隧道围岩分类

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隧道围岩分级

隧道围岩分级是正确地进行隧道设计与施工的基础。一个较好的、符合地下工程实际情况的围岩分级,能改善地下结构设计,发展新的隧道施工工艺,降低工程造价。

逐渐认识到:隧道的破坏,主要取决于围岩的稳定性,而影响围岩稳定性的因素是多方面的,其中隧道围岩结构特征和完整状态,是影响围岩稳定性的主要因素。隧道围岩体的强度,对隧道的稳定性有着重要的影响,地下水、风化程度也是隧道围岩丧失稳定性的重要原因。

从围岩的稳定性出发,1975年编制了我国“铁路隧道围岩分类”,这个分类由稳定到不稳定共分六类,代替了多年沿用的从岩石坚固性系数来分级的方法。

我国公路隧道围岩分级起步较晚,随着我国经济的发展,公路交通得到较大的发展,大量的公路隧道修建,需要有一个适合我国工期的公路隧道围岩分级,于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”。

从国内外的发展中可以看出,以隧道围岩的稳定性为基础进行分级是总的趋势。但分级指标方面,大多数正在从定性描述、经验判断向定量描述发展。

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。

(一)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。

(二)分级的指标和因素

主要考虑了以下几类影响围岩稳定性的因素;

1.岩体的结构特征与完整性

岩体结构的完整状态是影响围岩稳定性的主要因素,当风化作用使岩体结构发生变化,松散、破碎、软硬不一时,应结合因风化作用造成的各种状况,综合考虑确定围岩的结构完整状态;结构面(节理)发育程度应根据结构面特征;地质构造影响程度。

岩体完整程度的等级划分

围岩受地质构造影响程度等级划分

2.岩石强度

将岩浆岩、沉积岩、变质岩按岩性、物理力学参数、耐风化能力和作为建筑材料的要求划分为硬质岩石及软质岩石二级,依饱和抗压极限强度R b与工程的关系分为四种,其标准及代表性岩石见下表;当风化作用使岩石成分改变、强度降低时,应按风化后的强度确定岩石等级。

岩石等级划分

3.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,可按下列原则调整围岩级别:

在Ⅰ级围岩或属于Ⅱ级的硬质岩石中,一般地下水对其稳定性影响不大,可不考虑降低;

在Ⅰ级围岩或属于Ⅱ级的软质岩石,应根据地下水的性质、水量大小和危害程度调整围岩级别,当地下水影响围岩稳定产生局部坍塌或软化软弱面时,可酌情降低l级;

III级、Ⅳ级围岩已成碎石状松散结构,裂隙中有粘性土充填物,地下水

对围岩稳定性影响较大,可根据地下水的性质、水量大小、渗流条件、动水和静水压力等情况,判断其对围岩的危害程度,可降低1~2级;

在Ⅵ级围岩中,分级中已考虑了一般含水地质情况的影响,在特殊含水地层,需另作处理。

(三)公路隧道围岩分级

根据以上对分级因素和指标的分析,公路隧道围岩分级将围岩分为六级,给出了各级围岩的主要工程地质特征、结构特征和完整性等指标并预测了隧道开挖后,可能出现的坍方、滑动、膨胀、挤出、岩爆、突然涌水及瓦斯突出等失稳的部位和地段,给出了相应的工程措施。见下表

公路隧道围岩分类

公路隧道设计规范中,还提出按岩石质量指标(RQD)、岩体弹性波纵波速度V p、岩体完整性系数I的围岩分级,可供学习的参考。

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。钻探

时岩芯的采取率、岩芯的平均和最大长度是受岩体原始的裂隙、硬度、均质性的影响的,岩体质量的好坏主要取决于岩芯采取长度小于10cm以下的细小岩块所占的比例。因此,岩芯采取率是以单位长度钻孔中10cm以上的岩芯占有的比例来判断的。即

RQD(%)=10cm以上岩芯累计长度× 100

单位钻孔长度

按(RQD)、V p、I的围岩分级

(四)隧道施工围岩分级

施工阶段围岩分级的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,见图5.1.2。

在三个因素中,最困难的是围岩完整性程度的评定,研究的重点是如何根据掌子面的地质数据评价围岩的完整程度。由于隧道开挖,掌子面的地质状态暴露无遗,为评定掌子面的稳定,提供了充分的基础。根据对国内外施工阶段围岩分级的调查,应采用多种方法对围岩完整程度进行分级,采用定性和定量相结合的方法

影响围岩稳定性的因素

影响围岩稳定性的因素一般认为有两类:一类是客观存在的地质因素;另一类是设计和施工因素,或称为人为因素。前者是基本的,后者是通过前者而起作用的。

地质因素:1.岩土体结构状态;2、岩石的工程性质;3.地下水状态;

4.围岩的初始应力场。设计和施工因素:1.埋深;2.施工方法;3.支护方法和时间;4.隧道形状和断面。

隧道施工的大量实践证明,水是造成施工坍方、使隧道围岩丧失稳定的重要原因之一。因此,在隧道围岩分级中水的影响是不容忽视的。在不同的围岩中水的影响是不相同的,一般有下列几种情况:

a.使岩质软化,强度降低,对软岩尤为明显,对土体则可促使其液化或流动;

b.在有软弱结构面的围岩中,会冲走充填物或使夹层液化,减少层间摩阻力促使岩块滑动;

c.在某些围岩中,如石膏、岩盐和蒙脱石为主的粘土岩中,遇水后产生膨胀,在未胶结或弱胶结的砂岩中可产生流砂和潜蚀。

因此,在围岩分级中都考虑了水的影响。在同级围岩中,遇水后则适当降低围岩级别。降低的幅度主要视:围岩的岩性及结构面的状态、地下水的性质和大小、流通条件、对围岩浸润状况和危害程度而确定。

在围岩分级中,关于地下水影响的定量考虑