围岩等级划分.doc

3-1-1隧道围岩级别划分与判定隧道围岩分级就是评定围岩性质、判断隧道围岩稳定性，作为选择隧道位置、支护类型的依据和指导安全施工。国内外现在的围岩分级方法有定性、定量、定性与定量相结合3种方法，且多以前两种方法为主。定性分级的做法是，在现场对影响岩体质量的诸因素进行定性描述、鉴别、判断，或对主要因素作出评判、打分，有的还引入分量化指标进行综合分级。以定性为主的分级方法，如现行的公路、铁路隧道围岩分级等方法经验的成分较大，有一定人为因素和不确定性，在使用中，往往存在不一致，随勘察人员的认识和经验的差别，对同一围岩作出级别不同的判断。采用定性分级的围岩级别，常常出现与实际差别12级的情况。定量分级的做法是根据对岩体性质进行测试的数据或对各参数打分，经计算获得岩体质量指标，并以该指标值进行分级。如国外N.Barton 的Q分级，Z.T.Bieniawsks的地质力学（MRM）分级、Dree的RQD值分级等方法。但由于岩体性质和赋存条件十分复杂，分级时仅用少数参数和某个数学公式难以全面准确地概括所有情况，而且参数测试数量有限，数据的代表性和抽样的代表性均存在一定的局限，实施时难度较大。影响围岩稳定的因素多种多样，主要是岩石的物理力学性质、构造发育情况、承受的荷载（工程荷载和初始应力）、应力变形状态、几何边界条件、水的赋存状态等。这些因素中，岩体的物理力学性质和构造发育情况是独立于各种工作类型的，反映出了岩体的基本特性，在岩体的各项物理力学性质中，对稳定性关系最大的是岩石坚硬程度，岩体的构造发育状态、岩体的不连续性、节理化程度所反映的岩体完整性是地质体的又一基本属性。国内外多数围岩分级都将岩石坚硬程度和岩体的完整程度作为岩体基本质量分级的两个基本因素。1 国标锚杆喷射混凝土支护技术规范围岩分级1.1围岩分级围岩级别的划分应根据岩石坚硬性岩体完整性结构面特征地下水和地应力状况等因素综合确定并应符合表1.1规定。表1.1 围岩分级围岩级别主要工程地质特征毛洞稳定情况岩体结构构造影响程度，结构面发育情况和组合状态岩石强度指标岩体声波指标岩体强度应力比单轴饱和抗压强度(MPa)点荷载强度(MPa)岩体纵波速度(km/s)岩体完整性指标I整体状及层间结合良好的厚层状结构构造影响轻微，偶有小断层结构面不发育，仅有23 组，平均间距大于0 .8m ，以原生和构造节理为主，多数闭合，无泥质充填，不贯通。层间结合良好，一般不出现不稳定块体602.550. 75毛洞跨度510m 时长期稳定，无碎块掉落同I级围岩结构同I 级围岩特征30601. 252. 53.75 .20. 75毛洞跨度510m 时，围岩能较长时间(数月至数年)维持稳定，仅出现局部小块掉落块状结构和层间结合较好的中厚层或厚层状结构构造影响较重，有少量断层，结构面发育，一般为3 组，平均间距0 .40 .8m， 以原生和构造节理为主，多数闭合，偶有泥质充填，贯通性较差，有少量软弱结构面。层间结合较好，偶有层间错动和层面张开现象602. 53 .75. 20 .5同I级围岩结构同I 级围岩特征20300 .851.253 .04.50. 752毛洞跨度510m时围岩能维持一个月以上的稳定主要出现局部掉块塌落同级围岩块状结构和层间结合较好的中厚层或厚层状结构同级围岩块状结构和层间结合较好的中厚层或厚层状结构特征30601. 252.503 .04.50 .50 .752层间结合良好的薄层和软硬岩互层结构构造影响较重结构面发育一般为3组平均间距0 20 4m 以构造节理为主节理面多数闭合少有泥质充填岩层为薄层或以硬岩为主的软硬岩互层层间结合良好少见软弱夹层层间错动和层面张开现象60(软岩20)2 503 0450 300 502碎裂镶嵌结构构造影响较重结构面发育一般为3 组以上平均间距0 20 4m 以构造节理为主节理面多数闭合少数有泥质充填块体间牢固咬合602 503 04.50 300 502同级围岩块状结构和层间结合较好的中厚层或厚层状结构同级围岩块状结构和层间结合较好的中厚层或厚层状结构特征10300 421252 0350 500 751毛洞跨度5m 时围岩能维持数日到一个月的稳定主要失稳形式为冒落或片帮散块状结构构造影响严重一般为风化卸荷带结构面发育一般为3 组平均间距0 40 8m 以构造节理卸荷风化裂隙为主贯通性好多数张开夹泥夹泥厚度一般大于结构面的起伏高度咬合力弱构成较多的不稳定块体301 252 00 151层间结合不良的薄层中厚层和软硬岩互层结构构造影响严重结构面发育一般为3 组以上平均间距0 20 4m 以构造风化节理为主大部分微张(0 51 0mm)部分张开( 1 0mm)有泥质充填层间结合不良多数夹泥层间错动明显30(软岩10)1 252 0350 200 401碎裂状结构构造影响严重多数为断层影响带或强风化带结构面发育一般为3 组以上平均间距0 20 4m 大部分微张(0 51 0mm) 部分张开( 1 0mm) 有泥质充填形成许多碎块体301 252 0350 200 401散体状结构构造影响很严重多数为破碎带全强风化带破碎带交汇部位构造及风化节理密集节理面及其组合杂乱形成大量碎块体块体间多数为泥质充填甚至呈石夹土状或土夹石状2 0毛洞跨度5时围岩稳定时间很短约数小时至数日注1 围岩按定性分级与定量指标分级有差别时一般应以低者为准。2 本表声波指标以孔测法测试值为准如果用其他方法测试时可通过对比试验进行换算。3 层状岩体按单层厚度可划分为厚层大于0 5m中厚层0 10 5m薄层小于0 1m4 一般条件下确定围岩级别时应以岩石单轴湿饱和抗压强度为准当洞跨小于5m，服务年限小于10 年的工程确定围岩级别时可采用点荷载强度指标代替岩块单轴饱和抗压强度指标可不做岩体声波指标测试5 测定岩石强度做单轴抗压强度测定后可不做点荷载强度测定。1.2围岩分级的主要影响因素1.2.1体完整性指标用岩体完整性系数Kv表示，Kv 可按下式计算:Kv=(Vpm/Vpr)2 （1.2-1）式中：Vpm岩体弹性纵波速度（km/s）Vpr岩石弹性纵波速度（km/s）当无条件进行声波实测时也可用岩体体积节理数Jv 按表1.2定Kv 值。表1.2 Jv与Kv对照表Jv(条/m3)60MPa）：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，岩体完整呈巨块状整体结构围岩稳定，无坍塌，可能产生岩爆4.5硬质岩（Rc30MPa）：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；层状岩层为中厚层或厚层，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呈巨块或大块状结构暴露时间长，可能会出现局部小坍塌；侧壁稳定；层间结合差的平缓岩层，顶板易塌落3.54.5硬质岩（Rc30MPa）：受地质构造影响严重，节理发育，有层状软弱面（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、软质岩石互层呈块（石）碎（石）状镶嵌结构拱部无支护时可产生小坍塌，侧壁基本稳定，爆破震动过大易坍2.54.0较软岩（Rc1530MPa）：受地质构造影响较重，节理较发育；层状岩层为薄层、中厚层或厚层，层间一般呈大块状结构硬质岩（Rc30MPa）：受地质构造影响极严重，节理很发育；层状软弱面（或夹层）已基本破坏呈碎石状压碎结构拱部无支护时，可产生较大的坍塌，侧壁有时失去稳定1.53.0软质岩（Rc530MPa）：受地质构造影响严重，节理发育呈块（石）碎（石）状镶嵌结构土体：1.具压密或成岩作用的黏性土、粉土及砂类土2.黄土（Q1、Q2）3.一般钙质、铁质胶结的碎石土、卵石土、大块石土1和2呈大块状压密结构，3呈巨块状整体结构岩体：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）呈角砾碎石状松散结构围岩易坍塌，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）或塌至地表1.02.0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著人、卵石土、圆砾土、角砾土、粉土及黄土（Q3、Q4）非黏性土呈松散结构，黏性土及黄土呈松软结构岩体：受构造影响严重呈碎石、角砾及粉末、泥土状的断层带黏性土呈易壖动的松软结构，砂性土呈潮湿松散结构围岩极易坍塌变形，有水时土砂常与水一齐涌出；浅埋时易塌至地表1.0(饱和状态的土33602.17825271200180020330.20.2550601.52.17078232550012006200.250.339500.71.5607020232005001.360.30.3527390.20.750601720100200120.350.4520270.050.24050151710010.40.52260未风化可微风化的花岗岩、片麻岩、闪长岩、石英岩、硅质灰岩、钙质胶结的砂岩或砾岩等硬岩30Rc60弱风化的极硬岩；未风化或微风化的熔结凝灰岩、大理岩、板岩、白云岩、灰岩、钙质胶结的砂岩、结晶颗粒较粗的岩浆岩等软质岩较软岩15Rc30强风化的极硬岩；弱风化的硬岩；未风化或微风化的云母片岩、千枚岩、砂质泥岩、钙泥质胶结的粉砂岩和砾岩、泥灰岩、泥岩、凝灰岩等软岩50.75较完整结构面23组，以构造型节理、层面为主，裂隙多呈密闭型，部分为微张型，少有充填物块状结构0.75Kv0.55较破碎结构面一般为3组，节理及以风化裂隙为主，在断层附近受构造影响较大，裂隙以微张型和张开型为主，多有充填物层状结构、块石、碎石状结构0.55Kv0.35破碎结构面大于3组，多以风化型裂隙为主，在断层附近受构造作用影响较大，裂隙宽度以张开型为主，多有充填物碎石角砾状结构0.35Kv0.15极破碎结构面杂乱无序，在断层附近受断层作用影响大，宽张裂隙全为泥质或泥夹岩屑充填，充填物厚度大散体状结构Kv0.15表2.3.1-3 围岩基本分级级别岩体特征土体特征围岩弹性纵波速度（km/s）极硬岩，岩体完整4.5极硬岩，岩体较完整；硬岩，岩体完整3.54.5极硬岩，岩体较破碎；硬岩或软硬岩互层，岩体较完整；较软岩，岩体完整2.54.0极硬岩，岩体破碎；硬岩，岩体较破碎基破碎；较软岩或软硬岩互层，且以软岩为主，岩体较完整或较破碎；软岩，岩体完整或较完整具压密或成岩作用的黏性土、粉土及砂类土，一般钙质、铁质胶结的粗角砾土、粗圆砾土、碎石土、卵石土、大块石土、黄土（Q1、Q2）1.53.0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）一般第四系坚硬、硬塑黏性土，稍密及以上、稍湿、潮湿的碎（卵）石土、粗圆砾土、细圆砾土、粗角砾土、细角砾土、粉土、及黄土（Q3、Q4）1.02.0受构造影响很严重呈碎石、角砾及粉末、泥土状的断层带软塑状黏性土、饱和的粉土、砂类土等1.0(饱和状态的土1.5)2.3.2隧道围岩分级修正隧道围岩级别应在围岩基本分级的基础上，结合隧道工程的特点，考虑地下水状态、初始地应力状态等必要的因素进行修正。2.3.2.1地下水状态的分级宜按表2.3.2-1确定。地下水对围岩级别的修正，宜按表2.3.2-2进行。表2.3.2-1 地下水状态的分级级别状态渗水量L/(min10n)干燥或湿润10偶有渗水1025经常渗水25125表2.3.2-2 地下水影响的修正 围岩基本分级地下水状态分级2.3.2.2围岩初始地应力状态，当无实测资料的，可根据隧道工程埋深、地貌、地形、地质、构造运动史、主要构造线与开挖过程中出现的岩爆、岩芯饼化等特殊地质现象，按表2.3.2-3评估。初始地应力对围岩级别的修正宜按表2.3.2-4进行。表2.3.2-3 初始地应力场评估基准初始地应力状态主要现象评估基准（Rc/max）极高应力1.硬质岩：开挖过程中时有岩爆发生，有岩块弹出，洞壁岩体发生剥离，新生裂缝多，成洞性差1.51.50.60.60.20.20.060.06延伸性极差差中等好极好粗糙度明 显台阶状粗 糙波纹状平整光滑有 擦 痕平整光滑张开性(mm)密闭1.0黏土充填风化程度未风化轻微风化颇重风化严重风化极严重风化简要说明地下水状态渗水量L/(min10m)550坚硬岩，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550451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岩层，岩体较完整，块状体或中厚层结构450351坚硬岩,岩体破碎,碎裂结构较坚硬岩,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350251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、铁质胶结的碎石土、卵石土、大块石土较软岩，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250一般第四系的半干硬至硬塑的黏性土及稍湿至潮湿的碎石土，卵石土、圆砾、角砾土及黄土（Q3、Q4）。非粘性土呈松散结构、黏性土及黄土呈松软结构软塑状粘性土及潮湿、饱和粉细砂层、软土等注：本表不适用于特殊条件的围岩分级，如膨胀性围岩、多年冻土等。3.2围岩分级的主要因素公路隧道围岩分级的综合评判方法采用两步分级，并按以下顺序进行： (1)根据岩石的坚硬程度和岩体完整程度两个基本因素的定性特征和定量的岩体基本质量指标（BQ），综合进行初步分级。(2)对围岩进行详细定级时，应在岩体基本质量分级基础上，考虑修正因素的影响修正岩体基本质量指标值。(3)按修正后的岩体基本质量指标BQ，结合岩体的定性特征综合评判，确定围岩的详细分级。3.2.1岩石坚硬程度1 岩石坚硬程度可按表3.2.1-1定性划分。表3.2.1-1 岩石坚硬程度的定性划分 名称定性鉴定代表性岩石硬质岩坚硬岩锤击声清脆，有回弹，震手，难击碎；浸水后，大多无吸水反应未风化微风化的花岗岩、正长岩、闪长岩、辉绿岩、玄武岩、安山岩、片麻岩、石英片岩、硅质板岩、石英岩、硅质胶结的砾岩、石英砂岩、硅质石灰岩等较坚硬岩锤击声较清脆，有轻微回弹，稍震手，较难击碎； 浸水后，有轻微吸水反应1弱风化的坚硬岩； 2未风化微风化的熔结凝灰岩、大理岩、板岩、白云岩、石灰岩、钙质胶结的砂页岩等软质岩较软岩锤击声不清脆，无回弹，较易击碎；浸水后，指甲可刻出印痕1强风化的坚硬岩； 2弱风化的较坚硬岩； 3未风化微风化的凝灰岩、千枚岩、砂质泥岩、泥灰岩、泥质砂岩、粉砂岩、页岩等软岩锤击声哑，无回弹，有凹痕，易击碎；浸水后，手可掰开1强风化的坚硬岩； 2弱风化强风化的较坚硬岩； 3弱风化的较软岩； 4未风化的泥岩等极软岩锤击声哑，无回弹，有较深凹痕，手可捏碎；浸水后，可捏成团1全风化的各种岩石； 2各种半成岩2岩石坚硬程度定量指标用岩石单轴饱和抗压强度（Rc）表达。Rc一般采用实测值，若无实测值时，可采用实测的岩石点荷载强度指数Is（50）的换算值，即按式（3.2.1）计算： Rc= Is（50）0.75 (3.2.1） 3 Rc与岩石坚硬程度定性划分的关系，可按表3.2.1-2确定。表3.2.1-2 Rc与岩石坚硬程度定性划分的关系Rc(MPa)60603030151551.0好或一般节理、裂隙、层面整体状或巨厚层结构较完整121.0差节理、裂隙、层面块状或厚层状结构231.00.4好或一般块状结构较破碎231.00.4差节理、裂隙、层面、小断层裂隙块状或中厚层结构30.40.2好镶嵌碎裂结构一般中、薄层状结构破碎30.40.2差各种类型结构面裂隙块状结构0.2一般或差碎裂状结构极破碎无序很差散体状结构注：平均间距指主要结构面（12组）间距的平均值。2岩体完整程度的定量指标用岩体完整性系数(Kv)表达。Kv一般用弹性波探测值，若无探测值时，可用岩体体积节理数（Jv）按表3.2.2-2确定对应的Kv值。 表3.2.2-2 Jv与Kv对照表 Jv(条/m3)0.750.750.550.550.350.350.1590Kv+30时，应以Rc=90Kv+30和Kv代入计算BQ值。 2 当Kv0.04Rc+0.4时，应以Kv=0.04Rc+0.4和Rc代入计算BQ值。围岩详细定级时，如遇下列情况之一，应对岩体基本质量指标（BQ）进行修正：1 有地下水；2 围岩稳定性受软弱结构面影响，且由一组起控制作用；3 存在高初始应力。 围岩基本质量指标修正值BQ，可按式（3.2.4）计算： BQ=BQ-100（K1+K2+K3） （3.2.4）式中：BQ围岩基本质量指标修正值； BQ围岩基本质量指标； K1地下水影响修正系数； K2主要软弱结构面产状影响修正系数； K3初始应力状态影响修正系数。 K1、K2、K3值，可分别按表3.2.3-1、表3.2.3-2、表3.2.3-3确定。无表中所示情况时，修正系数取零。表3.2.3-1 地下水影响修正系数K1 BQ地下水出水状态450450351350251250潮湿或点滴状出水00.10.20.30.40.6淋雨状或涌流状出水,水压0.1Mpa或单位出水量0.1Mpa或单位出水量10L/minm0.20.40.60.70.91.0表3.2.3-2 主要软弱结构面产状影响修正系数K2结构面产状及其与洞轴线的组合关系结构面走向与洞轴线夹角60,结构面倾角75其它组合K20.40.600.20.20.4表3.2.3-3初始应力状态影响系数K3 BQ初始应力状态550550451450351350251250极高应力区1.01.01.01.51.01.51.0高应力区0.50.50.50.51.00.51.0围岩极高及高初始应力状态的评估，可按表3.2.3-4规定进行。表3.2.3-4高初始应力地区围岩在开挖过程中出现的主要现象应力情况主要现象Rc/max极高应力1.硬质岩：开挖过程中时有岩爆发生，有岩块弹出，洞壁岩体发生剥离，新生裂缝多，成洞性差2.软质岩：岩芯常有饼化现象，开挖过程中洞壁岩体有剥离，位移极为显著，甚至发生大位移，持续时间长，不易成洞370.222坚硬较坚硬岩,结核一般;较软岩,结合好37290.220.123坚硬较坚硬岩,结核差;较软岩软岩,结合一般29190.120.084较坚硬较软岩,结核差结合很差;软岩,结合差;软质岩的泥化面19130.080.055较坚硬岩及全部软质岩,结合很差;软质岩泥化层本身130.053.2.5各级围岩的自稳能力宜根据围岩变形量测和理论计算分析来评定，也可按表3.2.5作出大致的评判。表3.2.5 隧道各级围岩自稳能力判断围岩级别自稳能力跨度20m,可长期稳定,偶有掉块,无塌方跨度10m20m,可基本稳定,局部可发生掉块或小塌方跨度10m,可长期稳定,偶有掉块跨度10m20m,可稳定数日1个月,可发生小中塌方跨度5m20m,可稳定数月,可发生局部块体位移及小中塌方跨度5m,可基本稳定跨度5m,一般无自稳能力,数日数月内可发生松动变形位移、小塌方，进而发展为及中大塌方埋深小时，以拱部松动破坏为主，埋深大时，有明显塑性流动变形和挤压破坏；跨度小于5m,可稳定数日1个月 无自稳能力，跨度5m或更小时，可稳定数日无自稳能力注：小塌方：塌方高度3m，或塌方体积6m，或塌方体积100m3。4水工隧洞围岩分级4.1围岩工程地质总评分表4.1围岩工程地质分类表围岩类别围岩稳定性围岩总评分T围岩强度应力比S（S=RbKv/m）稳定。围岩可长期稳定，一般无不稳定块体T854基本稳定。围岩整体稳定，不会产生塑性变形，局部可能产生掉块85T654局部稳定性差。围岩强度不足局部会产生塑性变形，不支护可能产生塌方和变形破坏。完整的较软岩，可能暂时稳定65T452不稳定。围岩自稳时间很短，规模较大的各种变形和破坏都可能发生45T252极不稳定。围岩不能自稳，变形破坏严重T25注：1. 、类围岩，当其强度应力比S小于本表规定时，围岩类别宜相应降低一级。 2. 表中：Rb岩石饱和单轴抗压强度（MPa），Kv岩体完整性系数，m围岩最大主应力（MPa）。4.2围岩工程地质分类各项因素的评分标准（1） 岩石强度评分，见下表4.2-1。表4.2-1 岩石强度评分岩 质 类 别硬质岩软质岩坚硬岩中硬岩较软岩软岩饱和单轴抗压强度Rb（MPa）Rb6060Rb3030Rb1515Rb5岩石强度评分A3020201010550注：1.岩石饱和单轴抗压强度大于100Mpa时，岩石强度评分为30；2.当岩体完整程度与结构面状态评分之和小于5时，岩石强度评分大于20的，按20评分。（2） 岩体完整程度评分，见下表4.2-2）。表4.2-2 岩体完整程度评分岩体完整程度完整较完整完整性差较破碎破碎岩体完整性系数KvKv0.750.75Kv0.550.55Kv0.350.35Kv0.15Kv0.15岩体完整性评分B硬质岩4030302222141466软质岩25191914149944注：1.当60MPaRb30MPa，岩体完整程度与结构面状态评分之和大于65时，按65评分；2.当30 MPaRb15MPa，岩体完整程度与结构面状态评分之和大于55时，按55评分；3.当15MPaRb5MPa，岩体完整程度与结构面状态评分之和大于40时，按40评分；4.当Rb5MPa，属特软岩，岩体完整程度与结构面状态不参加评分；（3） 结构面状态评分，见下表4.2-3。表4.2-3 结构面状态评分结构面状态张开度W（mm）闭合W0.5微 张0.5W5.0张开W5.0充填物无充填岩屑泥质岩屑泥质起伏粗糙状况起伏粗糙平直光滑起伏光滑或平直粗糙平直光滑起伏粗糙起伏光滑或平直粗糙平直光滑起伏粗糙起伏光滑或平直粗糙平直光滑起伏粗糙结构面状态评分硬质岩272124211521171215129126较软岩272124211521171215129126软岩18141714814118108684注：1.结构面的延伸长度小于3m时，硬质岩、较软岩的结构面状态评分增加3分，软岩增加2分；结构面的延伸长度大于10m时，硬质岩、较软岩的结构面状态评分减3分，软岩减2分；2.当结构面张开宽度10mm，无充填时，结构面状态评分为0。（4） 地下水状态评分，见下表4.2-4。表4.2-4 地下水状态评分活动状态干燥、渗水、滴水线状流水涌水水量q（L/min10m洞长）或压力水头H（m）q25或H1025Q125或10H100Q125或H100基本因素评分TT85地下水评分D00-2-2-685T650-2-2-6-6-1065T45-2-6-6-10-10-1445T25-6-10-10-14-14-18T25-10-14-14-18-18-20注：基本因素评分T系前述岩石强度评分A、岩体完整性评分B和结构面状态评分C之和。（5） 要结构面产状评分，见下表4.2-5。表4.2-5 主要结构面产状评分结构面走向与洞轴线夹角结构面倾角结构面产状评分E洞顶边墙9060700-27045-2-54520-5-220-100603070-2-57045-5-104520-10-220-1203070-5-107045-10-124520-12-520-120注：按岩体完整程度分级为完整性差、较破碎和破碎的围岩不进行主要结构面产状评分的修正。5 Q系统分类(挪威法)5.1 Q系统发展历程Q系统是挪威岩土所Barton等人在19711974年根据249条隧道工程的实践总结，研究得出的一种将围岩分类与支护设计集于一体的方法。迄今为止已有3个版本的Q分类与支护建议的图表问世，其中的第三个版本（2004版）是总结世界上2000多条隧道工程实践并以此经验将1992年版本不断完善而得到的，这种方法可以应用于隧道工程的勘察、规划和设计阶段，也可用于隧道施工阶段，它可以通过现场观测，也可以通过对地质岩芯取样的描述计算得到对应的Q值，借此来评价围岩质量的指标。1974年，挪威地质所N.Barton等人在249条隧道工程实践的基础上第一次提出隧道围岩分类与支护关系的图表，该表内容相对较少，结构也较为简单，当时的支护手段主要采用网喷混凝土，如图1。图1 Q系统围岩分类与支护综合表(1974)1992年，N.Barton等人根据近1500个永久地下结构物的施工记录整理结果结出了经验设计方法该方法是通过一张综合考虑因素的图来选择隧道支护参数的。由于在20世纪70年代末，纤维增强喷射混凝土得到大量的应用，并基于这些工程支护的经验，N.Barton等人对分类与支护图表也作了大量的修改和细化，此时的主要支护手段为纤维增强喷射混凝土。如图2。图1 Q系统围岩分类与支护综合表(1992)2004年出版的挪威隧道和地下2004年度报告中给出了第三张分类与支护图表（基于2000条隧道统计结果），如图3所示，该表比1992年的图表更加细化了支护的内容。图3 Q系统围岩分类与支护综合表(2004)5.2 Q系统简要用法介绍Q分类法主要考察围岩结构、完整性和应力情况及其对应的6个参数，通过公式（5.2-1）计算得到Q值，每一个Q值都反映所在掌子面处的围岩情况，为了更具有代表性，Q值可以是一个范围。但Q分类法中参数取值也是通过给定性描述赋权值的方法进行，所以在实施中也难免带有人为因素，同时Q系统建议的比较经济的隧道支护方法，由于种种原因在我国还没有得到有效和推广应用。尽管如此，Q系统的分类方法能给围岩的好坏赋于一个数值，它可以作为我国隧道分类方法的一个有益补充，使围岩分类的结果更贴近实际地质情况。 (5.2-1)式中：QN.Barton岩质评定系数；RQD岩体质量指标；Jn岩体组数；Jr节理粗糙度；Ja节理蚀变系数；Jw节理折减系数；SRF应力折减系数。式中，第一个商数（）表示岩体的完整性；第二个商数（）表示结构面形态，充填物特征及次生变化程度；第三个商数（）表示水与应力存在时对岩体质量的影响。下面简述各个系数所代表的意义和取值方法。(1)RQD值，岩体质量指标。RQD是Deree推荐了一种在钻进时统计岩体质量指标（Rock Quality Designation）进行岩体分类的方法。RQD值的定义是：采用NX标准钻头钻进，每一回次进尺中，长度大于10cm的完整岩芯段所占的百分比，即： (5.2-2)式中：l岩芯单节长，10cm；L钻孔长度。在统计时沿岩芯中心量测，明显在钻进中产生的裂隙不计。取值如表5.2-1。表5.2-1 岩石质量指标（RQD，%）A极差025B差2550C一般5075D好7590E极好90100注：当RQD10时，取10； RQD最小间隔为5。(2)Jn，岩体组数。常常受到节理、片理、板岩劈现或层理等的影响。如果这类平行的“节理”很发育，显然可视之为一个节理组，但如果可见的“节理”很稀疏，并没有固定的产状，可以称之为随机节理。如图4和表5.2-2。图4 节理取值简图表5.2-2节理组数（Jn）A整体没有或几乎没有节理0.51B一组节理2C一组节理加随机裂隙3D二组节理4E二组节理加随机裂隙6F三组节理9G三组节理加随机裂隙12H四组或四组以上节理，随机裂隙，严重节理化，呈糖块状等15I组节理挤压破碎岩石、土状岩石20注：对于巷洞交叉点，用3*Jn；对于洞口，用2*Jn。(3)Jr，节理粗糙度。用来表示节理壁的粗糙度，一般能过手指就可以触摸，结合描述表就可确定，如表5.2-5。表5.2-3 节理粗糙度(Jr)a)节理面接触b)节理面在剪切变形10cm前仍接触A不连续节理4B粗糙或不规则，起伏3C光滑，起伏2D表面光滑，起伏1.5E粗糙或不规则，平面1.5F光滑，平面1G表面光滑，平面0.5注：以上描述适用于小规模特征和中规模特征；剪切时节理面不接触H节理面间含有粘土矿物厚度足以阻止节理面接触1.0J砂质、砾石或破碎带的厚度足以阻止节理面接触1.0注：如果相应节理组的平均间距大于3m时，加10；如果线理方向对强度影响很小，则对有线理的平面磨光节理可取Jr=0.5。(4)Ja，节理的蚀变程度。与Jr相比，节理的蚀变程度是进一步来确定节理填充物对节理稳定性的作用，一般通过填充物的厚度和成分，特别是在填充物中含有粘土成分时应给予足够的重视。如表表5.2-4。表5.2-4 节理蚀为系数（Ja）Jar（）a)节理面接触A紧密结合，坚硬，非软化，不透水；充填物，如石英、绿帘石0.75B节理壁未蚀变，仅表面稍有污染1.02535C节理壁轻度蚀变，非软化矿物被覆层，有砂质颗粒和无粘土的碎裂岩石等2.02530D粉砂或砂质粘土被覆层，小部分粘土（非软化）3.02025E软化或低摩擦阻力粘土矿物被覆层，即高岭石或云母，也有绿帘石、滑石、石膏、石墨等，以及少量膨胀性粘土4.0816b)节理面在剪切变形10cm前仍接触F砂质颗粒，无粘土碎裂岩石等4.02530G高超固结非软化粘土矿物充填物（连续，但厚度5mm）6.01624H中等或低超固结，软化，粘土矿物充填物（连续，厚度5mm）8.01216J膨胀粘土充填物，即蒙脱石（连续，但厚度5mm），Ja值取决于膨胀粘土颗粒的百分率和浸水程度等81262c)剪切变形时节理面不接触KLM碎裂带或碎裂层，或破碎岩石和粘土（见G.H.J的粘土条件描述）6,8或812624N粉砂，或砂质粘土带或层，小部分粘土（非软化）5.0OPR厚的、连续的粘土带或粘土层（见G.H.J的粘土条件描述）10,13或1320624(5)Jw，节理水折减系数。节理水可能会软化节理的填充物从而降低节理间摩擦力，较大的节理水会冲出填充物，使岩体稳定性大大降低。其取值如表5.2-5所示。表5.2-5节理水的折减系数（Jw）Jw水压MNm-2A开挖时干燥或有微量渗水,即局部5L/min1.01.0F无明显衰减的持续异常大涌水或高水压0.10.051.0注：因素C到F是粗略估计,如果装有排水设施应增大Jw；由于冰冻引起的特殊问题未加考虑。(6)SRF，一般来说，SRF是表述应力与围岩强度关系的一个参数，在隧道工程施工之前可以通过早期的地质调查大致上确定该地区的SRF值；隧道掘进开始后，可以通过现场的应力测量和围岩稳定性的观测来修正SRF值；围岩的应力状态可以大致分为以下4类。（见表5.2-6）表5.2-6 应力折减系数（SRF） a)软弱带与开挖的巷道相交，开挖时可能造成岩体松脱A含粘土的软弱带可化学分解的岩石频繁出现，围岩非常松散（处于任何深度）10B单个含粘土软弱带，或化学分解的岩石（巷道深度50m）2.5D坚固岩石中多个剪切带（无粘土），松散围岩（处于任何深度） 7.5E坚固岩石中含单一剪切带（无粘土，巷道深度50m）2.5G松散