题目 隧道围岩分级及其应用

摘要 隧道围岩分级是正确进行隧道设计与施工的基础。一个合理的、符合地下工程实际情况的围岩分级，对于改善地下结构设计、发展新的隧道施工工艺、降低工程造价、多快好省地修建隧道有着十分重要的意义。从围岩的稳定性出发，1975年编制了我国“铁路隧道围岩分类”，1990年，根据我国铁路隧道的围岩分级为基础，编制了我国“公路隧道围岩分级”。 引言 近年来，由于各种类型地下工程的大量修建，隧道围岩分级的研究也得到了很大的发展，从国外围岩分级的发展趋势看，围岩分级主要以隧道稳定性分级为主，且从对岩石的分级逐渐演变到对岩体的分级，从国内围岩分级的发展趋势看，从1975年以后，我国隧道围岩分级方法的发展基本与国际同步，我国隧道围岩分级方法主要采用两个步骤：第一步以基本指标进行基本分级；第二步用修正指标对基本级别进行修正，最终获得修正后的围岩级别。我国隧道围岩分级主要分为六级，其中岩质围岩为Ⅰ-Ⅴ级，土质围岩Ⅳ-Ⅵ级。 正文 一、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，大体有以下几种： 1．单一的岩性指标

一般有岩石的抗压和抗拉强度、弹性模量等物理力学参数；岩石的抗钻性、抗爆性等工程指标。在一些特定的分级中，如确定钻眼功效、炸药消耗量等，土石方工程中划分岩石的软硬、开挖的难易，均可采用岩石的单一岩性指标进行分级。一般多采用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。但单一岩性指标只能表达岩体特征的一个方面，用来作为分级的唯一指标是不合适的。如老黄土地层，在无水的条件下，强度虽然低，但稳定性却很高。 2．单一的综合岩性指标

以单一的指标，反映岩体的综合因素。这些指标包括： （1）岩体的弹性波传播速度 （2）岩石质量指标（RQD） （3）围岩的自稳时间 3.复合指标

是一种用两个或两个以上的岩性指标或综合岩性指标所表示的复合性指标。 （1）Q复合指标分级

根据不同的Q值，岩体质量评为九级，见下表 岩体质量 特别好 极好 良好 好 中等 不良 坏 极坏 特别坏 Q 400—1000 100—400 40—100 10—40 4—10 1—4 0.1—1 0.01—0.1 0001—0.01 （2）RMR复合指标

根据RMR 的值相应的可以将岩体分为五类，见下表 RMR 岩体分类 类别 岩体描述 RMR值 Ⅰ 很好的岩石 81~100 Ⅱ 好的岩石 61~80 Ⅲ 较好的岩石 41~60 Ⅳ 较差的岩石 21~40 Ⅴ 很差的岩石 0~20 （3）岩体基本质量指标

岩体基本质量分级

基本质量级别 岩体基本质量的定性特征 Ⅰ 坚硬岩，岩体完整 Ⅱ 坚硬岩，岩体较完整；较坚硬岩，岩体完整 451~351 Ⅲ 坚硬岩，岩体较破碎；较软岩，岩体完整 550~451 Ⅳ 坚硬岩，岩体破碎；较坚硬岩，岩体较破碎~破碎 350~251 Ⅴ 较软岩，岩体破碎；软岩，岩体较破碎~破碎 <250 基本质量指标BQ >550 通过以上分析，对隧道围岩的分级，首先应考虑选择的围岩稳定性有重大影响的主要因素，如岩石强度、岩体的完整性、地下水、地应力、结构面产状、以及他们的组合关系作为分级指标；其次选择测试设备比较简单、人为因素小、科学性较强的定量指标；在考虑分级指标要有一定的综合性，如复合指标等。总之，应有足够的实测资料为基础，能全面反映围岩的工程性质。

二、隧道围岩分级的方法

国内外隧道围岩分级的方法较多，所采用的指标也不同，但都是在隧道工程的实践基础上逐步建立起来的，随着人们对隧道工程、地质环境之间相互关系的认识和理解，其围岩分级方法也在逐步深化和提高。

总体而言，隧道围岩分级发展过程大体有以下几种分级方法：

（1）按岩石强度为单一岩性指标的分级法。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。这种方法的优点是指标单一，使用方便，尤其是在f值分类法中，还将定量指标f值与作用在支护结构上的围岩压力直接联系起来，给设计和施工带来较大的方便。缺点是不能全面地反映岩体固有的性态。

（2）按岩体构造和岩性特征为代表的分级法。如泰沙基分级法，1975年我国铁路工程技术规范中所采用的铁路隧道围岩分级法，属于这一类。这类方法的优点是正确地考虑了地质构造特征、风化状况、地下水情况等多种因素对隧道围岩稳定性的影响，并建议了各类围岩应采用的支护类型和施工方法。缺点是分级指标还缺乏定量描述，没有提供可靠的预测隧道围岩级别的方法，在一定程度上要等到隧道开挖后才能确定。 （3）与地质勘察手段相联系的分级法。如1979年前后日本提出的按围岩弹性波速度进行分级方法、岩芯复原率分级法等，属于这一范畴。这类方法的优点是分级指标大体上是半定量的，同时考虑了多种因素的影响；其点是分级的判断还带有一定的主观性，如弹性波速度低，可能是有岩体完整，但岩质松软；地质坚硬，但比较破碎；地形上局部高低相差悬殊等几种原因引起的，就弹性波速度这一个指标，就很难客观地下出正确的结论。 （4）多种因素的组合分级法。如岩体质量“Q”法、“BQ”法等，我国国防工程围岩分级法等，属于这个范畴。这类方法是当前围岩分类法的发展方向，优点很多，只是部分定量指标仍需凭经验确定。

（5）以工程对象为代表的分类法。如专门适用于喷锚支护的原国家建委颁布的围岩分类法(1979年)，苏联在巴库修建地下铁道时所采用的围岩分级法(1966年)，以及20世纪80年代中后期建立的三峡工程坝基岩体质量分级和评价方法,简称多因子组合的“三峡YZP法”，属于这一范畴。这类方法的优点是目的明确，而且和支护尺寸直接挂钩，使用方便，能指导施工。但分级指标以定性描述为主，带有很大的人为因素。

三、我国公路隧道围岩分级

经过长期的隧道工程实践，我国公路隧道以铁路隧道围岩分级的标准为基础，参考了国内外有关围岩分级的成果，提出了适合我国公路隧道实情的围岩分级标准，下面介绍围岩分级的出发点和依据。

1.公路隧道围岩分级的出发点 主要考虑了以下几点：

(1) 强调岩体的地质特征的完整性和稳定性，避免单一的岩石强度指标分级的方法； (2) 分级指标应采用定性和定量指标相结合的方式； (3) 明确工程目的和内容，并提出相应的措施； (4) 分级应简明，便于使用；

(5) 应考虑吸收其它围岩分级的优点，并尽量和我国其它工程分级一致。 2.分级需考虑的指标和因素

主要考虑了以下几类影响围岩稳定性的指标和因素。 (1) 岩体的结构特征与完整性 (2) 岩石强度

(3) 围岩基本质量指标BQ (4) 地下水等影响因素 3.公路隧道围岩分级 围岩类别 围岩或土体主要定性特征 围岩基本质量指标BQ >550 Ⅰ Ⅱ 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 坚硬岩(Rb＞30MPa)，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 坚硬岩，岩体较破碎，巨块（石）碎(石)状镶嵌结构 较坚硬岩或较软硬质岩，岩体较完整，块状体或中厚层状结构 坚硬岩，岩体破碎，碎裂(石)结构; 较坚硬岩，岩体较破碎~破碎，镶嵌碎裂结构; 较软岩或软硬岩互层，且以软岩为主，岩体较完整~较破碎，中薄层状结构 土体： 1．压密或成岩作用的粘性土及砂性土 2．黄土(Q1，Q2) 3．一般钙质、铁质胶结的碎、卵石土、大块石土 550~451 Ⅲ 450~351 Ⅳ 350~251 — Ⅴ 较软岩，岩体破碎 软岩，岩体较破碎~破碎 极破碎各类岩体，碎、裂状、松散结构 一般第四系的半干硬～硬塑的黏性土及稍湿至潮湿的一般碎、卵石土、圆砾、角砾土及黄土(Q3 、Q4)。非黏性土呈松散结构，黏性土及黄土呈松软结构 软塑状黏性土及潮湿、饱和粉细砂层、软土等 — — VI 四、我国铁路隧道围岩分级 2005年颁布实施的最新《铁路隧道设计规范》（TB10003-2005）的围岩分级方法是在1975

年铁路隧道围岩稳定性分类法以及85年版、2001年版规范基础上提出的，并与国标《工程岩体分级标准》（GB50218-94）接轨，考虑了岩石的坚硬程度和岩体的完整性，结合了地下水和地应力状态的修正因素。从过去的围岩分类改称围岩分级，分为I~ VI级，围岩稳定性由好到差，与公路隧道围岩分级类似。

铁路隧道围岩分级 围岩级别 围岩主要工程地质条件 主要工程地质条件 结构特征和完整状态 围岩开挖后的稳定状态（单线） 围岩弹性纵波速度Vp(Km/s) ＞4.5 Ⅰ 极硬岩(饱和抗压极限强度Rc＞60MPa)：呈巨块状整体结构 受地质构造影响轻微，节 理不发育，无软弱面(或夹层)；层状 岩层为巨厚层或厚层，层间结合良 好，岩体完整 硬质岩(Rc＞30MPa)：受地质构造影响较重，节理较发育，有少量软弱面(或夹层)和贯通微张节理，但其产状及组合关系不致产生滑动，层状岩层为中层或厚层，层间结合一般，很少有分离现象，或为硬质岩石偶夹软 质岩石 硬质岩(Rc＞30MPa)：受地质构造影响严重，节理发育，有层伏软弱面(或夹层)，但其产状及组合关系尚不致产生滑动；层状岩层为薄层或中层，层间结合差，多有分离现象；硬、 软质岩石互层 软质岩石(Rc＝5~30MPa)：受地质构造影响严重，节理较发育；层状岩层为薄层、中层或厚层，层间结合一 般 呈大块状砌体结构 围岩稳定、无坍塌，可能产生岩爆 Ⅱ 暴露时间长，可能3.5~4.5 会出现局部小坍 塌；侧壁稳定；层间结合差的平缓岩层，顶板易塌落 拱部无支护时可产2.5~4.0 中小坍塌，侧壁基本稳定，爆破振动 过大易塌 Ⅲ 呈块(石)碎(石)状镶嵌 结构 呈大块状砌体结构 Ⅳ 硬质岩石(Rc＞30MPa)：受地质构造影响极严重，节理很发育，层状软 弱面(或夹层)巳基本被破坏 软质岩石((Rc＝5～30MPa)：受地质构造影响严重，节理发育 土体： （1）略具压密或成岩作用的粘性 土及砂性土 （2）黄土(Q1，Q2) （3）一般钙质、铁质胶结的碎、 卵石土、大块石土 呈碎石状压碎结构 拱部无支护时，可1.5~3.0 产生较大的坍塌； 侧壁有时失去稳定 呈块(石)碎(石)状镶嵌 结构 （1）和（2）呈大块状压密结构 （3）呈巨块状整体结构 呈角砾碎石状松散结构 非黏性土呈松散结构， 黏性土及黄土呈松软结构 围岩易坍塌，处理不当会出现大坍塌，侧壁经常小坍塌；浅埋时易出现地表下沉(陷)或 坍至地表 1.0~2.0 Ⅴ 岩体：软岩，岩体破碎至极破碎；全部极软岩及全部极破碎岩（包括受 构造影响严重的破碎带） 土体：一般第四系坚硬、硬塑黏性土，稍密及以上、稍湿或潮湿的碎石 土、卵石土、圆砾土、角砾土及黄土(Q3 、Q4) VI 岩体：受构造影响严重呈碎石、角砾及粉末、泥土状的断层带 呈松软结构 土体：软塑状粘性土、饱和的粉土、 潮粘性土呈易蠕动的湿的砂类土等 松软结构，砂性土呈潮湿松散结构 围岩极易坍塌变＜1.0 形，有水时土砂常(饱和土与水一齐涌出；浅 ＜1.5 ) 埋时易坍至地表 五.工程实例

厦门至成都国家高速公路湖南省汝城至郴州公路横穿湖南省南部地区，是湖南省郴州市东进西出的公路运输大通道，也是湖南省“五纵七横”高速公路主骨架的组成部分。某隧道洞身横贯五盖山南端，地质条件复杂，为本项目控制性构筑之一。隧道区属低山地貌，山坡陡峭，地面高程变化在615~970m之间，高差300~350m，最大埋深330m。设计上为分离式双洞隧道，左洞长1790m，右洞长1835m，左右洞相距40m,为长隧道。本次勘察在地质调查的基础上，采用钻探，挖探，取样，水文地质试验及工程物探等多种勘探手段相互印证，综合分析确定合理的地质参数，进行隧道围岩分级。

根据《公路隧道设计规范》及本隧道各段围岩的工程地质特征，综合分析隧道围岩各参数的取值，对隧道围岩级别划分计算如下表

隧道围岩分级计算表 里程桩号 Jv Kv 0.664 0.693 0.636 0.721 0.579 0.530 0.337 0.510 0.636 0.411 Rc（MPa） BQ 27.26 33.0 25.97 45.0 41.0 43.0 22.0 76.32 98.2 80.8 338 362 327 405 358 352 240 445 511 394 K1 0.21 0.1 0.22 0.1 0.1 0.3 0.85 0.2 0 0.2 K2 0 0 0 0 0 0.3 0.3 0.3 0 0 K3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 [BQ] 详细分级 317 Ⅳ 352 305 395 348 292 125 395 511 374 Ⅲ Ⅳ Ⅲ Ⅳ Ⅳ Ⅴ Ⅲ Ⅱ Ⅲ K100+200~K100+320 6 K100+320~k100+600 5 K100+600~k100+800 7 K100+800~k101+150 4 K101+150~k101+450 9 K101+450~k101+500 11 K101+500~k101+610 21 K101+610~k101+660 12 K101+660~k101+920 7 K101+920~k102+060 13 其中：围岩初步分级采用如下公式计算BQ值：BQ=90+3Rc+250Kv

（1） 当Rc>90Kv+30时，以Rc=90KV+30和KV代入计算BQ值;

（2） 当Kv>0.04Rc+0.4时，以Kv=0.04Rc+0.4和Rc代入计算BQ值。 （3） [BQ]=BQ-100（K1+K2+K3）

结论 隧道围岩的分级指标根据不同的划分依据而不同，在实际评价中要灵活运用。通过对围岩等级的分类，为设计和施工提供了大方向对不同等级的隧道，采取相应的措施，合理的综合考虑各方面因素，设计出安全经济实用的隧道。 参考文献 《隧道工程》·《公路隧道设计规范》·《铁路隧道设计规范》·工程岩体分级标准》