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。
表1.1 围岩分级 围 岩 级 别 岩体结构 主要工程地质特征 构造影响程度，结构面发育情况和组合状态 岩石强度指标 单轴饱和抗压强度 (MPa) 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2~3 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 Ⅱ 毛洞稳定情岩体声波指标 点荷载强度 (MPa) 岩体纵波速度 (km/s) >2.5 >5 >0. 75 —— 毛洞跨度5~10m 时长期稳定，无碎块掉落 岩体完整性指标 岩体强度应力比 况 >60 同I级围岩结构 同I 级围岩特征 30~60 1. 25~2. 5 3.7~5 .2 >0. 75 毛洞跨度5~10m 时，围实用文案
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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 .4~0 .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 Ⅲ >60 >2. 5 3 .7~5. 2 >0 .5 —— 岩能较长时间(数月至数年)维持稳定，仅出现局部小块掉落 同I级围岩结构 同I 级围岩特征 20~30 0 .85~1.25 3 .0~4.5 >0. 75 >2 毛洞跨度5~10m时围岩能维持一个月以上的稳同Ⅱ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Ⅱ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 30~60 1. 25~2.50 3 .0~4.5 0 .5~0 .75 >2 定主要出现局部掉块塌落 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 2~0 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 50 3 0~45 0 30~0 50 >2 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 2~0 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 >60 >2 50 3 0~4.5 0 30~0 50 >2 Ⅳ 同Ⅱ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Ⅱ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 10~30 0 42~125 2 0~35 0 50~0 75 >1 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 实用文案
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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 4~0 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 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 2~0 4m 以构造风化节理为主大部分微张(0 5~1 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 25 2 0~35 0 20~0 40 >1 >30 >1 25 >2 0 >0 15 >1 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 2~0 4m 大部分微张(0 5~1 0mm) 部分张开( 1 0mm) 有泥质充填形成许多碎块体 >30 >1 25 2 0~35 0 20~0 40 >1 Ⅴ 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—— —— <2 0 —— —— 毛洞跨度5时围岩稳定时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 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 1m
4 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。
间很短约数小时至数日
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) （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/m) <3 Kv 实用文案
32
3～10 10～20 20～35 ＞35 ＜0.15 ＞0.75 0.75～0.55 0.55～0.35 0.35～0.15 标准文档
1.2.2岩体强度应力比
岩体强度应力比的计算应符合下列规定： 1 当有地应力实测数据时
S m = K v f r/σ1 式中：Sm--岩体强度应力比；
fr--岩石单轴饱和抗压强度(MPa)； Kv--岩体完整性系数；
（1.2-2）
σ1--垂直洞轴线的较大主应力(kN/m)。
2
2 当无地应力实测数据时
σ1= γH
3
(3.2-3)
式中：γ--岩体重力密度(kN/m)；
H--隧洞顶覆盖层厚度(m)。
1.2.3 地下水
对Ⅲ、Ⅳ级围岩当地下水发育时应根据地下水类型水量大小软弱结构面多少及其危害程度适当降级。
1.2.4 断层带
对Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级围岩当洞轴线与主要断层或软弱夹层的夹角小于30时应降一级。
2 铁路隧道围岩分级
2.1铁路隧道围岩分级及其适用条件
目前，我国铁路隧道采用的围岩分级如表2.1所示。当用物探法测有弹性纵波速度时，可参照围岩弹性纵波速度测定值确定围岩级别。本分级适用于一般地质情况的隧道，对特殊地质条件的围岩，如膨胀岩、盐岩、多年冻土等需另行考虑。关于隧道围岩分级的基本因素和围岩基本分级及其修正,可参照2.3内容确定。
表2.1 铁路隧道围岩分级 围岩级别 Ⅰ 极硬岩（单轴饱和抗压强度Rc>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 Ⅱ 硬质岩（Rc>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 主要工程地质特征 整状态 呈巨块状整体结构 围岩稳定，无坍塌，可能产生岩爆 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3.5～4.5 结构特征和完围岩主要工程地质条件 围岩开挖后的稳定状态（单线） vp（km/s） >4.5 纵波速度围岩弹性实用文案
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缓岩层，顶板易塌落 Ⅲ 硬质岩（Rc>30MPa）：受地质构造影响严重，节理发育，有层呈块（石）碎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 呈大块状结构 2.5～4.0 状软弱面（或夹层），但其产状及组合关系尚不致产生滑动；（石）状镶嵌结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 较软岩（Rc≈15～30MPa）：受地质构造影响较重，节理较发育；层状岩层为薄层、中厚层或厚层，层间一般 Ⅳ 硬质岩（Rc>30MPa）：受地质构造影响极严重，节理很发育；呈碎石状压碎层状软弱面（或夹层）已基本破坏 结构 构 拱部无支护时，可产生较大的坍塌，侧壁有时失去稳定 1.5～3.0 软质岩（Rc≈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） 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） 呈角砾碎石状松散结构 非黏性土呈松散结构，黏性土及黄土呈松软结构 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 1.0～2.0 Ⅵ 岩体：受构造影响严重呈碎石、角砾及粉末、泥土状的断层带 土体：软塑状黏性土、饱和的粉土、砂类土等 黏性土呈易壖围岩极易坍塌变<1.0(饱和状态的土<1.5) 动的松软结构，形，有水时土砂砂性土呈潮湿松散结构 常与水一齐涌出；浅埋时易塌至地表 注：层状岩层的层厚划分：
巨厚层：厚度大于1.0m； 厚层：厚度大于0.5m，且小于等于1.0m； 中厚层：厚度大于0.1m，且小于等于0.5 m； 薄层：厚度小于或等于0.1m。
2.2各级围岩的物理力学指标
各级围岩的物理力学指标标准值应按试验资料确定，无试验资料时可按表2.2选用。
表2.2 各级围岩的物理力学指标 围岩级别 重度γ（kN/m） 3弹性反力系数K(MPa/m) 变形模量E（GPa） 泊松比υ 内摩擦角φ（º） 黏聚力C（MPa） 计算摩擦角φ（º） 实用文案
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Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ 26～28 25～27 23～25 20～23 17～20 15～17 1800～2800 1200～1800 500～1200 200～500 100～200 <100 >33 20～33 6～20 1.3～6 1～2 <0.2 0.2～0.25 0.25～0.3 0.3～0.35 0.35～0.45 >60 50～60 39～50 27～39 20～27 >2.1 1.5～2.1 0.7～1.5 0.2～0.7 0.05～0.2 <0.1 >78 70～78 60～70 50～60 40～50 30～40 <1 0.4～0.5 <22 注：1.本表数值不包括黄土地层；
2.选用计算摩擦角时，不再计内摩擦角和黏聚力。
2.3围岩分级的主要因素
2.3.1围岩基本分级
围岩基本分级应由岩石坚硬程度和岩体完整程度两个因素确定；
岩石坚硬程度和岩体完整程度，应采用定性划分和定量指标两种方法综合确定。岩石坚硬程
度可按表2.3.1-1划分。岩体完整程度可按表2.3.1-2划分。围岩基本分级可按表2.3.1-3确定。
表2.3.1-1 岩石坚硬程度划分 岩石类别 硬质岩 硬岩 30 结构面杂乱无序，在断层附近受断层作用影响大，极破碎 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 Kv≤0.15 表2.3.1-3 围岩基本分级 级别 Ⅰ Ⅱ 岩体特征 极硬岩，岩体完整 极硬岩，岩体较完整； 硬岩，岩体完整 Ⅲ 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 Ⅳ 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 Ⅴ 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） Ⅵ 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<1.0(饱和状态的土<1.5) 等 1.0～2.0 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） 1.5～3.0 —— 2.5～4.0 土体特征 —— —— 3.5～4.5 围岩弹性纵波速度（km/s） >4.5 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 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 状态 干燥或湿润 偶有渗水 经常渗水 渗水量[L/(min∙10n)] <10 10～25 25～125 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 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅰ Ⅰ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅲ Ⅲ Ⅳ Ⅳ Ⅳ Ⅴ Ⅴ Ⅴ Ⅵ Ⅵ —— —— —— Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ 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 实用文案 标准文档 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 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 极高应力 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 1.硬质岩：开挖过程中可能出现岩爆，洞壁岩体有剥离和掉块现象，新生裂缝较多，成洞性较差 高应力 2.软质岩：岩芯时有饼化现象，开挖过程中洞壁岩体位移显著，持续时间较长，成洞性差 注：Rc为岩石单轴饱和抗压强度（MPa）；σmax为最大地应力值（MPa）。 评估基准（Rc/σmax） <4 4～7 表2.3.2-4 初始地应力影响的修正 围岩基本分级 修正级别 初始地应力状态 极高应力 高应力 Ⅰ Ⅰ Ⅱ Ⅱ Ⅲ或Ⅳ Ⅲ Ⅴ Ⅳ或Ⅴ Ⅵ Ⅵ Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ 注：①围岩岩体为较破碎的极硬岩、较完整的硬岩时定为Ⅲ级；围岩岩体为完整的较软岩、较完整的软硬互层时定为Ⅳ级； ②围岩岩体为有些地方的极硬岩、较破碎及破碎的硬岩时定为Ⅳ级；围攻岩岩体为完整及较完整软岩、较完整及较破碎的较软岩时定为Ⅴ级。 2.3.2.3隧道洞身埋藏较浅，应根据围岩受地表的影响情况进行围岩级别修正。当围岩为风化层时，应按风化层的围岩基本分级考虑；围岩仅受地表影响时，应较相应围岩降低1～2级。 2.3.2.4施工阶段隧道围岩级别的判定宜按表2.3.2-5的判定卡进行。 表2.3.2-5 施工阶段围岩级别判定卡 实用文案 标准文档 工程名称 位置 岩性指标 岩石类型(名称) 单轴饱和抗压强度Rc= MPa 变形模量E= GPa 天然重度γ= kN/m 岩体完整状态 地质结构面 张开性(mm) 延伸性 粗糙度 极差 明 显 台阶状 密闭 <0.1 风化程度 地质构造影响程度 间距（m） >1.5 1.5～0.6 差 粗 糙 波纹状 3里程 距洞口距离(m) 黏聚力c= MPa；φ= 评定 点荷载强度极限Ix= MPa 泊松比υ= 其他 轻微 0.6～0.2 中等 较重 严重 0.2～0.06 好 极好 平整光滑 极严重 <0.06 极硬岩 硬 岩 较软岩 软 岩 极软岩 土 完整 较完整 较破碎 平整光滑 有 擦 痕 张开部分张开无充填张开 >1.0 黏土 充填 破碎 极破碎 0.1～0.5 0.5～1.0 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/(min∙10m)] <10 干燥或湿润 10～25 偶有渗水 25～125 经常渗水 干燥或湿润 偶有渗水 经常渗水 初始地应力状态 围岩级别 备 注 记录者 埋深H= m 地质构造应力状态 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 复核者 日期 Ⅳ 其他 Ⅴ Ⅵ 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。 表3.1 公路隧道围岩分级 围岩级别 围岩或土体主要定性特征 围岩基本质量指标（BQ）或 修正的围岩基本质量指标[BQ] 实用文案 标准文档 Ⅰ Ⅱ 坚硬岩，岩体完整，巨整体状或巨厚层状结构 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 >550 550～451 Ⅲ 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 450～351 Ⅳ 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 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 350～251 Ⅴ 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 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 ≤250 Ⅵ 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 硬质岩 坚硬岩 定性鉴定 锤击声清脆，有回弹，震手，难击碎；浸水后，大多无吸水反应 代表性岩石 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； 1弱风化的坚硬岩； 浸水后，有轻微吸水反应 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 实用文案 标准文档 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) 坚硬程度 >60 坚硬岩 60～30 较坚硬岩 30～15 较软岩 15～5 软岩 <5 极软岩 3.2.2岩体完整程度 1岩石完整程度可按表3.2.2-1定性划分。 表3.2.2-1 岩体完整程度的定性划分 名 称 结构面发育程度 组数 完整 较完整 1～2 1～2 2～3 较破碎 2～3 >3 平均间距（m） >1.0 >1.0 1.0～0.4 1.0～0.4 0.4～0.2 主要结构面的结合程度 好或一般 差 好或一般 差 好 一般 破碎 >3 0.4～0.2 <0.2 极破碎 无序 差 一般或差 很差 各种类型结构面 节理、裂隙、层面、小断层 节理、裂隙、层面 节理、裂隙、层面 整体状或巨厚层结构 块状或厚层状结构 块状结构 裂隙块状或中厚层结构 镶嵌碎裂结构 中、薄层状结构 裂隙块状结构 碎裂状结构 散体状结构 主要结构面类型 相应结构类型 注：平均间距指主要结构面（1～2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) Kv <3 ＞0.75 3～10 0.75～0.55 10～20 0.55～0.35 20～35 0.35～0.15 ＞35 ＜0.15 3 Kv与定性划分的岩体完整程度的对应关系，可按表3.2.2-3确定。 表3.2.2-3 Kv与定性划分的岩体完整程度的对应关系 Kv 完整程度 >0.75 完整 0.75～0.55 较完整 0.55～0.35 较破碎 0.35～0.15 破碎 <0.15 极破碎 4岩体完整程度的定量指标Kv、Jv的测试和计算方法 实用文案 标准文档 岩体完整性指标Kv，应针对不同的工程地质岩组或岩性段，选择有体表性的点、段，测试岩体弹性纵波速度，度应在同一岩体取样测定岩石纵波速度。按下式计算： Kv=(Vpm/Vpr) 式中：Vpm——岩体弹性纵波速度（km/s） Vpr——岩石弹性纵波速度（km/s） 岩体体积节理数Jv（条/m），应针对不同的工程地质岩组或岩性段，选择有代表性的露头或开挖壁面进行节理（结构面）统计。除成组节理外，对延伸长度大于1m的分散节理亦应予以统计。已为硅质、铁质、钙质充填再胶结的节理不予统计。 每一测点的统计面积不应小于2m×5m。岩体值Jv应根据节理统计结果按下式计算 Jv=S1+s2+……+Sn+Sk 式中：Sn——第n组节理每米长测线上的条数； Sk——每立方米岩体非成组节理条数（条/m）。 3.2.3围岩基本质量指标（BQ） 应根据分级因素的定量指标Rc值和Kv值，按式（3.2.3）计算： BQ=90+3Rc+250Kv （3.2.3） 使用式（3.2.3）时，应遵守下列限制条件： 1 当Rc>90Kv+30时，应以Rc=90Kv+30和Kv代入计算BQ值。 2 当Kv>0.04Rc+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 >450 地下水出水状态 潮湿或点滴状出水 淋雨状或涌流状出水,水压<0.1Mpa0.1 或单位出水量<10L/min•m 淋雨状或涌流状出水,水压>0.1Mpa0.2 0.4～0.6 0.7～0.9 1.0 0.2～0.3 0.4～0.6 0.7～0.9 0 0.1 0.2～0.3 0.4～0.6 450～351 350～251 <250 3 3 2 实用文案 标准文档 或单位出水量>10L/min•m 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<30°,结构面倾角30°～75° K2 0.4～0.6 结构面走向与洞轴线夹角>60°,结构面倾角>75° 0～0.2 0.2～0.4 其它组合 表3.2.3-3初始应力状态影响系数K3 BQ >550 初始应力状态 极高应力区 高应力区 1.0 0.5 1.0 0.5 1.0～1.5 0.5 1.0～1.5 0.5～1.0 1.0 0.5～1.0 550～451 450～351 350～251 <250 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 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 极高应力 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 1.硬质岩：开挖过程中可能出现岩爆，洞壁岩体有剥离和掉块现象，新生裂缝较多，成洞性较差 高应力 2.软质岩：岩芯时有饼化现象，开挖过程中洞壁岩体位移显著，持续时间较长，成洞性差 注: σmax为垂直洞轴线方向的最大初始应力。 Rc/σmax <4 4～7 3.2.4各级围岩的物理力学参数 宜通过室内或现场试验获取，无试验数据和初步分级时，可按表2.2选用(同铁路隧道)；岩体结构面抗剪断峰值强度参数，可按表3.2.4选用。 表3.2.4岩体结构面抗剪断峰值强度 序号 1 2 两侧岩体的坚硬程度及结构面的结合程度 内摩擦角φ（º） 坚硬岩,结合好 坚硬～较坚硬岩,结核一般; 较软岩,结合好 3 坚硬～较坚硬岩,结核差; 较软岩～软岩,结合一般 4 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 5 较坚硬岩及全部软质岩,结合很差; 软质岩泥化层本身 <13 <0.05 19～13 0.08～0.05 29～19 0.12～0.08 >37 37～29 粘聚力C（MPa） >0.22 0.22～0.12 3.2.5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。 实用文案 标准文档 表3.2.5 隧道各级围岩自稳能力判断 围岩级别 Ⅰ 自稳能力 跨度20m,可长期稳定,偶有掉块,无塌方 跨度10m～20m,可基本稳定,局部可发生掉块或小塌方 Ⅱ 跨度10m,可长期稳定,偶有掉块 跨度10m～20m,可稳定数日～1个月,可发生小～中塌方 Ⅲ 跨度5m～20m,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 Ⅳ 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 Ⅴ Ⅵ 无自稳能力，跨度5m或更小时，可稳定数日 无自稳能力 3 注：①小塌方：塌方高度<3m，或塌方体积<30m。 ②中塌方：塌方高度3～6m，或塌方体积30～100m。 ③大塌方：塌方高度>6m，或塌方体积>100m。 3 3 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 Ⅰ Ⅱ 稳定。 围岩可长期稳定，一般无不稳定块体 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 局部稳定性差。 Ⅲ 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 不稳定。 Ⅳ 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 Ⅴ 极不稳定。 围岩不能自稳，变形破坏严重 T≤25 45≥T＞25 ＞2 65≥T＞45 ＞2 围岩总评分 T T＞85 85≥T＞65 围岩强度应力比S （S=Rb·Kv/σm） ＞4 ＞4 围岩稳定性 注：1. Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ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，σm—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 实用文案 标准文档 （1） 岩石强度评分，见下表4.2-1。 表4.2-1 岩石强度评分 硬质岩 坚硬岩 Rb＞60 30～20 中硬岩 60≥Rb＞30 20～10 较软岩 30≥Rb＞15 10～5 软质岩 软岩 15≥Rb＞5 5～0 岩 质 类 别 饱和单轴抗压强度Rb（MPa） 岩石强度评分A 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 岩体完整性系数Kv 岩体完整性 硬质岩 评分B 软质岩 完整 较完整 0.55 40～30 25～19 30～22 19～14 完整性差 0.55≥Kv＞0.35 22～14 14～9 较破碎 0.35≥Kv＞0.15 14～6 9～4 ＜6 ＜4 破碎 Kv≤0.15 Kv＞0.75 0.75≥Kv＞注：1.当60MPa≥Rb＞30MPa，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 MPa≥Rb＞15MPa，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15MPa≥Rb＞5MPa，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Rb≤5MPa，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 张开度 充填物 闭合 － 无充填 微 张 0.5≤W＜5.0 岩屑 泥质 张开 W≥5.0 岩屑 泥质 W（mm） W＜0.5 结构面状态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－ － 态评分实用文案 结硬质岩 构面状较软岩 21 21 15 15 27 21 27 21 24 24 21 21 17 17 12 12 15 15 12 12 9 9 12 12 6 6 标准文档 软岩 18 14 17 14 8 14 11 8 10 8 6 8 4 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 水量q（L/min·10m洞长） 或压力水头H（m） 基本因素评分T＇ T＇＞85 85≥T＇＞65 65≥T＇＞45 45≥T＇＞25 T＇≤25 地下水评分D -6～-10 -10～-14 -10～-14 -14～-18 -14～-18 -18～-20 干燥、渗水、滴水 q≤25或H≤10 0 0～-2 -2～-6 线状流水 25＜Q≤125 或10＜H≤100 0～-2 -2～-6 -6～-10 涌水 Q＞125或H＞100 -2～-6 -6～-10 -10～-14 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 结构面产状评分E 洞顶 0 -2 -5 -10 -2 -5 -10 -12 -5 -10 -12 -12 边墙 -2 -5 -2 0 -5 -10 -2 0 -10 -12 -5 0 结构面倾角 ＞70° 90°～60° 70°～45° 45°～20° ＜20° ＞70° 70°～45° 45°～20° ＜20° ＞70° 70°～45° 45°～20° ＜20° 60°～30° ＜30° 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。 实用文案 标准文档 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1971～1974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。 实用文案 标准文档 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) 实用文案 标准文档 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。 QRQDJrJw (5.2-1) JnJaSRF式中：Q——N.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。 RQDJr）表示岩体的完整性；第二个商数（）表示结构面形态，充填物JnJaJw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。 SRF式中，第一个商数（ 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： RQDl10cm100% (5.2-2) L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 B差 C一般 D好 E极好 注：①当RQD<10时，取10； ② 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” 0～～25 25～50 50～75 75～90 90～100 实用文案 标准文档 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 B一组节理 C一组节理加随机裂隙 D二组节理 E二组节理加随机裂隙 F三组节理 G三组节理加随机裂隙 0.5～1 2 3 4 6 9 12 H四组或四组以上节理，随机裂隙，严重节理化，呈糖块状等 15 I组节理挤压破碎岩石、土状岩石 注：①对于巷洞交叉点，用3*Jn； ②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 A不连续节理 B粗糙或不规则，起伏 C光滑，起伏 D表面光滑，起伏 b)节理面在剪切变形10cm前仍接触 E粗糙或不规则，平面 F光滑，平面 G表面光滑，平面 注：①以上描述适用于小规模特征和中规模特征； ②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 J砂质、砾石或破碎带的厚度足以阻止节理面接触 注：①如果相应节理组的平均间距大于3m时，加10； 实用文案 20 4 3 2 1.5 1.5 1 0.5 1.0 1.0 标准文档 ②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） A紧密结合，坚硬，非软化，不透水；充填物，如石英、绿帘石 B节理壁未蚀变，仅表面稍有污染 a)节理面接触 C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 D粉砂或砂质粘土被覆层，小部分粘土（非软化） E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 b)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 G高超固结非软化粘土矿物充填物（连续，但厚度<5mm） H中等或低超固结，软化，粘土矿物充填物（连续，厚度<5mm） J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 K．L．M．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） N粉砂，或砂质粘土带或层，小部分粘土（非软化） O．P．R．厚的、连续的粘土带或粘土层（见G.H.J的粘土条件描述） (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） A开挖时干燥或有微量渗水,即局部<5L/min B中等渗水或中等水压,偶尔有节理充填物被水冲刷出 C无充填节理岩石中大涌水或高水压 D大涌水或高水压,大量节理充填物被水冲刷出 E异常的大量涌水或高水压,呈爆发状,并随时间而衰减 F无明显衰减的持续异常大涌水或高水压 ②由于冰冻引起的特殊问题未加考虑。 实用文案 Ja 0.75 1.0 2.0 3.0 4.0 4.0 6.0 8.0 8～12 6,8或8～12 5.0 10,13或13～20 Φr（º） —— 25～35 25～30 20～25 8～16 25～30 16～24 12～16 6～2 6～24 —— 6～24 c)剪切变形时节理面不接触 Jw 1.0 0.66 0.5 0.33 0.2～0.1 0.1～0.05 水压MN∙m <0.1 0.1～0.25 0.25～1.0 0.25～1.0 >1.0 >1.0 -2注：①因素C到F是粗略估计,如果装有排水设施应增大Jw； 标准文档 (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） 带与开挖B单个含粘土软弱带，或化学分解的岩石（巷道深度<50m） 的巷道相C单个含粘土软弱带，或化学分解的岩石（巷道深度>50m） 交，开挖D坚固岩石中多个剪切带（无粘土），松散围岩（处于任何深度） 时可能造E坚固岩石中含单一剪切带（无粘土，巷道深度<50m） 成岩体松F坚固岩石中含单一剪切带（无粘土，巷道深度>50m） 脱 G松散张开裂隙，严重节理化或呈“糖块”状等（处于任何深度） 注：如果剪切带仅仅影响巷道而没有与之相交，SRF值应降低25%～50%。 H低应力，接近地表 b)坚J中等应力 固岩石，K高应力，结构非常紧密（通常有利于稳定，但可能对岩石应力岩帮的稳定不利） 问题 L轻微的岩裂(整体岩石) M严重的岩裂(整体岩石) 5～2.5 <2.5 σcf/σ1 >200 200～10 10～5 σTf/σ1 >13 13～0.66 0.660.33 0.330.16 <0.16 10～20 ～5～10 ～SRF 2.5 1.0 0.5～2 10 5 2.5 7.5 5.0 2.5 5.0 注：①如果（测得）原岩应力场明显各向异性，当5≤σ1/σ3≤10时，σcf和σTf分别降到0.8σcf和0.8σTf；当σ1/σ3>10时，σcf和σTf分别降到0.6σcf和0.6σTf。当σcf为无测压抗压强度，σTf为抗拉强度（点荷载）时，σ1和σ3就是最大和最小主应力；②当拱顶距地表的距离小于拱的跨度时，可参考的记录相当少。对于这种情况建议将SRF从2.5增加到5。 c)岩石在高压力下受挤压，不坚硬岩石塑性流动 d)与水压有关的膨胀岩石，化学膨胀活动 Q分类法将围岩分为从Exceptionally poor(异常坏)到Exceptionally good(异常好)9个级别，对应Q值的范围为0.001～1000、岩体变形系数分为3级（0.05～50GPa）、抗剪强度分为2级（0.1～20MPa）。根据计算得到的掌子面的Q值和工程的跨度、高度以及安全要求等指标结合一起就可以在Q系统的支护图表中查到该处的支护设计建议。由此，通过现场的围岩分类可以将施工、调查、设计优化有机地结合在一起。 N不大的岩石挤压力 O强烈的岩石挤压力 P不大的岩石膨胀力 R强烈的岩石膨胀力 5～10 10～20 5～10 10～15 实用文案 因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容