内蒙古科技大学：《隧道工程》课程授课教案（讲义）第5章 隧道围岩分级与围岩压力

内蒙古科技大学教案 第5章隧道围岩分级与围岩压力 隧道围岩是指地壳中受隧道开挖影响的那一部分岩体，或是指对隧道稳定性有影 响的那一部分岩体。这部分岩体在隧道开挖和支护过程中，将产生应力重新分布，其性 质也有所变化。应该指出，这甲所定义的围岩并不具有尺计大小的限制，它所包括的范 围是相对的，视研究对象而定。从力学分析的角度来看，围岩的边界应划在因开挖隧道 而引起的应力变化可以忽略不计的地方，或者说在围岩的边界上因开挖隧道而产生的位 移应该为零，这个范围在横断面上约为6一10倍的洞径。当然，若从区域地质构造的观 点来研究围岩，其范围要比上述数字大得多。 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 对正确地讲行哮道设计与施工有很重要的影向 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。 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，多快好省地修建隧道，有着十分重要的意义 隧道围岩分级是为了解决坑道支护这个目的而建立起来的，即坑道开挖后是否需要支 护、采用什么类型的支护结构、如何支护等。而坑道支护与坑道开挖后的稳定性有直接 的关系。因此，隧道围岩分级的基础条件是坑道开挖后的稳定性。 根据坑道开挖实践，坑道开挖后的稳定性大体上可分为以下几类： 1)充分稳定的。坑道在长时间内有足够的自稳能力，无需任何人为支护 而能维持稳定，无坍塌、偶尔有掉块。 2)基本稳定的。坑道会因爆破、岩块结合松弛等而产生局部掉块，但不 会引起坑道的坍塌，坑道是稳定的，层间结合差的平缓岩层顶板可能弯曲、断 裂。出时应采取局部支护或轻型的支护。 3)暂时稳定的。大多数坑道是属于这个类型的。坑道开挖后呈现出不同 程度的坍塌现象，坍塌后的坑道呈拱形而处于暂时稳定状态。在外界（如爆破 重新更换支撑等)和内部（如地下水等）条件的影响下，坑道如不及时支护 会进一步丧失稳定。因此，在这种围岩中，必须采取各种类型的支护措施。 4④不稳定的。坑道在不支护条件下是难以开挖的，随挖随坍，常常要先 支后挖，坑道的坍塌发生迅速、影响范围大，有时可坍塌到地表，或在地面形 成塌盆地。在有水的情况下，土体流动造成极大的荷载。在这种情况下，需要 采取专门的支护措施和施工方法来保证坑道的稳定

内蒙古科技大学教案 70 第 5 章 隧道围岩分级与围岩压力 隧道围岩是指地壳中受隧道开挖影响的那一部分岩体，或是指对隧道稳定性有影 响的那一部分岩体。这部分岩体在隧道开挖和支护过程中，将产生应力重新分布，其性 质也有所变化。应该指出，这里所定义的围岩并不具有尺寸大小的限制，它所包括的范 围是相对的，视研究对象而定。从力学分析的角度来看，围岩的边界应划在因开挖隧道 而引起的应力变化可以忽略不计的地方，或者说在围岩的边界上因开挖隧道而产生的位 移应该为零，这个范围在横断面上约为 6～10 倍的洞径。当然，若从区域地质构造的观 点来研究围岩，其范围要比上述数字大得多。 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，多快好省地修建隧道，有着十分重要的意义。 隧道围岩分级是为了解决坑道支护这个目的而建立起来的，即坑道开挖后是否需要支 护、采用什么类型的支护结构、如何支护等。而坑道支护与坑道开挖后的稳定性有直接 的关系。因此，隧道围岩分级的基础条件是坑道开挖后的稳定性。 根据坑道开挖实践，坑道开挖后的稳定性大体上可分为以下几类： 1)充分稳定的。坑道在长时间内有足够的自稳能力，无需任何人为支护 而能维持稳定，无坍塌、偶尔有掉块。 2)基本稳定的。坑道会因爆破、岩块结合松弛等而产生局部掉块，但不 会引起坑道的坍塌，坑道是稳定的，层间结合差的平缓岩层顶板可能弯曲、断 裂。此时应采取局部支护或轻型的支护。 3)暂时稳定的。大多数坑道是属于这个类型的。坑道开挖后呈现出不同 程度的坍塌现象，坍塌后的坑道呈拱形而处于暂时稳定状态。在外界（如爆破、 重新更换支撑等）和内部（如地下水等）条件的影响下，坑道如不及时支护， 会进一步丧失稳定。因此，在这种围岩中，必须采取各种类型的支护措施。 4)不稳定的。坑道在不支护条件下是难以开挖的，随挖随坍，常常要先 支后挖，坑道的坍塌发生迅速、影响范围大，有时可坍塌到地表，或在地面形 成塌盆地。在有水的情况下，土体流动造成极大的荷载。在这种情况下，需要 采取专门的支护措施和施工方法来保证坑道的稳定

内蒙古科技大学教案 由此可见，坑道围岩稳定性的不同，采取的施工方法和支护措施也是不同 的。因此，按坑道围岩稳定性大致相同的围岩工程地质条件并结合工程实践进 行围岩分级是有可能的，也是有根据的。 目前国内外隧道围岩分类的方法很多，它们所采用的分类指标也是各式各 样的，但都是在道工程实践的基础上逐步发展起来的。随着人们对隧道工程、 地质环境以及这两者间相互关系的了解，围岩分类方法亦在不断地深化和提 高。按发展过程来看，大体上有以下几种类型： 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” 从固内外的发展中可以看出，以学道围岩的稳定性为基础讲行分级是总的 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。在一些特定的分级中，如确定钻眼功效、炸药消耗量等， 土石方工程中划分岩石的软硬、开挖的难易，均可采用岩石的单一岩性指标进 行分级。一般多采用岩石的单轴饱和极限抗压强度作为基本的分级指标，具有 试验简单，数据可靠的优点。但单一岩性指标只能表达岩体特征的一个方面 用来作为分级的唯一指标是不合适的。如老黄土地层，在无水的条件下，强度 强然低，但稳定性却很高 2.单一的综合岩性指标 71

内蒙古科技大学教案 71 由此可见，坑道围岩稳定性的不同，采取的施工方法和支护措施也是不同 的。因此，按坑道围岩稳定性大致相同的围岩工程地质条件并结合工程实践进 行围岩分级是有可能的，也是有根据的。 目前国内外隧道围岩分类的方法很多，它们所采用的分类指标也是各式各 样的，但都是在隧道工程实践的基础上逐步发展起来的。随着人们对隧道工程、 地质环境以及这两者间相互关系的了解，围岩分类方法亦在不断地深化和提 高。按发展过程来看，大体上有以下几种类型： 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。在一些特定的分级中，如确定钻眼功效、炸药消耗量等， 土石方工程中划分岩石的软硬、开挖的难易，均可采用岩石的单一岩性指标进 行分级。一般多采用岩石的单轴饱和极限抗压强度作为基本的分级指标，具有 试验简单，数据可靠的优点。但单一岩性指标只能表达岩体特征的一个方面， 用来作为分级的唯一指标是不合适的。如老黄土地层，在无水的条件下，强度 虽然低，但稳定性却很高。 2．单一的综合岩性指标

内蒙古科技大学教案 以单一的指标，反映岩体的综合因素。这些指标有 岩体的弹性波传播速度弹性波传播速度与岩体的强度和完整性成正比 其指标反映了岩石的力学性质和岩体的破碎程度的综合因素。 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10©m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 (5.1.1) 单位钻孔长度 岩石质量指标分级认为：RQD〉90%为优质： 75%<RQD<90%为良好： 50%〈RQD<75% 为好： 25%<RQD<50%为差： RQD 25% 为很差。 围岩的自稳时间以被认为是综合岩性指标，隧道开挖后，围岩通常都有 段暂时稳定的时间，不同的地质环境，自稳时间是不同的，劳费(H.Lauffer) 认为隧道围岩的自稳时间可用下式表示： ts=常数XL1+a) (512) 式中：L ,隧道未支护地段的长度： a一视围岩情况在0~1之间变化，好的岩体可取a=0极差的a=1。 劳费(H.Lauffer)根据围岩的自稳时间和未支护地段的长度，将围岩分为： 稳定的、易掉块的、极易掉块的、破碎的、很破碎的、有压力的、有很大压力 的七级。具体的取值标准可参考有关专著 单一综合岩性指标一般与地质勘察技术的水平有关，因此，其应用受到一 定的限制。 3.复合指标 是一种用两个或两个以上的岩性指标或综合岩性指标所表示的复合性指 标。具有代表性的复合指标分级，是巴顿(N.Barton)等人提出的岩体质量 Q指标，Q综合表达了岩体质量的六个地质参数，见下式： Q=(RQD/Jh)(J-/Ja)Jw/SRF) (5.1.3) 式中RQD一岩石质量指标，其取值方法见式(5一1)： h一节理组数目，岩体愈破碎，取值愈大，可参考下列经验数值 没有或很少节理，Jh=0.510: 0

内蒙古科技大学教案 72 以单一的指标，反映岩体的综合因素。这些指标有 岩体的弹性波传播速度 弹性波传播速度与岩体的强度和完整性成正比， 其指标反映了岩石的力学性质和岩体的破碎程度的综合因素。 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 （5.1.1） 单位钻孔长度 岩石质量指标分级认为： RQD > 90％ 为优质； 75％ < RQD < 90％ 为良好； 50％ < RQD < 75％ 为好； 25％ < RQD < 50％ 为差； RQD < 25％ 为很差。 围岩的自稳时间 以被认为是综合岩性指标，隧道开挖后，围岩通常都有 一段暂时稳定的时间，不同的地质环境，自稳时间是不同的，劳费（H.Lauffer） 认为隧道围岩的自稳时间 ts 可用下式表示： ts = 常数 × L －(1＋a) （5.1.2） 式中：L － 隧道未支护地段的长度； a － 视围岩情况在 0～1 之间变化，好的岩体可取 a =0;极差的 a = 1。 劳费（H.Lauffer）根据围岩的自稳时间和未支护地段的长度，将围岩分为： 稳定的、易掉块的、极易掉块的、破碎的、很破碎的、有压力的、有很大压力 的七级。具体的取值标准可参考有关专著。 单一综合岩性指标一般与地质勘察技术的水平有关，因此，其应用受到一 定的限制。 3．复合指标 是一种用两个或两个以上的岩性指标或综合岩性指标所表示的复合性指 标。具有代表性的复合指标分级，是巴顿（N.Barton）等人提出的岩体质量－ Q 指标，Q 综合表达了岩体质量的六个地质参数，见下式： Q ＝（ RQD/ Jh）( Jr/ Ja) ( Jw / SRF) （5.1.3） 式中 RQD － 岩石质量指标，其取值方法见式（5－1）； Jh － 节理组数目，岩体愈破碎，Jh 取值愈大，可参考下列经验数值； 没有或很少节理， Jh ＝ 0.5～1.0；

内蒙古科技大学教案 两个节理组时， Jh=4: 破碎岩体时， Jh=20 J一节理粗糙度，节理愈光滑，J取值愈小，可参考下列经验数值： 不连续节理， =4: 平整光滑节理， J=0.5等。 J,一节理蚀变值，蚀变愈严重，J取值愈大，可参考下列经验数值： 节理面紧密结合，节理中填充物坚硬不软化，=0.75: 节理中填充物是膨胀性粘土，如蒙脱土，J。=8~12等。 Jw 一节理含水折减系数，节理渗水量愈大，水压愈高，Jw取值愈小， 可参考下列经验数值： 微量渗水，水压〈0.1 Jw=1.0: 参水量大，水压特别高，特续时间长， Jw=0.1005等。 SRF一应力折减系数，围岩初始应力愈高，SRF取值愈大。可参 考下列经验数值： 脆性而坚硬、有严重岩爆现象的岩石，SRF=10~20: 坚硬、有单一剪切带的岩石，SRF=2.5。 以上六个参数的详细说明和取值标准可参考有关专著。这六个地质参数表 达了岩体的岩块大小(RQD小h)、岩块的抗剪强度(J小a)、作用应力(Jw/SRF) 因此，岩体质量Q实际上是岩块尺寸、抗剪强度、作用应力的复合指标。根 据不同的Q值，岩体质量评为九级，见表5.1.1。 表5.1.1 岩体质量评估 岩体质量特别好极好良好好中等 不良坏二 极坏特别坏☐ 4000 1 0.11 00100 1014 1 0.01 复合指标是考虑多种因素的影响，对判断隧道围岩的稳定性是比较合理可 靠的，它可以根据工程对象的要求，选择不同的指标。但是，复合指标的定量 数值，一般是通过试验、现场实测或凭经验确定的，带有较大的主观因素。 通过以上分析，对隧道围岩的分级，首先应考虑选择的围岩稳定性有重大 影响的主要因素，如岩石强度、岩体的完整性、地下水、地应力、结构面产状 以及他们的组合关系作为分级指标：其次选择测试设备比较简单、人为因素小、 科学性较强的定量指标：在考虑分级指标要有一定的综合性，如复合指标等 总之，应有足够的实测资料为基础，能全面反映围岩的工程性质。 5.1.2隧道围岩分级的方法

内蒙古科技大学教案 73 两个节理组时， Jh ＝4； 破碎岩体时， Jh ＝20。 Jr － 节理粗糙度，节理愈光滑，Jr 取值愈小，可参考下列经验数值； 不连续节理， Jr ＝4； 平整光滑节理， Jr ＝0.5 等。 Ja － 节理蚀变值，蚀变愈严重，Ja 取值愈大，可参考下列经验数值； 节理面紧密结合，节理中填充物坚硬不软化，Ja ＝ 0.75； 节理中填充物是膨胀性粘土，如蒙脱土，Ja ＝ 8～12 等。 Jw － 节理含水折减系数，节理渗水量愈大，水压愈高，Jw 取值愈小， 可参考下列经验数值； 微量渗水，水压 < 0.1Mpa, Jw = 1.0； 渗水量大，水压特别高，持续时间长， Jw ＝ 0.1～0.05 等。 SRF －应力折减系数，围岩初始应力愈高，SRF 取值愈大。可参 考下列经验数值； 脆性而坚硬、有严重岩爆现象的岩石，SRF ＝ 10～20； 坚硬、有单一剪切带的岩石，SRF ＝ 2.5。 以上六个参数的详细说明和取值标准可参考有关专著。这六个地质参数表 达了岩体的岩块大小（RQD/Jh）、岩块的抗剪强度（Jr/Ja）、作用应力（Jw/SRF）。 因此，岩体质量 Q 实际上是岩块尺寸、抗剪强度、作用应力的复合指标。根 据不同的 Q 值，岩体质量评为九级，见表 5.1.1。 表 5.1.1 岩体质量评估 岩体质量 特别好 极好 良好 好 中等 不良 坏 极坏 特别坏 Q 400～ 1000 100～ 400 40～ 100 10～ 40 4～ 10 1～4 0.1～1 0.001~0. 1 0.001～ 0.01 复合指标是考虑多种因素的影响，对判断隧道围岩的稳定性是比较合理可 靠的，它可以根据工程对象的要求，选择不同的指标。但是，复合指标的定量 数值，一般是通过试验、现场实测或凭经验确定的，带有较大的主观因素。 通过以上分析，对隧道围岩的分级，首先应考虑选择的围岩稳定性有重大 影响的主要因素，如岩石强度、岩体的完整性、地下水、地应力、结构面产状、 以及他们的组合关系作为分级指标；其次选择测试设备比较简单、人为因素小、 科学性较强的定量指标；在考虑分级指标要有一定的综合性，如复合指标等。 总之，应有足够的实测资料为基础，能全面反映围岩的工程性质。 5.1.2 隧道围岩分级的方法

内蒙古科技大学教案 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因工程界 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 道围岩稳定性的影向，并律议了各类用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 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)，属干这一节鞋。这类方法的优点是目的明确，而目和支护尺计直接 挂钩，使用方便，能指导施工。但分级指标以定性描述为主，带有很大的人为 因素。 根据上述介绍可知，隧道围岩分类方法有简有繁，并无统一格式。目前 国内外许多学者都认为，隧道围岩分级的详细程度，在工程建设的不同阶段应 有所不同。在工程规划和初步期计阶段的围岩分级，可以定性评价为主，判别 的依据主要来源于地表的地质测绘以及部分的勘察工作，在工程设计和施工阶 段，围岩分级应为专门的目的服务。如为设计提供依据的围岩分级，其判别依 据主要是地质测绘资料、地质详勘资料、岩石和岩体的室内和现场试验数据

内蒙古科技大学教案 74 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。但分级指标以定性描述为主，带有很大的人为 因素。 根据上述介绍可知，隧道围岩分类方法有简有繁，并无统一格式。目前， 国内外许多学者都认为，隧道围岩分级的详细程度，在工程建设的不同阶段应 有所不同。在工程规划和初步期计阶段的围岩分级，可以定性评价为主，判别 的依据主要来源于地表的地质测绘以及部分的勘察工作，在工程设计和施工阶 段，围岩分级应为专门的目的服务。如为设计提供依据的围岩分级，其判别依 据主要是地质测绘资料、地质详勘资料、岩石和岩体的室内和现场试验数据

内蒙古科技大学教案 分级指标一般是半定量和定性的。为隧道施工钻爆提供依据的围岩分级，主要 利用各种量测和观测到的实际资料对围岩分级进行补充修正，此时的分级的依 据是岩体暴露后的实际值。 围岩分级的分阶段实施，是因为围岩分级除了取决于地质条件外，还和工 程规模、形状、施工工艺等技术条件有关。不同阶段的地质勘察、试验研究、 工作顺序可用图5.1.1所示的框图来表示。 光躲细安空酱格 医的初分分表 都序设计门 译框将质超将和容五食见力于性天认窗 熟禁短因*踢瑞 国用学起分动 一生本，甘，整工绿计 的 质工皮控黄南 一品正雨米分须，克更设时 图5.1.1工程各阶段围岩分级系统框图 5.1.3我国公路隧道围岩分级 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

内蒙古科技大学教案 75 分级指标一般是半定量和定性的。为隧道施工钻爆提供依据的围岩分级，主要 利用各种量测和观测到的实际资料对围岩分级进行补充修正，此时的分级的依 据是岩体暴露后的实际值。 围岩分级的分阶段实施，是因为围岩分级除了取决于地质条件外，还和工 程规模、形状、施工工艺等技术条件有关。不同阶段的地质勘察、试验研究、 工作顺序可用图 5.1.1 所示的框图来表示。 图 5.1.1 工程各阶段围岩分级系统框图 5.1.3 我国公路隧道围岩分级 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

内蒙古科技大学教案 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，目前主要是根据表 5.12进行划分的，当风化作用使岩体结构发生变化，松散、破碎、软硬不 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，按表51.3确定；地质构造影响 程度按表5.1.4确定 表5.1.2 岩体完整程度的等级划分 等级 结构面发育程度 地质构造影响程度 不有 名新 物学整 较发育、不发育 较严重、轻微 较破碎 发有、较发有 亚香。物亚届 破座 极发育、发育 极严重、严重 极破碎 扬发音 极亚重 表5.13 围岩结构面（节理）发育程度等级划分 等级 结构面（节理）发育程度 结构面（节理）组 岩体结构类 数及平均间距(m) 主要结构面（节理）的类型 型 不发 1-2组 为原生型或构造型密闭 巨块状结构 平均间距>1.0 较发 呈X形，较规则，以构造型为主 多数为密闭部分微张，少有充填物 大块状结构 3组 不规则，呈X形或米字形：以构造型或 发育 块石和碎石 平均间距<0.4 风化型为主，大部分张开，部分有充填 状 碎石状 表514 围岩受地质构造影响程度等级划分 等级 地质构造作用特征 轻微 围岩地质构造变动小，无断裂（层）：层状岩一般旱单斜构造：节理不发 较重围岩地质构造变动较大，位于断裂（层）或褶曲轴的邻近地段，可有小断 层，节理较发有 严重 围岩地质构造变动强烈，位于裙曲轴部或断裂影响带内：软岩多见扭曲 及拖拉现象：节理发有 很严 位于断裂破碎带内，节理很发有：岩体破碎呈碎石、角砾状，有的甚至 呈粉末、士状

内蒙古科技大学教案 76 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，目前主要是根据表 5.1.2 进行划分的，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，按表 5.1.3 确定；地质构造影响 程度按表 5.1.4 确定。 表 5.1.2 岩体完整程度的等级划分 等级 结构面发育程度 地质构造影响程度 完整 不发育 轻微 较完整 较发育、不发育 较严重、轻微 较破碎 发育、较发育 严重、较严重 破碎 极发育、发育 极严重、严重 极破碎 极发育 极严重 表 5.1.3 围岩结构面 (节理)发育程度等级划分 等级 结构面（节理）发育程度 结构面（节理）组 数及平均间距（m） 主要结构面（节理）的类型 岩体结构类 型 不发 育 1—2 组 平均间距>1.0 为原生型或构造型密闭 巨块状结构 较发 育 2～3 组 平均间距>0.4 呈 X 形，较规则，以构造型为主， 多数为密闭部分微张，少有充填物 大块状结构 发育 >3 组 平均间距3 组，杂乱， 平均间距<0.2 以风化型和构造型为主， 微张或张开，均有充填物 碎石状 表 5.1.4 围岩受地质构造影响程度等级划分 等级 地质构造作用特征 轻微 围岩地质构造变动小，无断裂(层)；层状岩一般呈单斜构造；节理不发 育 较重 围岩地质构造变动较大，位于断裂(层)或褶曲轴的邻近地段，可有小断 层，节理较发育 严重 围岩地质构造变动强烈，位于褶曲轴部或断裂影响带内；软岩多见扭曲 及拖拉现象；节理发育 很严 重 位于断裂破碎带内，节理很发育；岩体破碎呈碎石、角砾状，有的甚至 呈粉末、土状

内蒙古科技大学教案 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与工 程的关系分为四种，其标准及代表性岩石见表5.1.5：当风化作用使岩石成分 改变、强度降低时，应按风化后之强度确定岩石等级。 表5.1.5 岩石等级划分 饱和抗压 耐风化能力 岩石等级 代表性岩石 R(MPal 程度现象 暴站 1.花岗岩、闪长岩、玄武岩等岩 后1、 2浆岩类 级硬 强 >60 2.硅质、铁质胶结的砾岩及砂岩 积若类 石 岩、大理岩、板 岩、 片岩等变质岩类 质岩 >30 软 软 5以上~30 弱 至数即 日灰质页岩、泥灰岩、泥岩、劣煤等沉 积岩类 月 3.云母片岩和干枚岩等变质岩类 石 风 极 化壳 3.地下水 在公路隧道围岩的分级中，遇有地下水时， 般的处理采用降级的方法 可按下列原则调整围岩级别： 在V1级围岩或属于V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V1级围岩或属于V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1级：

内蒙古科技大学教案 77 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 Rb 与工 程的关系分为四种，其标准及代表性岩石见表 5.1.5；当风化作用使岩石成分 改变、强度降低时，应按风化后之强度确定岩石等级。 表 5.1.5 岩石等级划分 岩石等级 饱和抗压 极限强度 耐风化能力 代表性岩石 Rb(MPa) 程度 现象 硬 质 岩 石 极 硬 石 ＞60 强 暴 露 后 1、2 年 尚 不 易 风化 1．花岗岩、闪长岩、玄武岩等岩 浆岩类 2．硅质、铁质胶结的砾岩及砂岩、 石灰岩、白云岩等沉积岩类 3．片麻岩、石英岩、大理岩、板 岩、片岩等变质岩类 硬 质 岩 ＞30 软 质 岩 石 软 质 岩 5 以上～30 弱 暴 露 后 数 日 至 数 月 即 出 现 风 1．凝灰岩等喷出岩类 2．泥砾岩、泥质砂岩、泥质页岩、 灰质页岩、泥灰岩、泥岩、劣煤等沉 积岩类 3．云母片岩和干枚岩等变质岩类 极 软 岩 ≤5 化壳 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 VI 级围岩或属于 V 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 VI 级围岩或属于 V 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；

内蒙古科技大学教案 1Ⅲ级、Ⅱ级围岩己成碎石状松散结构，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I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。见表5.1.6。 表5.1.6 公路隧道围岩分类 级别 围岩主要工程地质条件 围岩开挖后的稳 定状态 主要工程地质条件 结构特征和完整状态 硬质岩石（饱和抗压极限强度R, 6OMPa),受地质构造影响轻微，节理 不发育，无软弱面（或夹层）：层状岩月 呈巨块状整体结构 为厚层，层间结合良 琴路的间长，可 呈大块状砌体结构 成厚层， 顶板易 象，或为硬质岩石偶夹软质岩石 软质岩石R≈30MP),受地质构造景 响轻微，节理不发有：层状岩层为厚层 层间结合良好 呈巨块状整体结构 30Pa,受地质构造 拱部无支护时可 及组有 尚不致 呈块（石）碎石)状镶嵌 层状岩层为薄层或中 结构 本稳定 IV 破振 结合差， 多有分离现象：或为硬、软 动过大易塌 岩石互 软质岩石(R,=5以上~30MPU,受地质 呈大块状砌体结构 构造影响严重，节理较发有：层状岩层 为薄层、中层或厚层，层间结合一般

内蒙古科技大学教案 78 III 级、II 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 I 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。见表 5.1.6。 表 5.1.6 公路隧道围岩分类 级别 围岩主要工程地质条件 围岩开挖后的稳 定状态 主要工程地质条件 结构特征和完整状态 V1 硬质岩石( 饱和抗压 极限强度 Rb ＞ 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，可能产少岩 爆 V 硬质岩石(Rb＞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 呈大块状砌体结构 暴露时间长，可 能出现局部小坍 塌；侧壁稳定； 层间结合差的平 缓岩层，顶板易 塌落 软质岩石(Rb≈30MPa)，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(Rb＞30MPa)，受地质构造影 响严重，节理发育，有层伏软弱面(或 夹层)，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 产中 小坍塌，则壁基 本稳定，爆破振 动过大易塌 软质岩石(Rb＝5 以上~30MPu)，受地质 构造影响严重，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

内蒙古科技大学教案 硬质岩石(R(>30MPa),受地质构造 呈碎石状压碎结构 供部无支护时， 较大的坍塌 软质岩石(R 以上 时失去稳定 1,略具压密或成岩作用的粘性土及砂 1是大块状压结 性士 只后中非救依结超 2.一般钙质、铁质胶结的碎、卵石士 3。是后块状整体结超 大块石土 3.黄土(Q1.Q2) 石质图岩位于挤压强烈，的断裂带内，裂 呈角（砾）碎（石）状松散 用岩易坍塌，处 隙杂乱，呈石夹士或士夹石状 结构 理不当会出现大 一般第四系的半干硬~硬塑的粘性」 侧壁 设碎、卵石士、圆商 性土及黄士呈松软结 浅埋 角砾土及黄士(0 地表 (陷)或坍至地表 石质围岩位于挤压极强烈的断裂带内 星松软结构 围岩极易坍塌变 呈角砾、砂、泥松软体 有水的工 软塑状粘性士及潮湿的粉细砂等 结 潮湿松散 浅埋时易坊 h 公路隧道围岩分级表中“级别”和“围岩主要工程地质条件”栏，不包括 特殊地质条件的围岩，如膨胀性围岩、多年冻土等。层状岩层的层厚划分为： 厚层：大于0.5m: 中层：0.1~0.5m 薄层：小于0.1m。 公路隧道设计规范中，还提出按岩石质量指标(ROD)、岩体弹性波纵波 速度V。、岩体完整性系数I的围岩分级，可供学习的参考。 见表5.1.7。 表5.1.7 按(RQD)、V、I的围岩分级 级 VI 参数 ROD(%)>95 8575 75-86 50-75 25-50 45 3.5-4.5 2.5-40 1.5-3.0 10-2.0 <1.0<1.5（饱和 粘十) 0.81.0 0.6-0.8 0.4-0.6 0.2-0.4 02 锤击法时采用低值(1)划分

内蒙古科技大学教案 79 III 硬质岩石(Rb (＞30MPa)，受地质构造 影响很严重，节理很发育，层状软弱面 (或夹层)巳基本被破坏 呈碎石状压碎结构 拱部无支护时， 可产 生较大的坍塌； 侧壁有 时失去稳定 软质岩石((Rb ＝5 以上～3．0 助 Pa)， 受地质构造影响严重，节理发育 呈块(石)碎(石)状镶嵌 结构 1．略具压密或成岩作用的粘性土及砂 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 3．呈巨块状整体结构 II 石质图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 (陷)或坍至地表 一般第四系的半干硬～硬塑的粘性土 及稍湿至潮湿的一般碎、卵石土、圆砾、 角砾土及黄土(Q3 、Q4) 非钻性土呈松散结构， 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 呈松软结构 围岩极易坍塌变 形，有水时土砂 常与水一齐涌 出；浅埋时易坍 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 结构砂性土呈潮湿松散 结构 公路隧道围岩分级表中“级别”和“围岩主要工程地质条件”栏，不包括 特殊地质条件的围岩，如膨胀性围岩、多年冻土等。层状岩层的层厚划分为： 厚层：大于 0.5m； 中层：0.1～0.5m； 薄层：小于 0.1m。 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 Vp、岩体完整性系数 I 的围岩分级，可供学习的参考。见表 5.1.7。 表 5.1.7 按（RQD）、Vp、I 的围岩分级 级 参数 VI V VI III II I RQD（％） >95 85~75 75~86 50~75 25~50 4.5 3.5~4.5 2.5~4.0 1.5~3.0 1.0~2.0 <1.0<1.5（饱和 粘土） I 0.8～1.0 0.6~0.8 0.4~0.6 0.2~0.4 <0.2 锤击法时采用低值（I）划分