隧道围岩分级计算公式
题目 隧道围岩分级及其应用
题目隧道围岩分级及其应用摘要隧道围岩分级是正确进行隧道设计与施工的基础。
一个合理的、符合地下工程实际情况的围岩分级，对于改善地下结构设计、发展新的隧道施工工艺、降低工程造价、多快好省地修建隧道有着十分重要的意义。
从围岩的稳定性出发，1975年编制了我国“铁路隧道围岩分类”，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”。
引言近年来，由于各种类型地下工程的大量修建，隧道围岩分级的研究也得到了很大的发展，从国外围岩分级的发展趋势看，围岩分级主要以隧道稳定性分级为主，且从对岩石的分级逐渐演变到对岩体的分级，从国内围岩分级的发展趋势看，从1975年以后，我国隧道围岩分级方法的发展基本与国际同步，我国隧道围岩分级方法主要采用两个步骤：第一步以基本指标进行基本分级；第二步用修正指标对基本级别进行修正，最终获得修正后的围岩级别。
我国隧道围岩分级主要分为六级，其中岩质围岩为Ⅰ-Ⅴ级，土质围岩Ⅳ-Ⅵ级。
正文一、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以单一的指标，反映岩体的综合因素。
这些指标包括：（1）岩体的弹性波传播速度（2）岩石质量指标（RQD）（3）围岩的自稳时间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。
（1）Q复合指标分级根据不同的Q值，岩体质量评为九级，见下表（2）RMR复合指标根据RMR 的值相应的可以将岩体分为五类，见下表（3）岩体基本质量指标岩体基本质量分级通过以上分析，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。
隧道围岩基本质量指标BQ计算表(1)
结构面走向与洞轴线夹 角>60°，结构面倾角 >75°
K2
0.4～0.6
0.0～0.2
初始地应力状态影响修正系数K3
BQ
>550 550～451 450～351 350～251
极高应力区
1.0
1.0
1.0～1.5 1.0～1.5
高应力区
0.5
0.5
0.5
0.5～1.0
高初始应力地区围岩在开挖过程中出现的主要现象
软岩 25 35
极软岩 30 40
岩体体积节理数与岩体完整性系数对照表
Jv（条/米3） <3
3～10 10～20 20～35
Kv
>0.75
0.75~0.55 0.55~0.35 0.35~.15
BQ值
潮湿或点滴状出水 淋雨状或涌泉状出 水，水压<0.1MPa
或单位出水量 <10L/min
淋雨状或涌泉状出 水，水压>0.1MPa
1.弱风化的坚硬岩； 2.微风 化－未风化的熔结凝灰岩、大 理岩、板岩、白云岩、石灰岩 、钙质胶结的砂页岩等
较软岩 软岩 极软岩
1.强风化的坚硬岩； 2.弱风
锤击声不清脆,无回弹,较 化的较坚硬岩； 3.未风化－
易击碎;浸水后指甲可刻出 微风化的凝灰岩、千枚岩、砂
印痕
质泥岩、泥灰岩、泥质砂岩、
粉砂岩、页岩等
>60 60～30 30～15 15～5
54.5 0.43 54.5 0.43
361
361 361
坚硬程度
坚硬岩 较坚硬岩 较软岩
软岩
隧道围岩基本质量指标修正值[BQ]计算表
K1
K2
隧道围岩分级及围岩压力
结构特征体现围岩体的受力特征，完整状态体 现围岩体在受各种地质作用力下所表现的形态。
把围岩的结构特征和完整状态相结合就组成了 评价围岩稳定性的最直接最重要的指标。
它与地质构造变动的特征（分为轻微、较重、 严重、很严重）、结构面的密集程度、节理（裂隙） 发育程度（可分为不发育、较发育、发育、很发 育）、风化程度（全风化、强风化、弱风化、微风 化、）岩层厚度[分为厚层（大于0.5m）、中层
（3）Ⅳ级、Ⅴ级围岩已成碎石状松散结构，裂隙中有黏 土充填物时，可根据地下水的类型、水量大小、渗流条件、 动水和静水压力等情况，判断对围岩的危害程度，酌情降1 －2级。
（4）对于Ⅵ级围岩，在分级时已经考虑了一般含水地质 情况的影响，但在特殊含水地层（如处于饱水或具有较大的 承压水流时）还需另作处理。
（三）与地质勘探手段相联系的分级方法： 1．围岩弹性波纵波速度分级：波速越高，围岩越
好。该法最早是日本提出的，把围岩分为7级。 2．岩石质量为指标的分级法：RQD（rock
quality designation）分级法。 用岩芯复原率来表示岩石质量指标，岩芯的完整
程度与岩体的原始裂隙、硬度、均匀性等状态有关。 所谓岩芯复原率：是指单位长度的钻孔中，10cm
（二）围岩压力的分类：按作用力发生的形态一 般可分为：
1．松动压力（loosening pressure）由于开挖 而松动或坍塌的岩体以重力形式直接作用在支护结 构上的压力称为松动压力。
松动压力按作用在支护上力的位置不同分为： 竖向压力、侧向压力和底压力。
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南京地铁支撑
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南京地铁临时支撑
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地坑院出入口
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地坑院室内
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2．以岩石物理性质为指标的分级法：前苏联的
隧道围岩分级
铁路隧道围岩分级一、铁路隧道围岩分级类型根据《铁路隧道工程施工技术指南》铁路隧道围岩分级判定的内容将不同岩石性质和岩体结构的隧道围岩分为Ⅰ～Ⅵ六个基本级别。
铁路隧道围岩分级表注：表中“围岩级别”和“围岩主要工程地质条件”栏，不包括膨胀性围岩、多年冻土等特殊岩土。
二、围岩级别判定的一般步骤1、收集整理隧道场地的区域地质资料，分析研究设计图纸上详细的地勘报告，明确隧区主要的岩层、岩性、岩体构造、不良地质以及水文地质条件。
特别是要详细研究不良构造体和不良地质作用对隧道区围岩的岩石强度、岩体完整性的影响。
从整体上把握该区域工程地质条件。
2、按照编制的实施性超前地质预报组织进行隧道掌子面前方地质预测预报，并根据真实的预报结论分析判断掌子面前方的围岩情况。
一方面根据预报结论初步判断围岩基本分级的级别，并将其与设计时提供的围岩分级进行比对，另一方面作为围岩级别和支护方案变更的依据之一。
3、实时记录掌子面地质素描表和围岩级别判定卡中的内容，特别是要客观填写掌子面围岩的岩性指标、岩体完整性情况和地下水状况，这些指标均是作为围岩基本分级的理论依据。
如果难以明确围岩的地质条件，可通过实验和理论计算来确定围岩的各项力学性能和构造特点，来加以判断围岩级别。
4、根据得出的围岩岩性特征、构造特征以及其它相关资料并按照隧道围岩分级的标准进行围岩级别的判定。
三、围岩判定主要依据1、岩石的坚硬程度①从定性划分硬质岩包括坚硬岩和较硬岩，软质岩包括较软岩、软岩和及软岩。
坚硬岩:锤击声清脆，有回弹，震手，难击碎，基本无吸水反应。
代表性岩石如未风化～微风化花岗岩、闪长岩、辉绿岩、玄武岩、安山岩、片麻岩、石英岩、石英砂岩、硅质砾岩、硅质石灰岩等。
较硬岩:锤击声较清脆，有轻微回弹，稍震手，较难击碎，有轻微吸水反应。
代表性岩石有1、微风化的坚硬岩石；2、未风化的大理岩、板岩、石灰岩、白云岩、钙质砂岩等。
较软岩:锤击声不清脆，无回弹，轻易击碎，浸水后指甲可刻出印痕。
深浅埋划分
s-1
q = 0.45 ×2 ×γω (kN/m2)
围岩级别， --6 式中 ：S—围岩级别，S＝4--6； 围岩容重， γ— 围岩容重， (kN/m3)； ω＝1+ i(B-5) — 宽度影响系数； 宽度影响系数； i(BB — 隧道宽度,(m）； 隧道宽度,(m ,(m）； i —以B＝5m为基准，B每增减1m时的围岩压力 为基准， 每增减1m 1m时的围岩压力 增减率。 增减率。 当B<5m，取i ＝0.2；当B > 5m,取i ＝0.1。
●
●
深埋隧道围岩松散压力值是以施工坍方平均 深埋隧道围岩松散压力值是以施工坍方平均
高度(等效荷载高度值)为根据， 高度(等效荷载高度值)为根据，为了形成此高 度值，隧道上覆岩体就有一定的厚度。根据经 度值，隧道上覆岩体就有一定的厚度。 验，这个深度通常为2～2.5倍的坍方平均高度 这个深度通常为2 2.5倍的坍方平均高度 通常为 值
在矿山法施工的条件下
I～Ⅲ级围岩取 Hp＝2hq Ⅳ～Ⅵ级围岩取 Hp＝2.5hq
当隧道覆盖层厚度H≥Hp时为深埋， 时为深埋，
H＜Hp时为浅埋
深埋隧道围岩压力的确定(工程类比法) ⑴ 深埋隧道围岩压力的确定(工程类比法)
q = 0.45 ×2
● 适用条件
s-1
×γω (kN/m2)
① H/B < 1.7， 式中H为隧道高度； 1.7， 式中H为隧道高度； 深埋隧道,IV—VI级围岩 级围岩； ② 深埋隧道,IV—VI级围岩； 不产生显著偏压力及膨胀力的一般隧道； ③ 不产生显著偏压力及膨胀力的一般隧道； 采用钻爆法施工的隧道。 ④ 采用钻爆法施工的隧道。
围岩分级有关规定
附录A 围岩分级有关规定A.0.1岩体完整程度的定量指标Kv和Jv值的测试和计算方法应符合以下规定：1 岩体完整性指标(Kv)，应针对不同的工程地质岩组或岩性段，选择有代表性的点、段，测试岩体弹性纵波速度，并应在同一岩体取样测定岩石纵波速度。
按下式计算：Kv=(Vpm/Vpr)2(A.0.1-1)式中：Vpm岩体弹性纵波速度(km/s)；————Vpr————岩石弹性纵波速度（km/s）。
2 岩体体积节理数(Jv (条/m3))，应针对不同的工程地质组成岩组或岩性段，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Jv值应根据节理统计结果按下式计算：Jv=S1+ S2+……+ S n+ S k(A.0.1-2)式中：S n————第n组节理每米长测线上的条数；S k————每立方米岩体非成组节理条数（条/m3）。
A.0.1 岩体基本影响因素的修正系数的取值可分别按表A.0.2-1、表A.0.2-2、和表A.0.2-3确定。
无表中所示情况时，修正系数取零。
表A.0.2-1 地下水影响修正系数K1表A.0.2-2 主要软弱结构面产状影响修正系数K2表A.0.2-3 初始应力状态影响修正系数K3A.0.3 根据岩体（围岩）钻探和开挖过程中出现的主要现象，如岩芯饼化或岩爆现象，可按A.0.3详估围岩应力情况。
表A.0.3 高初始应力地区围岩在开挖过程中出现的主要现象注：σmax为垂直轴线方向的最大初始应力。
A.0.4 各级围岩的物理力学参数及结构面抗剪强度，应通过室内或现场试验获得。
如无实测数据时，可按以下各款选取：1 各级围岩物理力学参数可按表A.0.4-1选用。
表A.0.4-1 各级围岩的物理力学指标准值注：①本表数值不包括黄土地层。
②选用计算摩擦角时，不再计内摩擦角和粘聚力。
地下工程
其中 ：q—围岩竖向均布压力。
● 适用条件： ①高跨比小于1.7； ②深埋隧道； ③不产生显著偏压力及膨胀力的一般隧道； ④采用钻爆法施工的隧道。
2）铁路单线隧道围岩压力按松散压力考虑：
e1 h * tan 2 (45 / 2)
洞底的围岩侧向压力：
e2 (h * ht ) tan 2 (45 / 2)
习 题：
1 、某公路隧道进口 30 米处围岩是 IV 级，容重 25kN/m3 ， 开挖断面宽度12米，隧道上覆岩体厚度 8米，试计算并判 断该处隧道属深埋还是浅埋？ 2 、某双线铁路隧道，宽度 B=12m ，高度 Ht=8.8m ，埋深 Z=20m。围岩等级为 Ⅳ级，岩体容重 γ=21.5KN/m3 ，围岩 计算摩擦角 φc=53°。求隧道顶板及侧墙的松动围岩压力。
竖向围岩压力q为：
q＝γ h= γ×0.41×1.79S
水平均布压力e为：
围岩级别 水平均布压力 I、II 0 III <0.15q IV (0.15～0.3)q V (0.3～0.5)q VI (0.5～1.0)q
其中 ：q—围岩竖向均布压力。 上述公式是根据全国铁路隧道1046个隧道塌方样本统计 得出的经验公式，其中S —规范确定的围岩分级。
s-1
S—围岩级别，如属II级，则S＝2； ω＝1+ i(B-5) — 宽度影响系数； B — 隧道宽度，（m）； i —以B＝5m为基准，B每增减1m时的围岩压力增减率；当 B<5m，取i ＝0.2；当B > 5m,取i ＝0.1。
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](https://img.taocdn.com/s3/m/80eca059cfc789eb162dc85a.png)
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。