隧道工程第二章隧道工程地质环境及围岩分级课件

第二章第二章 隧道工程地质环境及围岩分级隧道工程地质环境及围岩分级褶皱褶皱断层断层节理节理所有方法的基础直观，但成本高，施工影响大适用基本认定不良地质区段，对施工干扰大围岩自重应力场的变化规律围岩自重应力场的变化规律 应力是随深度成线性增加应力是随深度成线性增加 水平应力总是小于垂直应力，最多也只能与其相等水平应力总是小于垂直应力，最多也只能与其相等更为常用第四节第四节 围岩分级围岩分级 根据坑道开挖实践，坑道开挖后的稳定性可分为以下几类：根据坑道开挖实践，坑道开挖后的稳定性可分为以下几类：1)充分充分稳定的定的 坑道在长时间内有足够的自稳能力，无需任何人为支护坑道在长时间内有足够的自稳能力，无需任何人为支护而能维持稳定，无坍塌、偶尔有掉块。而能维持稳定，无坍塌、偶尔有掉块。2)基本稳定的基本稳定的 坑坑道道会会因因爆爆破破、岩岩块块结结合合松松弛弛等等而而产产生生局局部部掉掉块块，但但不不会引起坑道的坍塌，坑道是稳定的。会引起坑道的坍塌，坑道是稳定的。3)暂时稳定的定的 大多数坑道是属于大多数坑道是属于这个个类型的。坑道开挖后呈型的。坑道开挖后呈现出不同出不同程度的坍塌程度的坍塌现象，坍塌后的坑道呈拱形而象，坍塌后的坑道呈拱形而处于于暂时稳定状定状态。4)不不稳定的定的 (一一)以岩石强度或岩石的物性指标为代表的分级方法以岩石强度或岩石的物性指标为代表的分级方法 在在这种分种分级方法中，具有代表性的是前方法中，具有代表性的是前苏联普落托奇雅普落托奇雅柯柯诺夫夫(M.Jipoctonbn Monos)教授提出的教授提出的“岩石岩石坚固系数固系数”分分级法法(或称或称“”值分分级法，或普氏分法，或普氏分级法法)。这种分种分级方法在我国方法在我国的隧道工程中得到了广泛的的隧道工程中得到了广泛的应用。用。我国工程部我国工程部门在将分在将分级法法应用到隧道工程的用到隧道工程的设计、施工、施工时，已注意到必已注意到必须考考虑岩体的地岩体的地质构造、构造、风化程度、地下水状况等化程度、地下水状况等多种因素的影响，而将由多种因素的影响，而将由单一岩石一岩石强强度决定的度决定的值适当降低适当降低，即：，即：式中式中 值是由岩石是由岩石强强度决定的，度决定的，是考是考虑地地质条件的折减条件的折减系数，一般情况下，系数，一般情况下，1.0。二、围岩的分级方法二、围岩的分级方法(二二)以岩体构造、岩性特征为代表的分级方法以岩体构造、岩性特征为代表的分级方法 60年年代代，我我国国在在积累累大大量量铁路路隧隧道道修修建建经验的的基基础上上，提提出出了了以以岩岩体体综合合物物性性指指标为基基础的的“岩岩体体综合合分分级法法”，并并于于1975年年经修修正正后后被被我我国国“铁路路工工程程技技术规范范(隧隧道道)”所所采采用用。该分分级法将隧道法将隧道围岩分岩分为6级。这类方方法法的的优点点是是正正确确地地考考虑了了地地质构构造造特特征征、风化化状状况况、地地下下水水情情况况等等多多种种因因素素对隧隧道道围岩岩稳定定性性的的影影响响，并并建建议了了各各类围岩岩应采采用用的的支支护类型型和和施施工工方方法法。此此外外，这种种分分级法法最最早早考考虑了了埋埋深深对围岩岩级别的的影影响响。其其缺缺点点是是分分类指指标还缺缺乏乏定定量量描描述述，没没有有提提供供可可靠靠的的预测隧隧道道围岩岩级别的的方方法法，在一定程度上要等到隧道开挖后才能确定。在一定程度上要等到隧道开挖后才能确定。三、与地质勘探手段相联系的分级方法三、与地质勘探手段相联系的分级方法 围围岩岩弹弹性性波波速速度度是是判判断断岩岩性性、岩岩体体结结构构的的综综合合指指标标，它它既既可可以以反反映映岩岩石石软软硬硬，又又可可以以表表达达岩岩体体结结构构的的破破碎碎程程度度。因因此此，在在弹弹性性波波速速度度基基础础上上，综综合合考考虑虑与与隧隧道道开开挖挖及及土土压压有有关关的的因因素素(岩岩性性、风风化化程程度度、破破碎碎状状态态、含含水水及及涌涌水水状状态态等等)，将将围围岩岩分分为为7级。级。我我国国1986年年施施行行的的“铁路路隧隧道道设计规范范”中中将将弹性性波波(纵波波)速度引入隧道速度引入隧道围岩分岩分级中，将中，将围岩分岩分为6级(表表4-4)。围岩类别围岩类别弹性波速弹性波速(km/s)4.53.54.52.54.01.53.01.02.01.0饱饱和和土土1.5表表4-4 弹性波弹性波(纵波纵波)速度分级速度分级(四四)以多种因素进行组合的分级方法以多种因素进行组合的分级方法 这这种种分分级级法法认认为为，评评价价一一种种岩岩体体的的好好坏坏，既既要要考考虑虑地地质质构构造造、岩岩性性、岩岩石石强强度度，还还要要考考虑虑施施工工因因素素，如如掘掘进进方方向向与与岩岩层层之之间间的的关关系系、开开挖挖断断面面的的大大小小等等，因因此此就就需需要要建建立在多种因素的分析基础之上。立在多种因素的分析基础之上。在在这这类类分分级级法法中中，比比较较完完善善的的是是1974年年挪挪威威地地质质学学家家巴巴顿顿(N.Barton)等等人人所所提提出出的的“岩岩体体质质量量Q”分分级级法法。Q与六个表明岩体质量的地质参数有关，表达如下：与六个表明岩体质量的地质参数有关，表达如下：根据不同的根据不同的Q值，将岩体质量评为九等，详见表值，将岩体质量评为九等，详见表4-5。岩岩体体质质量量特别特别好好极好极好良好良好好好中等中等不良不良坏坏极坏极坏特别特别坏坏Q4001000100400401001040410140.110.010.10.0010.01表表4-5 岩体质量评估岩体质量评估(五五)以工程对象为代表的分级法以工程对象为代表的分级法 这类分分级法法如如专门适适用用于于喷锚支支护的的原原国国家家建建委委颁布布的的围岩岩分分级法法(1979年年)、苏联在在巴巴库修修建建地地下下铁道道时所所采采用用的的围岩岩分分级法法(1966年年)等等，优点点是是目目的的明明确确，而而且且和和支支护尺尺寸寸直接挂直接挂钩，因此，使用方便，因此，使用方便，对指指导施工很起作用。施工很起作用。三、我国现行铁路隧道围岩分级方法三、我国现行铁路隧道围岩分级方法我国我国现行的行的铁路隧道路隧道设计规范范明确明确规定，目前定，目前铁路隧道路隧道围岩分岩分级采用以采用以围岩岩稳定性定性为基基础的分的分级方法。方法。围岩分级的基本因素及围岩基本分级围岩分级的基本因素及围岩基本分级1、围岩分级的基本因素、围岩分级的基本因素 围岩基本分岩基本分级应由由岩石岩石坚硬程度硬程度和和岩体完整程度岩体完整程度两个基两个基本因素确定。岩石本因素确定。岩石坚硬程度和岩体完整程度硬程度和岩体完整程度应采用定性划分采用定性划分和定量指和定量指标两种方法确定。两种方法确定。岩石类别岩石类别单轴饱和抗压极限强度单轴饱和抗压极限强度(MPa)代代 表表 性性 岩岩 石石硬硬质质岩岩极硬岩极硬岩60花岗岩、闪长岩、玄武岩等岩浆岩；花岗岩、闪长岩、玄武岩等岩浆岩；硅硅岩岩、钙钙质质胶胶结结的的砾砾岩岩及及砂砂岩岩、石石灰灰岩岩、白白云云岩岩等沉积岩；等沉积岩；片麻岩、石英岩、大理岩、板岩、片岩等变质岩片麻岩、石英岩、大理岩、板岩、片岩等变质岩硬硬 岩岩3060软软质质岩岩较软岩较软岩1530凝灰岩等喷出岩；凝灰岩等喷出岩；砂砾岩、泥质砂岩、泥质页岩、炭质页岩、泥灰砂砾岩、泥质砂岩、泥质页岩、炭质页岩、泥灰岩、泥岩、煤等沉积岩；岩、泥岩、煤等沉积岩；云母片石或千枚岩等变质岩云母片石或千枚岩等变质岩软软 岩岩515极软岩极软岩15 岩石岩石坚硬程度硬程度划分划分为极硬岩、硬岩、极硬岩、硬岩、较软岩、岩、软岩岩和极和极软岩等岩等5类（表（表2-4-1）表表2-4-1 岩石坚硬程度的划分岩石坚硬程度的划分岩岩体体完完整整程程度度划划分分为为完完整整、较较完完整整、较较破破碎碎、破破碎碎和和极极破破碎等碎等5类类(表表2-4-2)。完整程度完整程度结结 构构 面面 特特 征征结构类型结构类型岩体完整性指数岩体完整性指数完完 整整结结构构面面12组组，以以构构造造型型节节理理或或层层面面为主，密闭型为主，密闭型巨块状整体结构巨块状整体结构0.75较完整较完整结结构构面面23组组，以以构构造造型型节节理理、层层面面为为主主，裂裂隙隙多多呈呈密密闭闭型型，部部分分为为微微张张型，少有充填物型，少有充填物块状结构块状结构0.75 0.55较破碎较破碎结结构构面面一一般般为为3组组，以以节节理理及及风风化化裂裂隙隙为为主主，在在断断层层附附近近受受构构造造影影响响较较大大，裂裂隙隙以以微微张张型型和和张张开开型型为为主主，多多有有充充填物填物层状结构、层状结构、块石碎石结构块石碎石结构0.55 0.35破破 碎碎结结构构面面大大于于3组组，多多以以风风化化型型裂裂隙隙为为主主，在在断断层层附附近近受受构构造造作作用用影影响响大大，裂隙以张开型为主，多有充填物裂隙以张开型为主，多有充填物碎石角砾状结构碎石角砾状结构0.35 0.15极破碎极破碎结结构构面面杂杂乱乱无无序序，在在断断层层附附近近受受断断层层作作用用影影响响大大，宽宽张张裂裂隙隙全全为为泥泥质质或或泥泥夹岩屑充填，充填物厚度大夹岩屑充填，充填物厚度大散体状结构散体状结构0.15表2-4-22、围岩基本分级、围岩基本分级围岩围岩级别级别岩岩 体体 特特 征征土土 体体 特特 征征围岩弹性纵波围岩弹性纵波速度速度(km/s)极硬岩，岩体完整极硬岩，岩体完整-4.5极硬岩，岩体较完整；极硬岩，岩体较完整；硬岩，岩体完整硬岩，岩体完整-3.54.5极硬岩，岩体较破碎；极硬岩，岩体较破碎；硬岩或软硬岩互层，岩体较完整；硬岩或软硬岩互层，岩体较完整；较软岩，岩体完整较软岩，岩体完整-2.54.0极硬岩，岩体破碎；极硬岩，岩体破碎；硬岩，岩体较破碎或破碎；硬岩，岩体较破碎或破碎；较较软软岩岩或或软软硬硬岩岩互互层层，且且以以软软岩岩为为主主，岩体较完整或较破碎；岩体较完整或较破碎；软岩，岩体完整或较完整软岩，岩体完整或较完整具具压压密密或或成成岩岩作作用用的的粘粘性性土土、粉粉土土及及砂砂类类土土，一一般般钙钙质质、铁铁质质胶胶结结的的碎碎(卵卵)石石土土、大大块块石石土土，黄土黄土(Q1、Q2)1.53.0软岩，岩体破碎至极破碎；软岩，岩体破碎至极破碎；全全部部极极软软岩岩及及全全部部极极破破碎碎岩岩(包包括括受受构造影响严重的破碎带构造影响严重的破碎带)一一般般第第四四系系坚坚硬硬、硬硬塑塑粘粘性性土土，稍稍密密及及以以上上、稍稍湿湿、潮潮湿湿的的碎碎(卵卵)石石土土、圆圆砾砾土土、角角砾砾土土、粉粉土及黄土土及黄土(Q3、Q4)1.02.0受受构构造造影影响响很很严严重重呈呈碎碎石石、角角砾砾及及粉粉末、泥土状的断层带末、泥土状的断层带软软塑塑状状粘粘性性土土、饱饱和和的的粉粉土土、砂类土等砂类土等1.0(饱和状态饱和状态的土的土1.5)根据根据岩石坚硬程度岩石坚硬程度和和岩体完整程度岩体完整程度将围岩分为将围岩分为6级级(见下表见下表)。围岩分级的影响因素及分级的修正围岩分级的影响因素及分级的修正1、地下水、地下水 在在隧隧道道围围岩岩分分级级中中水水的的影影响响是是不不容容忽忽视视的的，在在同同级级围围岩岩中中，遇遇水水后后则则适适当当降降低低围围岩岩级级别别。降降低低的的幅幅度度主主要要视视：围围岩岩的的岩岩性性及及结结构构面面的的状状态态；地地下下水水的的性性质质、大大小小、流流通通条条件件及及对对围围岩岩浸浸润润状状况况和和危危害害程程度度而而定定。本本围围岩岩分分级级中关于地下水影响的修正参照表中关于地下水影响的修正参照表2-4-4和表和表2-4-5。级别级别状态状态渗水量渗水量L/(min10m)干燥或湿润干燥或湿润10偶有渗水偶有渗水1025经常渗水经常渗水25125表表2-4-4 地下水状态的分级地下水状态的分级 围岩级别围岩级别地下水状态级别地下水状态级别-表表2-4-5 地下水影响的修正地下水影响的修正2、初始应力场、初始应力场 围围岩岩的的初初始始应应力力状状态态对对岩岩体体的的构构造造一一力力学学特特征征是是有有一一定定影影响响的的。因因此此，围围岩岩分分级级中中考考虑虑了了初初始始应应力力状状态态的的影影响响，将将初初始始应应力力场场采采取取修修正正系系数数的的方方法法，对对围围岩岩级级别别予予以以降降级级(表表2-4-6和表和表2-4-7)。初始地应初始地应力状态力状态主主 要要 现现 象象评估基准评估基准()极高应力极高应力硬硬质质岩岩：开开挖挖过过程程中中时时有有岩岩爆爆发发生生，有有岩岩块块弹弹出出，洞洞壁壁岩体发生剥离，新生裂缝多，成洞性差岩体发生剥离，新生裂缝多，成洞性差4软软质质岩岩：岩岩心心常常有有饼饼化化现现象象，开开挖挖过过程程中中洞洞壁壁岩岩体体有有剥剥离离，位位移移极极为为显显著著，甚甚至至发发生生大大位位移移，持持续续时时间间长长，不不易成洞易成洞高应力高应力硬硬质质岩岩：开开挖挖过过程程中中可可能能出出现现岩岩爆爆，洞洞壁壁岩岩体体有有剥剥离离和和掉块现象，新生裂缝较多，成洞性较差掉块现象，新生裂缝较多，成洞性较差47软软质质岩岩：岩岩心心时时有有饼饼化化现现象象，开开挖挖过过程程中中洞洞壁壁岩岩体体位位移移显著，持续时间长，成洞性差显著，持续时间长，成洞性差 围岩级别围岩级别 初始地应力状态初始地应力状态极高应力极高应力或或高应力高应力或或表表2-4-6 初始地应力状态评估初始地应力状态评估表表2-4-7 初始地应力影响的修正初始地应力影响的修正51写在最后写在最后成功的基础在于好的学习习惯成功的基础在于好的学习习惯The foundation of success lies in good habits谢谢大家荣幸这一路，与你同行ItS An Honor To Walk With You All The Way讲师：XXXXXX XX年XX月XX日