隧道工程第5章

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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;
● 地下水 ③ 碎石状松散结构岩体,裂隙中有 泥质充填物,地下水对稳定性影响很大, 可根据地下水的性质、水量、渗流条件、 动水和静水压力等情况,可降低1~2级; ④ 强烈的断裂带,或软塑性粘土和 潮湿的粉细砂,分类时已考虑了一般含 水地质情况的影响 ,不再降级。
⑶ 公路隧道围岩分级 ● 根据以上对分级因素和指标, 公路隧道围岩分级将围岩分为六级; ● R.Q.D、岩体弹性波(纵波) 速度、岩体完整性系数的分类法。
⑶ 公路隧道围岩分级
级 参数 RQD(%)

>95

85~75

75~86

50~75

25~50

<25
BQ
Vp(km/s) I
>550
>4.5
550~451
3.5~4.5
450~351
2.ห้องสมุดไป่ตู้~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
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
● 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,
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
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

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。

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。
● 优点: 考虑了多种因素的影响,但分级指 标大体上是半定量的。 ● 缺点:分级的判断还带有一定的主观性。
⑷ 组合多种因素的分类方法 比较完善的是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。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。
第II类:与地质构造有关的要素。其 分类指标采用诸如岩石的质量指标、 地质因素平分法等,这些指标实质上 是对岩体完整性或结构状态的评价。
这类指标在划分围岩的级别中一般占
有重要地位;
第III类:与地下水有关的要素。
目前国内外围岩的分类方法,考虑上述三 大基本要素,按其性质主要分为: ⑴ 以岩石强度或物理指标为代表的分类方法
⑵ 考虑分级的指标和因素
● 岩体的结构特征与完整状态
● 考虑岩石强度围岩基本质量指标BQ
BQ 90 3Rc 250Kv
● 地下水
在公路隧道围岩的分级中,遇有地下水 时,一般的处理采用降级的方法 ①整体的硬质岩石中,一般的地下水对 其稳定性影响不大,不考虑降级; ②块状硬质岩和整体软质岩中,地下水 将影响其稳定性,产生局部坍塌,或软化软 弱结构面,围岩分级时一般可酌情降低1级;
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。
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。
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
劳费(H.Lauffer)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。
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 (H.Lauffer)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
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;

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
⑴ 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
0.8~1.0
⑷ 隧道施工围岩分级
● 施工阶段围岩判定具有直接性、可 靠性、重要性特征,因此,施工阶段 围岩级别的判定是一个重要而现实的 问题。 ● 评定因素采用围岩坚硬程度、围岩 完整性程度、和地下水状态三项因素, 细分为十三个子因素, 即3-13评定;
⑷ 隧道施工围岩分级 即3-13评定
在三个因素中,最困难的是围岩完整
● 岩石质量指标(RQD) :是综合反映岩体的强 度和岩体的破碎程度的指标。所谓岩石质量指标 是指钻探时岩心复原率,或称为岩芯采取率: RQD(%)= 10cm以上岩芯累计长度×100 单位钻孔长度 岩石质量指标分级认为:RQD > 90% 75% < RQD < 90% 为良好; 50% < RQD < 75% 为好; 25% < RQD < 50% 为差; RQD < 25% 为很差 为优质;
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。
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