地下洞室围岩分类综述.doc

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1、浅谈地下洞室围岩分类（锦屏建设管理局工程一部 周洪波）【题记】2005年是锦屏一级水电站前期工程和主体工程全面搭接的一年，这一年中，进场及场内公路工程将基本完工，导流洞工程开挖基本完成，地下厂房辅助洞室等工程将开工。在锦屏一级工程施工中，公路隧道与水电工程地下洞室采用的是不同的围岩分类方法。笔者拟通过本文对“地下洞室围岩分类方法”及现行规范中水电工程地下洞室与公路隧道围岩分类的系统介绍，让读者对其有一个清晰和全面的认识。 围岩是指因开挖，地下洞室周围初始应力状态发生了变化的岩体。地下工程所遇到的围岩是一种极其复杂的地质体，围岩分类的实质就是正确认识和反应这个客观实际。从工程地质的角度，对围岩的

2、各种差异进行一定概括、简化和归纳，然后加以分类，并结合工程特征进行稳定性分析和评价，能为设计、施工提供科学的依据。现行水电与公路工程规范正是遵循这种原则，综合考虑影响围岩稳定的多种指标后，确定了各自的围岩分类标准。1 洞室围岩分类方法 六十年代以前，围岩质量评价主要是以岩石强度这一单一指标为基础的。如前苏联的以普氏岩石坚固系数为依据的分类法，以抗压强度为依据的捷克分类法，太沙基的载荷分类法，日本围岩准抗压强度分类法，法国隧道围岩分类法。单指标分类不能反应岩体质量的本质，可靠度很低。六十年代至七十年代，逐渐引入了岩体完整性的概念。如Deere（1964）岩石质量指标RQD的提出，日本学者的RMR

3、体系和Barton（1974）的Q体系的提出，展示了岩体质量评价的前景。在国外还有威克霍姆的RSR分类，德国John（1980）的围岩分类RCT，葡萄牙（1980）的岩体工程分类，印度（1980）的隧道围岩分类，日本Otakar（1985）的QTS围岩分类等。我国的围岩分类方案也很多，如谷德振的岩体质量系数Z分类法，杨子文的岩体质量指标M分类法，陈德基的块度模数分类法，东北大学林韵梅、王维纲（1983）提出的一种以围岩强度为指标可将岩体划分为五级的分级方法等。目前，总结国内外关于围岩分类的方法主要有以下几种。1.1 国内洞室围岩分类常用方法 隧道工程岩体分级探讨（铁道部科学研究院西南研究所论文

4、集（第一集），中国铁道出版社，1987年）。其分级依据是岩体质量分级RMQ值，又称岩体质量指标（RMQ）分类法，简称为M法，它是1978年由我国水利电力部岩石试验规程修订小组提出的。这种通过RMQ值的大小来划分岩体质量优劣的具体方法是：根据M值的大小可将围岩质量分为5级，即好、较好、中等、较坏和坏。 坑道工程围岩分类。其分类依据是围岩体质量Rs或Rm，它的大小主要由准围岩抗压强度Re、围岩相对完整性系数Te、地下水影响系数C及工程因素Se等四个因素决定。根据围岩体质量指标值的大小，可将围岩划分为五个等级，即稳定、基本稳定、稳定性差、不稳定和很不稳定。 鲁布革水电站（地下厂房围岩分类）。分类依据

5、为围岩质量Q，并按该值的大小可将围岩分为5级。岩体工程地质力学基础（谷德振，1979年），分类依据是岩体质量系数Z，决定Z值大小的因素有岩体的完整系数（I）、结构面的摩擦系数（f）及岩块的坚硬系数（S）。根据岩体质量系数值的大小，将岩体质量分为五级：特好、好、一般、坏及极坏。地下工程（1981年，关宝树）。其分级依据是围岩质量Q值，并根据该值的大小将岩体质量分为六级。围岩质量Q由应力岩体强度比、岩体完整性和地下水影响这三者的乘积来决定。由围岩的完整性决定的岩体质量分级为：极好、好、一般、稍差、差和极差。地下水的影响按经验评定，根据现有资料分析，在确定地下水影响时必须考虑：由前两因素决定的岩体质

6、量、水量大小和结构面状态，必要时还要考虑水压值。 岩体力学介质属性分级方法，又称岩体基本质量指标（BQ）法。（工程岩体分级标准，水利部主编，1995.7实施）。根据岩体基本质量的定性特征和岩体基本质量指标两者相结合，可将岩体基本质量分为IV级。 水电工程地下洞室围岩分类法（水利水电工程地质勘察规范，水利部主编，1999.8实施）。 公路工程地下洞室围岩分类法（公路工程地质勘察规范，交通部发布，1999.5实施）。1.2 国外洞室围岩分类常用方法 RQD分类法。岩石质量指标（RQD）是美国学者Deere于1964年提出，用钻取直径54mm的岩芯分析岩体完整性和评价岩石质量的定量指标。RQD定义为

7、所有长度大于10cm岩芯段的累计长度与钻取岩芯总长度之比的百分数。即 （1） 根据该值的大小将岩体质量分为五级：极劣（0-25）；劣（25-50）；可以（50-75）；好（75-90）及极好（90-100）。 地质力学分类法。该方法是由南非学者宾尼亚夫斯基（Z.T.Bieniawski）于1973年提出的RMR分类法，考虑的主要因素有岩石强度、节理间距、地下水、结构面与洞轴组合关系及结构面状态等。根据节理化岩体的RMR值大小，将岩体划分为5个等级：I级，属于非常好的岩体；II级，属于好岩体；III级，属于一般岩体；IV级，属于差的岩体；V级，属于非常差的岩体。 巴顿分类法。该方法是挪威学者巴顿

8、（Barton）等于1974年为隧道支护设计提出的岩体工程分类。该分类综合考虑岩石质量指标RQD、节理组数、节理面粗糙度、节理面蚀变程度、裂隙水折减系数及地应力的影响等六个因素。根据围岩岩体质量值的大小，将围岩岩体质量划分为九级：特别好、极好、良好、好、中等、不良、坏、极坏和特别坏。1.3 其它有代表性的方法 Wickham的岩石结构评价方法（RSR）。该方法考虑了岩石强度、岩体完整程度、地下水以及结构面与洞轴组合关系的影响。，其中A指一般地质状态，包括岩石类型、软硬及地质构造影响，评价数为6-30；B指节理产状，包括节理状态、隧道轴线与走向关系等，评价数为9-45；C指地下水影响，包括计算预

9、计涌水量、岩石质量等，评价数为6-25。RSR评价数约在25-100间不等。 围岩稳定性动态分级（东北工学院1984年部级鉴定）。该分类考虑的主要因素有岩石强度、节理间距、声波速度和稳定时间等。锚杆喷射混凝土支护技术规范（GBJ86-85）中的围岩分类表，是多因素定性与定量指标相结合的一种围岩分类法，采用弹性或弹塑性理论计算，适用于矿山、铁路、水电、建工和军工等部门的地下工程锚喷支护设计。2 水电工程地下洞室与公路工程隧道围岩分类2.1水电工程地下洞室围岩分类水利水电工程地质勘察规范(GB 5028799)中，主要以岩石强度、岩体完整性、结构面状态、地下水状态和主要结构面产状等5项指标来判定围

10、岩类别，并对洞室围岩的稳定性进行了评价。主要包括初步围岩分级和详细围岩分级两大部分，初步围岩分级是以岩质类型和岩体结构类型为依据制定的，属定性分级；而详细围岩分级是以岩石强度，岩体完整程度及结构面性状为基本因素，以地下水状态及主要结构面产状为修正因素，按基本因素和修正因素的累计评分为基本判据，围岩强度应力比为限定判据进行判定的，属定性和定量相结合的分类方法。总评分为岩石强度评分、岩体完整性评分、结构面状态评分、地下水状态评分和主要结构面产状评分的代数和，然后根据评分的多少和值的大小来确定围岩类别(见表1)。其中，为围岩强度与最大主应力的比值，公式如下： （2）式中：Rb为岩石饱和单轴抗压强度(

11、MPa)，Kv为岩体完整体系数，为围岩的最大主应力(MPa)。表1 水电工程地下洞室围岩分类表围岩级别围岩稳定性围岩总评分T围岩强度应力比S支护类型I稳定。围岩可长期稳定，一般无不稳定块体T854不支护或局部锚杆或喷薄层砼。大跨度时，喷砼、系统锚杆加钢筋网II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85T654 （s452 （s251（s1时降为V类）喷砼、系统锚杆加钢筋网，并浇砼衬砌V极不稳定。围岩不能自稳，变形破坏严重T25不限2.2公路工程隧道围岩分类公路工程地质勘察规范（JTJ064-98），按岩石等级、围岩受地质构造影响程度、围岩节理（裂隙）发育程度、层状岩层的层厚

12、、岩石的风化程度及受地下水的影响程度等将公路工程隧道围岩分为IVI类，具体分类见表2。表2 公路工程隧道围岩分类表类别围岩主要工程地质条件围岩开挖后的稳定状态（坑道跨度5m时）主要工程地质特征结构特征和完整状态VI硬质岩石：受地质构造影响轻微，节理不发育，无软弱面（或夹层）；层状岩层为厚层，层间结合良好呈巨块状整体结构围岩稳定，无坍塌，可能产生岩爆V硬质岩石：受地质构造影响较重，节理较发育，有少量软弱面和贯通微张节理，但其产状及组合关系不致产生滑动；层状岩层为中厚层，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大块状砌体构造暴露时间长，可能会出现局部小坍塌，侧壁稳定，层间结合差的平

13、缓岩层，顶板易塌落软质岩石：受地质构造影响轻微，节理不发育；层状岩层为厚层，层间结合良好呈巨块状整体结构IV硬质岩石：受地质构造影响严重，节理发育，有层状软弱面，但其产状及组合关系尚不致产生滑动；层状岩层为薄层或中层；层间结合差，多有分离现象，或为硬、软质岩石互层呈块（石）碎（石）状镶嵌结构拱部无支护时可产生小坍塌，侧壁基本稳定，爆破震动过大易坍软质岩石：受地质构造影响较重，节理较发育；层状岩层为薄层、中层或厚层；层间结合一般呈大块状砌体结构III硬质岩石：受地质构造影响很严重，节理很发育；层状软弱面已基本被破坏呈碎石状压碎结构拱部无支护时可能产生较大坍塌，侧壁有时失去稳定软质岩石：受地质构造

14、影响严重，节理发育呈块（石）碎（石）状镶嵌结构土：1.略具压密或成岩作用的粘土及砂性土2.一般钙质、铁质胶结的碎、卵石土、大块石土3.黄土（Q1、Q2）1.呈大块状压密结构2. 呈巨块状整体结构II石质围岩位于挤压强烈的断裂带内，裂隙杂乱，呈石夹土或土夹石状呈角（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或坍至地表一般第四系的半干硬硬塑的粘性土及稍湿至湿润的一般碎、卵石土圆砾，角砾土及黄土（Q3、Q4）非粘性土呈松散结构粘性土及黄土呈松软结构I石质围岩位于挤压极强烈的断裂带内，呈角砾、砂、泥松软体围岩极易坍塌变形，有时土砂常与水一齐涌出，浅埋时

15、易坍塌至地表软塑状粘性土及潮湿的粉细砂等粘性土呈易蠕动的松软结构，砂石土呈潮湿松散结构2.3水电工程地下洞室与公路工程隧道围岩分类对比分析从上述水电工程地下洞室与公路工程规范中围岩分类的依据可知，这两种围岩分类所考虑的分类指标基本一致。两种分类不同的是：水电工程规范中将地下洞室围岩分为5类，且从I到V类围岩其稳定性越来越低；公路工程规范中将隧道围岩分为6类，且从I到VI类围岩其稳定性越来越高。仔细分析上面的围岩分类表可知，水电工程围岩分类与公路工程围岩分类具备以下对应关系：水电工程中I类围岩与公路工程中V、VI类围岩稳定性基本一致；水电工程中II类围岩与公路工程中IV类围岩稳定性基本一致；水电

16、工程中III类围岩与公路工程中III类围岩稳定性基本一致；水电工程中IV类围岩与公路工程中II类围岩稳定性基本一致；水电工程中V类围岩与公路工程中I类围岩稳定性基本一致。3 结语一个比较科学、合理并符合地下工程围岩实际情况的围岩分类，不仅能反映介质力学属性的质的区别，而且也能反映构成这种区别的各种因素之间的内在联系，是人们正确认识客观围岩工程地质特征的共同基础，它可以指导工程地质勘测和地下工程设计及施工，有助于合理选择设计理论和方法、提供支护设计参数或支护类型以及施工方法和施工工艺。本文通过对“地下洞室围岩分类方法”及现行规范中水电工程地下洞室与公路隧道围岩分类的系统介绍，让读者对“地下洞室围岩分类”及水电工程地下洞室与公路隧道围岩分类的区别有一个清晰和全面的认识。5