技术的发展，这将使分类指标更趋定量化。
⑶ 分类要有明确的工程对象和工程目的。 ⑷ 分类宜逐渐定量化。
值得注意，近年国内外有关 学者提出采用模糊数学分类；根
据隧道周边量测的收敛值分类；
采用人工智能－专家系统分类等
建议，这些设想都将使围岩分类 方法日趋完善。
⑵ 以岩体构造特征为代表的分级方法
⑶ 以地质勘探手段相联系的分类方法 ⑷ 组合多种因素的分类方法 ⑸ 以工程对象为代表的分类法
⑴ 以岩石强度或物理指标为代表的分类方法：
① 按岩石强度为单一岩性指标的分级法 : 具有代表性是我国解放前或解放后初期的土石 分类法，即把岩石分为坚石、次坚石、松石及 土；
于地层中的原始地应力状态、地温梯度等 。
5.1
隧道围岩分级及其应用
● 目前，隧道围岩分级是设计、施工
的基础（工程类比法就是建立在围岩
分级的基础上的）。
5.1
隧道围岩分级及其应用
● 围岩分级的目的
① 作为选择施工方法的依据； ② 进行科学管理及正确评价经济效益； ③ 确定结构上的荷载（松散荷载）； ④ 给出衬砌结构的类型及其尺寸； ⑤ 制定劳动定额、材料消耗标准基础等；
性程度的评定，重点是如何根据掌子面
的地质数据评价围岩的完整程度。根据 对国内外施工阶段围岩分级的调查，应 采用定性和定量相结合的方法，如可采
采用多种方法对围岩完整程度进行分级， 用下图的指标 ：
5.2 围岩压力的确定
1、围岩压力的概念 ● 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。从狭 义上来理解，围岩压力是指围岩作用在支 护结构上的压力。在工程中一般研究狭义 的围岩压力。
⑶ 公路隧道围岩分级
级 参数 RQD（％）
Ⅰ
>95
Ⅱ
85~75
Ⅲ
75~86
Ⅳ
50~75
Ⅴ
25~50
Ⅵ
<25
BQ
Vp(km/s) I
>550
>4.5
550~451
3.5~4.5
450~351
2.5~4.0 0.6~0.8
350~251
1.5~3.0 0.4~0.6
<250
1.0~2.0 0.2~0.4 <1.0 （饱和粘土） <0.2
Q ＝（ RQD/ Jh）( Jr/Ja) ( Jw / SRF)
式中： RQD － 岩石质量指标，其取值方法见式（5－1）； Jh － 节理组数目，岩体愈破碎，Jh取值愈大，可参考下列经验数值； 没有或很少节理， Jh ＝ 0.5～1.0； 两个节理组时， Jh ＝4； 破碎岩体时， Jh ＝20。 Jr － 节理粗糙度，节理愈光滑，Jr取值愈小，可参考下列经验数值； 不连续节理， Jr ＝4； 平整光滑节理， Jr ＝0.5等。 Ja － 节理蚀变值，蚀变愈严重，Ja取值愈大，可参考下列经验数值； 节理面紧密结合，节理中填充物坚硬不软化，Ja ＝ 0.75； 节理中填充物是膨胀性粘土，如蒙脱土，Ja ＝ 8～12等。 Jw － 节理含水折减系数，节理渗水量愈大，水压愈高，Jw取值愈小，可参考下 列经验数值； 微量渗水，水压 < 0.1Mpa, Jw = 1.0； 渗水量大，水压特别高，持续时间长， Jw ＝ 0.1～0.05等。 SRF －应力折减系数，围岩初始应力愈高，SRF取值愈大。可参考下列经验数 值； 脆性而坚硬、有严重岩爆现象的岩石，SRF ＝ 10～20； 坚硬、有单一剪切带的岩石，SRF ＝ 2.5。
⑸ 以工程对象为代表的分类法： ● 优点： 目的明确，使用方便，能
够指导施工；
● 缺点：分级指标以定性描述为主，
人为因素较大。
纵上所述，围岩的分类方法有以下几方面 的发展趋势： ⑴ 分类应主要以岩体为对象。岩体则包括岩 块和各岩块之间的软弱结构面。因此分类应重 点放在岩体的研究上 ⑵ 分类宜与地质勘探手段有机的联系起来
● 围岩压力按作用力发生形态分为：
⑴ 松散压力：是指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的压力。 ⑵ 形变压力：是指由于围岩变形受到与之密 贴的支护的抑制，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。 ⑶ 膨胀压力：是指由于围岩吸水而膨胀崩解 所引起的压力。 ⑷ 冲击压力：是指围岩中积累了大量的弹性 变性能之后，由于隧道的开挖，围岩的约束被解 除，