地下工程的围岩分类

地下工程的围岩分类

围岩分类是为解决地下洞室的围岩稳定和支护问题而建立的。因而围岩分类是围绕地下洞室的稳定性和支护的影响因素而作为分类原则，这些因素主要有：岩体的结构特征和完整状态；岩体强度；岩石的风化程度；地下水的影响；区域构造影响和地震影响等。在实际制定围岩分类时，一般主要考虑岩体强度、岩体结构特征和完整程度以及地下水活动等方面的因素。国内外的围岩分类所选取的基本因素大致都是这样，但在综合反映基本因素的指标上是不同的。

一、“普氏”分类

普氏分类在我国曾应用较广。主要是考虑岩性，而未考虑岩体构造和围岩完整性。围岩压力公式是把坚硬地层视作松散介质，形式上套用了松散地层中的压力拱理论和公式，即垂直压力为：

Ｐ＝γ0ｈ1 （8-26）

式中Ｐ——垂直压力；

ｈ1——压力拱拱高，ｈ1=ａ1／ｆkp ；

ａ1——压力拱半跨；

ｆkp——岩石坚硬系数；

γ0——围岩的重度。

工程地质勘测工作基本上是根据地质条件和经验确定ｆkp值。见表8-16。或按下面的经验公式确定ｆkp值：

ｆkp=Ｒc/10 （8-27）

式中Ｒc——岩石的单轴抗压强度（ＭＰa）。

普氏岩石分类表8-16

这种方法曾在我国较长时期内得到广泛的应用。目前有些单位仍应用此分类。但在长期工程实践中，发现这种分类与其计算方法存在严重的缺陷。

1.它主要是为估计土石工程的工作量、确定施工开挖定额服务的。因此它只能说明岩石开挖的难易程度，不能全面反映岩体的稳定性。

2.ｆkp值以岩石强度为基础，大量工程实践证明，决定岩体稳定性的主要因素是岩体结构特性，即它的完整性，在分类中虽然也规定要根据岩石的物理状态（风化的、破碎的）划归于较低一类去，这样给确定ｆkp值带来了很大的主观臆断性。我国各部门由于工程特点不同，确定ｆkp值标准也不同。甚至在同一地点对同一洞室的岩石，不同的人可以得出相差很大的ｆkp值。

3.分类等级较多，给使用上带来不便。由于选用的ｆkp值不同，相应计算得到的围岩压力也相差很大。当ｆkp=２和ｆkp=４时，则压力可相差近一倍。

4.普氏压力计算公式根据松散体理论而得，而地下洞室多位于坚硬及中等坚硬以上较完整的岩体中，理论假设前提与客观实际相差太大。一般来说，在坚硬地层中围岩压力公式计算结果偏大，而在松散地层中计算结果偏小。

二、泰沙基分类

泰沙基于1946年提出使用钢拱支撑的隧道围岩分类方法。他考虑了岩体的构造、岩性以及影响建筑物稳定的其他一些性质（如受化学侵蚀、膨胀性等），推荐了不同岩性的支撑与衬砌上的荷载计算公式（表8-17）。泰沙基分类在英美等国应用较广。我国有关单位在订规范时也参考了这种分类。

Ｋ·泰沙基分类（1946年）表8-17

据我国水电有关部门在一些塌方地段曾用泰沙基分类表所订的土荷载高度

进行核算后认为，凡符合泰沙基分类所指的地质条件，一般还较接近于实际情况。但是，这种分类也是建立在岩体塌脱成自然平衡拱的概念基础上。

三、按岩体质量等级的围岩分类

岩体质量是受岩石质量、岩体完整程度、地应力的大小、地下水的作用、软弱结构面产状等因素所影响，因而岩体质量等级也以此为标准。

近年国际上在进行围岩分类时，普遍采用岩体质量等级作为围岩分类的标准。如岩体质量评分的地质力学围岩分类（ＲＭＲ）、岩体结构评价的ＲＳＲ围岩分类，以及岩体基本质量分级（ＢＱ）的围岩分类。

（一）ＲＭＲ分类

本分类是比尼奥斯基（1973）根据矿山开采掘进的经验提出的岩体质量评分的地质力学围岩分类。该分类考虑了六个方面的影响因素作为衡量岩体质量的评分标准。这六个因素为：岩石强度、岩体质量指标ＲＱＤ、不连续面的间距、状态和方向条件、地下水等。其中岩体质量指标ＲＱＤ是用来表示岩石的完整性、ＲＱＤ的确定方法是：采用直径为75ｍｍ的双层岩心管金刚石钻进，提取直径为54ｍｍ的岩心，将长度小于10ｃｍ的破碎岩心及软弱物质剔除，然后测量大于或等于10ｃｍ长柱状若心的总长度（Ｌp）。用这一有效的岩心长度与采集岩心段的钻孔总进尺（Ｌ）之比，取其百分数就是ＲＱＤ。其表示式如下：

ＲＱＤ＝（Ｌp／Ｌ）×100％（8-28）

ＲＱＤ值按其大小可分为五个质量等级，如表8-18所示。

岩石质量等级表8-18

ＲＱＤ的岩石质量等级只是考虑了岩块的大小，也就是岩体的完整性，但它并没有考虑岩石的质量和其他地质因素的影响，因而ＲＭＲ分类中将ＲＱＤ作为一项的影响因素来对待。

ＲＭＲ分类是将上述各因素单项分数后累加起来，得到岩体质量总评分。根据这个评分划分岩体质量等级。如表８－１９和表８－２０所示。

上述二种按岩体质量分类的结果，它们之间的关系已由茹夫莱泽

（T.C.Rufledgc）根据新西兰的经验作了对比求得下式：

ＲＳＲ＝0.77ＲＭＲ＋22.4

ＲＭＲ分数计算表表8-19

按ＲＭＲ值划分的质量等级表8-20

（二）ＲＳＲ分类

本分类也称岩体结构评价的分类，它是1974年威克霍姆提出的以岩体结构特征作为围岩分类的主要影响因素。此法考虑了地质（参数Ａ）、节理（参数Ｂ）和地下水（参数Ｃ）三个因素，并按表8-21所列的标准进行评分。ＲＳＲ值为该三项评分之和，其变化范围在25～100之间。

ＲＳＲ参数取值标准表8－21

注：预计涌水量单位gal/（min〃1000ft）指1000ft（1000×0.3048m）长的隧洞每分钟的涌水量（1gal＝3.785L）。

（三）ＢＱ分类

本分类也称岩体基本质量分级。是近年国标《工程岩体分级标准》提出的。我国岩土工程勘察规范（GB50021-94）根据我国实际，改进了此岩体基本质量分级的标准。认为岩体基本质量分级不仅与岩石的坚硬程度和岩体的完整程度有关，而且还与地下水、软弱结构面和地应力等因素有关。对这些因素的处理方法，提出先考虑岩石坚硬程度和岩体完整程度的影响，据此定出了岩体基本质量指标值ＢＱ。而后考虑地下水、软弱结构面和地应力等因素的影响，据此对ＢＱ值修正，称为岩体基本质量指标修正值[ＢＱ]。

１．岩体基本质量指标值ＢＱ按下式确定

ＢＱ＝90＋３Ｒc＋250Ｋv （8-29）

式（8-29）中的Ｒc为岩石饱和单轴抗压强度（ＭＰａ），岩石坚硬程度的划分，如表8－22所示；Ｋv为岩体的完整性系数，按其值的大小可将岩体划分为不同的完整程度，如表8－23所示。Ｋv值的大小是与岩体体积裂隙数Ｊv有关。它的含义是单位岩体体积内的节理裂隙（结构面）数目（条／ｍ3），并按下表8-24所列的Ｊv值来确定大Ｋv值。Ｋv值也可用声波测试确定，这时岩体完整系数从为岩体声波纵波速度与岩石声波纵波速度之比的平方。

岩石坚硬程度表8－22

岩体的完整程度表8－23

注：岩体体积节理数Ｊv系单位岩体体积内的节理（结构面）数目。

Ｊv与Ｋv对照表表8－24

注：岩体体积节理数Ｊv系单位岩体体积内的节理（结构面）数目。

2.按式（8－29）求得BQ值，可安表8－25确定岩体基本质量级别。

岩体基本质量分级 表8－25

注：1.岩石坚硬程度可按表8－22划分；

2.岩体完整程度定量指标应采用实测的岩体完整性系数Ｋv

值按表8－23划分；当无条件取得实测值时，也可用岩体体积节理数Ｊv 按表8－24确定Ｋv 值。

3.岩体基本质量修正值的确定

（1）地下水影响修正系数Ｋ1值，可按表8－26所示确定。

地下水影响修正系数Ｋ1 表8－26

（2）主要软弱结构面产状影响系数K2值，可按表8－27所示确定。

主要软弱结构面产状影响修正系数K2 表8－27

（3）初始应力状态影响修正系数K3值，可按表8－28和表8－29所示来确定。

高初始应力区岩体开挖主要现象表8－28

注：σmax为垂直洞轴线方向的最大初始应力。

初始应力状态影响修正系数K3 表8－29

（4）岩体基本质量指标修正值[BQ]应按下式计算：

[BQ]＝BQ－100（K1+K2+K3) (8-30)

式中 K1——地下水影响修正系数，按表8－26确定；

K2——主要软弱结构面产状影响修正系数，按表8－27确定；

K3——初始应力状态影响修正系数，按表8－29确定。

当无在表8－26、表8－27和表8－29中所列的情况时，修正系数取零。[BQ]出现负值时，应按特殊情况处理。

（5）修正后的值仍按表8－25确定围岩质量级别。