隧道工程地质环境及围岩分级

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1～2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。

铁路隧道围岩分级围岩级别围岩主要工程地质条件围岩开挖后的稳定状态（单线）围岩弹性纵波速度υp(km/s)主要工程地质特征结构特征和完整状态Ⅰ极硬岩（单轴饱和抗压强度R C＞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＞4.5Ⅱ硬质岩（R C＞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4.5～3.5Ⅲ硬质岩（R C＞30MPa）：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不致产生滑动；层状岩层为薄层或中厚层，层间结合差，多有分离现象，硬质、软质岩石互层呈块（石）碎（石）状镶嵌结构拱部无支护时可能产生小坍塌；侧壁基本稳定，爆破震动过大易塌2.5～4.0较软岩（R C=15～30MPa）：受地质构造影响较重，节理较发育，层状岩层为薄层、中厚层、厚层，层间结合一般呈大块状结构Ⅳ硬质岩（R C＞30MPa）：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能产生较大坍塌；侧壁有时失去稳定1.5～3.0软质岩（R C≈5～30MPa）：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）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1.5～3.0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、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Ⅵ岩体：受构造影响严重呈破碎、角砾及粉末、泥土状的断层带黏性土呈易蠕动的松软结构，砂性土呈潮湿松散结构围岩极易易坍塌变形，有水时土砂常与水一起涌出；浅埋时易塌至地表或塌至地表＜1.0（饱和状态的土＜1.5）土体：软塑状黏性土，饱和的粉土、砂类土等注：1表中“围岩级别”和“围岩主要工程地质条件”栏，不包括膨胀性围岩、多年冻土等特殊；2关于隧道围岩分级的基本因素和围岩基本分级及其修正，可按本规范附录A的方法确定。

将军沟隧道围岩分级的讨论一、规范对隧道围岩分级的规定二、岩体特征：1、右线进口：岩体特征：掌子面岩性为灰岩、泥灰岩，中薄层为主，岩体受构造作用影响严重，较破碎，岩石强度低，中风化，掌子面左侧围岩呈碎裂结构，右侧呈块碎状结构，掌子面潮湿～渗水，整体稳定性较差（掌子面见YK581+356）。

本次雷达预报探测范围YK581+356~YK581+391段计35米，从点测及线测结果来看，本段范围内雷达反射波特征基本相同，预计其围岩特征与掌子面基本相似，岩性主要为中薄层泥灰岩、灰岩，岩体较破碎，围岩稳定性较差。

按《公路隧道设计规范》（JTG D70－2004）有关技术规范的规则判定，本段范围内围岩级别建议为ⅴ级。

相比较而言，YK581+371、YK581+384处有异常界面，该位置应根据炮眼钻进情况谨慎掘进。

（测试结果见附图1）附图1 雷达测试波形图（掌子面YK581+356）掌子面YK581+356-1掌子面YK581+356-2掌子面YK581+356-32、右线出口：掌子面处有坍塌体大量堆积，岩性以碎石土及破碎炭质泥灰岩为主，渗水，围岩整体稳定性极差。

2008年6月13日雷达预报探测范围YK582+398～YK582+363段35米，从探测结果发现，YK582+398～YK582+384.5段13.5米范围内雷达反射波不稳定，预计该段岩体仍然与掌子面处一致，稳定性极差。

YK582+384.5～YK582+363段21.5米范围内雷达反射波相对稳定，预计该段岩体特征与掌子面处相比稍好（测试结果见图2）。

2008年7月7日雷达探测范围YK582+387～YK582+357段30米，从探测结果发现，YK582+387～YK582+377段10米范围内雷达反射波较强，波幅及相位变化较大，预计该段岩体渗入较多地下水，岩石软化程度较重，稳定性极差。

按《公路隧道设计规范》（JTG D70－2004）有关技术规范的规则判定，本段范围内围岩级别建议为ⅴ级偏弱，建议初支采取加强措施。

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。

发展过程大体有以下几类型：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，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)，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。

一、公路隧道围岩的分级1、一级围岩：坚硬岩，岩体完整，巨整体状或巨厚层状结构。

围岩基本质量指标大于550兆帕。

2、二级围岩：坚硬岩，岩体完整，块状或厚层状结构；较坚硬岩，岩体完整，块状整体结构。

围岩基本质量指标在550至451兆帕之间。

3、三级围岩：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石。

岩体较完整，快状体或中厚层结构。

围岩基本质量指标在450至351兆帕之间。

4、四级围岩：坚硬岩，岩体较破碎。

碎裂结构，较坚硬岩、岩体较破碎，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，压密或成岩作用的黏土及砂性土；黄土。

一般钙质、铁质胶结的碎石土、卵石土、大块石土。

围岩基本质量指标在350至251兆帕之间。

5、五级围岩：较软岩，岩体破碎；软岩，岩体较破碎至破碎；及破碎各类岩体，碎裂状，松散结构。

一般第四系的半干硬至重塑的黏土及稍湿至潮湿的碎石土，卵石土、网砾、角砾及黄土。

非黏土呈松散结构，黏土及黄土呈松软结构。

围岩基本质量指标小于等于250。

6、六级围岩：软塑状黏土及潮湿、饱和粉细砂层、软土等。

其中一级围岩为最好结构，六级围岩为最差结构。

二、围岩的初步判定1、隧道围岩的分级的综合评定方法宜采用两步分级，并按以下顺序进行：围岩分级分为初步分级和和详细分级。

其中初步分级为：定性（坚硬、完整）+定量。

详细分级为考虑修整因素的影响，修整定量。

修正因素为：有无地下水、软弱结构面，且有一组起控制作用。

是否存在高的初应力。

三、隧道的构成1、隧道主要由主体构造物和附属构造物构成。

其中主体构造物有分为：洞门和洞身衬砌。

附属构造物分为：通风、照明、安全措施、供配电、应急系统等。

2、不同的分类形式分为不同的种类：（1）按地层分类，分为岩石隧道、土质隧道。

（2）按所处位置分为，山岭隧道、城市隧道、水底隧道。

（3）按埋深长度分为，浅埋隧道和深埋隧道。

（4）按长度分为，短、中、长、特长。

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。

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。

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 .1~0 .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。

3公路隧道围岩分级3.1公路隧道围岩分级围岩级别可根据调查、勘探、试验等资料、岩石隧道的围岩定性特征、围岩基本质量指标（BQ）或修正的围岩质量指标[BQ]值、土体隧道中的土体类型、密实状态等定性特征，按表3.1确定。

当根据岩体基本质量定性划分与（BQ）值确定的级别不一致时，应重新审查定性特征和定量指标计算参数的可靠性，并对它们重新观察、测试。

在工程可行性研究和初勘阶段，可采用定性划分的方法或工程类比方法进行围岩级别划分。

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。

铁路隧道围岩分级一、铁路隧道围岩分级类型根据《铁路隧道工程施工技术指南》铁路隧道围岩分级判定的内容将不同岩石性质和岩体结构的隧道围岩分为Ⅰ～Ⅵ六个基本级别。

铁路隧道围岩分级表注：表中“围岩级别”和“围岩主要工程地质条件”栏，不包括膨胀性围岩、多年冻土等特殊岩土。

二、围岩级别判定的一般步骤1、收集整理隧道场地的区域地质资料，分析研究设计图纸上详细的地勘报告，明确隧区主要的岩层、岩性、岩体构造、不良地质以及水文地质条件。

特别是要详细研究不良构造体和不良地质作用对隧道区围岩的岩石强度、岩体完整性的影响。

从整体上把握该区域工程地质条件。

2、按照编制的实施性超前地质预报组织进行隧道掌子面前方地质预测预报，并根据真实的预报结论分析判断掌子面前方的围岩情况。

一方面根据预报结论初步判断围岩基本分级的级别，并将其与设计时提供的围岩分级进行比对，另一方面作为围岩级别和支护方案变更的依据之一。

3、实时记录掌子面地质素描表和围岩级别判定卡中的内容，特别是要客观填写掌子面围岩的岩性指标、岩体完整性情况和地下水状况，这些指标均是作为围岩基本分级的理论依据。

如果难以明确围岩的地质条件，可通过实验和理论计算来确定围岩的各项力学性能和构造特点，来加以判断围岩级别。

4、根据得出的围岩岩性特征、构造特征以及其它相关资料并按照隧道围岩分级的标准进行围岩级别的判定。

三、围岩判定主要依据1、岩石的坚硬程度①从定性划分硬质岩包括坚硬岩和较硬岩，软质岩包括较软岩、软岩和及软岩。

坚硬岩:锤击声清脆，有回弹，震手，难击碎，基本无吸水反应。

代表性岩石如未风化～微风化花岗岩、闪长岩、辉绿岩、玄武岩、安山岩、片麻岩、石英岩、石英砂岩、硅质砾岩、硅质石灰岩等。

较硬岩:锤击声较清脆，有轻微回弹，稍震手，较难击碎，有轻微吸水反应。

代表性岩石有1、微风化的坚硬岩石；2、未风化的大理岩、板岩、石灰岩、白云岩、钙质砂岩等。

较软岩:锤击声不清脆，无回弹，轻易击碎，浸水后指甲可刻出印痕。

隧道围岩分级[BQ]值内容及计算步骤讲解隧道围岩分级计算内容及步骤：一、根据本隧道试验对各岩层进行统计计算：（注：隧道取样时为了满足试验项目而要求取较完整的岩石，工程地质性质相对较好）根据《工程地质手册》关于岩体的单轴抗压：中风化：灰岩：Rc＝26.42-83.99MPa；二、根据钻孔波速测试成果及地震波速测试对各层进行统计计算：根据《工程地质手册》关于灰岩的纵波波速：中风化：灰岩：Vp＝2442-2990m/s，计算值Kv＝0.105-0.41；三、根据计算公式：Kv=（Vpm /Vpr）2BQ=90+3Rc+250Kv[BQ]=BQ-100(K1+K2+K3)综合考虑隧道围岩岩性、完整性、结构构造、节理裂隙发育情况、围岩埋深情况等，结合围岩定性划分，分段计算出围岩基本质量指标BQ值，并根据地下水、软弱结构面、高初始应力情况对围岩基本质量指标进行修正，计算出[BQ]值，详细评述如下：左线：1、ZK40+725-ZK40+807围岩主要为地表为①碎石：层厚 5.5-16.4米。

②3中风化灰岩：层理裂隙发育，Rc=27.32MPa，Vpm=2489m/s，计算Kv值为0.12，岩体节理裂隙发育，围岩富水性不均一，透水性较弱。

计算灰岩：BQ=90+3*27.32+250*0.12=201.96；综合分析，取较低值。

地下水修正系数K1＝0.5，无软弱结构面，不存在高应力，计算[BQ]＝201.96-0.5*100＝151.96；综合考虑围岩定性与定量指标，围岩级别定为Ⅴ级。

2、ZK40+807-ZK41+048围岩主要为中风化灰岩：节理裂隙较发育，岩石Rc=42.4 MPa，Vpm＝2637m/s；计算Kv值为0.31。

岩体节理裂隙较发育，渗透性弱。

计算灰岩：BQ＝90+3*42.4+250*0.31＝294.7；综合分析，取较低值。

地下水修正系数K1＝0.30，无软弱结构面，不存在高应力，计算[BQ]＝294.7-0.3*100＝264.7；综合考虑围岩定性与定量指标，围岩级别定为Ⅳ级。