隧道围岩分级与围岩压力计算

隧道围岩分级及其应用与围岩压力隧道工程所赋存的地质环境的内涵很广,包括地层特征、地下水状况、开挖隧道前就存在于地层中的原始地应力状态、地温梯度等。

因此,隧道围岩的稳定性是反映地质环境的综合指标。

也是我们修建隧道工程对围岩特征研究的重要内容之一。

隧道围岩压力是指隧道开挖后,围岩作用在隧道支护上的压力,是隧道支撑或衬砌结构的主要荷载之一。

其性质、大小、方向以及发生和发展的规律,对正确地进行隧道设计与施工有很重要的影响。

5.1 隧道围岩分级及其应用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,多改善地下结构设计,发展新的隧道施工工艺,降低工程蛰价,多XX省地修建隧道,有着十分重要的意义。

借用苏联的岩石坚固系数进行分类,即通常所谓的普氏系数(f值)。

在长期大量的地下工程实践中发现:这种单纯以岩石坚固性(主要是强度)指标为基础的分类方法,不能全面反映隧道围岩的实际状态。

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。

5.1.1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。

隧道围岩分级[BQ]值内容及计算步骤讲解隧道围岩分级[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。

隧道围岩分级及围岩压力隧道所穿过的地层是千变方化的，可能遇到各种工程性质不同的围岩。

隧道围岩分级是评价隧道围岩稳定性的重要参数，也是隧道支护方案设计和施工工艺确定的主要依据。

分级的正确与否直接影响着隧道施工和运营安全，因此，正确划分隧道围岩分级就显得尤为重要。

在围岩分级确定的情况下，如何确定支护结构上的作用力（即围岩压力）就成为正确、合理设计隧道结构的关键。

4.1 围岩岩性与初始应力4.1.1 围岩岩性隧道工程围岩是指地壳中受开挖活动影响的那一部分岩土体。

这个范围在横断面上约为6～10倍的洞径。

围岩的工程性质，一般包括三个方面：物理性质、水理性质和力学性质。

而对围岩稳定性最有影响的是力学性质，即围岩抵抗变形和破坏的性能。

围岩既可以是岩体，也可以是土体。

本书仅涉及岩体的力学性质。

岩体是在漫长的地质历史中形成的地质体，被许许多多不同方向、不同规模的断层面、层理面、节理面和裂隙面等各种地质界面切割为大小不等、形状各异的各种块体。

这些地质界面称为结构面或不连续面，这些块体称为结构体，岩体可以看作由结构面和结构体组合而成的具有结构特征的地质体。

所以，岩体的力学性质主要取决于岩体的结构特征、结构体岩石的特性及结构面的特性。

环境因素，尤其地下水和地应力对岩体的力学性质影响也很大。

在软弱围岩中，节理和裂隙比较发育，岩体被切割破碎，结构面对岩体的变形和破坏都不起主导作用，所以岩体的特性与结构体岩石的特性并无本质区别。

在完整而连续的岩体中亦是如此。

反之，在坚硬的块状岩体中，由于受软弱结构面切割，块体之间的联系减弱，此时，岩体的力学性质主要受结构面的性质及其在空间的组合所控制。

由此可见，岩体的力学性质必然是诸因素综合作用的结果。

岩体与岩石相比，两者有着很大的区别：与工程总体尺度相比，岩石几乎可以被认为是均质、连续和各向同性的介质；而岩体则具有明显的非均质性、不连续性和各向异性。

岩体抗拉变形能力差，因此，岩体受拉后很容易沿结构面发生断裂。

隧道围岩分级及其主要力学参数一、一般规定在公路勘察设计过程中，是根据周边岩体或土体的稳定特性进行围岩分级的。

围岩分Ⅰ～Ⅵ级,由于每级间范围较大，施工阶段对Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ基本级别，再进行亚级划分。

在公路隧道按土质特性和工程特性分:岩质围岩分级-—Ⅰ~Ⅴ级；土质围岩分级Ⅳ～Ⅵ级。

对岩质围岩和土质围岩分别采用不同的指标体系进行评定:岩质围岩基本指标为岩质的坚硬程度和完整程度，修正指标为地下水状态,主要软弱结构面产状及初始地应力状态.土质围岩分级指标体系宜根据土性差异而组成，粘土质围岩基本指标为潮湿程度。

沙质土围岩基本指标为密实程度。

修正指标潮湿程度。

碎石土围岩基本指标为密实程度.至于膨胀土、冻土作为专门研究,这里暂不述.围岩分级指标体系中可用定性分析，也可用定量分析,但由于工地施工条件时间等因素，一般我们仅采用定性分析。

下面我讲定性分析来确定围岩级别。

1、确定岩性及风化程度。

2、结构面发育，主要结构面结合程度，主要结构面类型，甚至产状倾角、走向结构面张开度，张裂隙。

3、水的状况涌水量等。

二、岩石坚硬程度的定性划分1、坚硬岩：锤击声清脆、震手、难击碎，有回弹感,浸水后大多无吸水反应,如微风化的花岗岩——正长岩，闪长岩，辉绿岩，玄武岩，安山岩，片麻岩，石英片麻岩,硅质板岩，石英岩，硅质胶结的砾岩，石英砂岩，硅质石灰岩等等。

2、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.如未风化～微风化的熔结凝灰岩、大理岩、板岩、白云岩、石灰岩、钙质胶结的砂岩等。

3、较软岩：锤击声不清脆，无回弹，较易击碎，浸水后指甲可刻击印痕。

如未风化～微风化的凝灰岩，砂质泥岩，泥灰岩,泥质砂岩，粉砂岩，页岩等。

4、软岩：锤击声哑，无回弹，有凹痕，多击碎,手可掰开。

如强风化的坚硬岩，弱风化～强风化的较坚硬岩，弱分化的较软岩，未风化的泥岩等。

5、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，如全风化的各种岩类，各种半成岩。