软硬互层隧道围岩稳定性及施工方法
隧道围岩级别划分与判定
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。
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12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 .1m4一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。
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。
隧道围岩分级(表)
（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
3.围岩分级中，岩石坚硬程度、岩体完整程度，两个基本因素的定性划分和定量指标，及其对应关系应符合有关规定
4.非粘性土呈松散状，粘性土及黄土呈松软结构
Ⅵ
土体
1.软塑状粘性土
2.潮湿、饱和粉细砂层、软土等
围岩分级判断方法
1.两步分ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ：
（1）初步分级：
1)定性：岩石坚硬程度和岩体完整程度的特征
2)定量：岩体基本质量指标（BQ）
（2）详细分级：
1)在岩体基本质量分级的基础上，考虑修正因素的影响
2)按修正后的岩体基本质量指标（BQ），结合岩体定性特征综合评判，确定围岩的详细分级
在工程可行性研究和初步设计可行性研究和初步设计阶段可采用定性划分的方法或工程类比的方法进行围岩级别划分坚硬岩rb30mpa岩体较完整块状或厚层状结构451550较坚硬岩岩体完整块状整体结构坚硬岩岩体较破碎巨块石碎石状镶嵌结构351450较坚硬岩或较软硬质岩岩体较完整块状体或中厚层状结构坚硬岩岩体破碎碎裂石结构251350较坚硬岩岩体较破碎破碎破碎镶嵌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结构土体1
岩体较完整，块状或厚层状结构
451~550
较坚硬岩
岩体完整，块状整体结构
Ⅲ
坚硬岩
岩体较破碎，巨块（石）碎（石）状镶嵌结构
351~450
较坚硬岩或较软硬质岩
岩体较完整，块状体或中厚层状结构
Ⅳ
坚硬岩
岩体破碎，碎裂（石）结构
251~350
较坚硬岩
岩体较破碎—破碎，破碎镶嵌结构
软弱围岩中隧道施工技术论文
软弱围岩中的隧道施工技术探讨摘要：本文通过工程实例分析了软弱围岩隧道的施工技术，阐述了软弱地质围岩地段隧道的施工方法、技术要领，为类似情况下的隧道施工标准提供参考和借鉴。
关键词：软岩隧道支护abstract: in this article, through the analysis on the actual case the weak rock tunnel construction technology, expounds the geological location of surrounding rock is weak tunnel construction method, technology essentials, for similar tunnel construction to provide reference for the standard.keywords: soft rock tunnel support中图分类号：tu74文献标识码：a文章编号：1 前言隧道和地下工程施工，遇到软弱围岩，通常是施工组织者和技术人员感到持久压力和伤脑筋的一件事。
软弱围岩隧道通常被列为重难点控制工程，对工期、安全、质量、投资均产生重大影响。
如何根据工程实际拿出最佳方案，是攻克软岩隧道施工的关键和前提，本文根据工程实例总结归纳，提出不同软岩特点不同地形条件针对性的施工方法，以供同行参考。
2 软岩隧道地质工程特点2．1 地质特点软岩，主要是指第四系全新、中更新、更新统的坡残积土部分。
范围包括江河湖岸和池塘冲积、淤积层，人工杂填土、水田、溶洞充填物、新老黄土、风积砂等。
普遍具有内磨擦角小，粘聚力弱及流滑、蠕变、膨胀、湿陷等不稳定的特点。
一般南方地区软土含水量偏大，扰动易液化呈液态流动，北方地区软土含水量较小，失水后易呈固态流动，扰动易崩坍。
北方地区软土浸水饱和，极易流失并很快失去承载力。
2．2 工程特性某隧道施工区位于陕北黄土高原沟谷区，冲沟发育，植被稀疏，地形起伏较大。
盾构复杂线型上软下硬泥岩地层下穿运营铁路施工技术
盾构复杂线型上软下硬泥岩地层下穿运营铁路施工技术二、线型特征分析盾构施工的第一步是对线型的特征进行分析。
在上软下硬的泥岩地层中，需要考虑地震活动带来的影响以及地质构造的复杂程度。
需要对地下水位、地下水质、土体的流变特性等进行详细调查和分析。
三、盾构机选择和设计在施工前，需要根据预计的地质情况和工程要求选择合适的盾构机型号。
在复杂地质条件下，应选择具有强大推力和切削能力的盾构机，并按照地层特征设计刀盘和刀具。
需要考虑盾构机的自控能力和可靠性，以应对突发情况。
四、施工方法在上软下硬泥岩地层下穿运营铁路的盾构施工中，主要采用以下方法：1. 预喷混凝土法：在掘进过程中，利用压力顶管将预喷混凝土注入土体，形成一个稳定的管状结构，提高地层的稳定性和承载能力。
2. 中空泥浆法：在盾构机前部设置一个注泥机，将注泥液注入到切削面前，形成一个稳定的土浆层，防止地层塌陷。
3. 套管法：在舱室后部加装套管，起到地层固化和增强承载能力的作用。
4. 封闭法：在掘进过程中，对盾构机前后部分进行封闭，通过增加对地层的控制力度来提高施工的稳定性。
五、风险控制在盾构施工过程中，需要重视风险控制，包括管片沉降、泥浆涌入、地层变形等。
针对这些风险，可以通过加强监测和预警系统、合理调整施工进度、增加支护措施等手段来进行控制。
六、施工质量控制盾构施工的最终目标是保证施工质量。
在施工过程中，需要对盾构机的掘进速度、土体的掘进阻力、注浆压力等参数进行实时监测。
需要对施工工艺进行调整和优化，保证管片的准确拼接和安装。
七、施工方案变更在复杂地质条件下，常常需要根据实际情况对施工方案进行调整和变更。
这包括施工进度的调整、支护形式的变化、切割头和刀具的更换等。
在变更施工方案时，需要充分考虑地质风险和施工安全。
八、案例分析以某城市地铁项目为例，该项目在盾构施工过程中遇到了一些复杂的泥岩地层。
通过合理的盾构机选择和设计、优化的施工方法以及有效的风险控制措施，成功地完成了地下铁路的施工。
专题二-围岩分级和围岩压力.
其它产状；较软岩或软硬岩互层，以软岩为主，中、薄层，岩层产状 D类岩：4.0>V≥3.0；
为横向中倾。
E类岩：3.0＞V≥2.0。
Ⅳ
Ⅳ3
坚硬状粘质土，天然重度≥20kN/m3；
密实状砂质土，细粒含量≥30%且细粒含水量≤18.75%，或细粒含量＜
土质 围岩
10%。 密实状碎石土，细料含量≥30%且细料含水量≤14%，或细料含量＜ 30%。
四、考虑围岩构造类型及变形失稳机理的围岩分级方法
围岩分级 基本级 亚
别级
Ⅰ
围岩 类型
围岩基本地质特征
岩质 完整围岩：极硬岩，岩体完整。 围岩 层状围岩：极硬岩，巨厚层。
Ⅱ
岩质 围岩
完整围岩：硬岩，岩体完整。 块状围岩：极硬岩，岩体较完整。 层状围岩：极硬岩，厚层状；硬岩，巨厚层。
弹性波速 （km/s）
A类岩：4.0＞ V≥3.0； B类岩：4.3＞ V≥3.3； C类岩：3.5＞ V≥3.0；
D类岩：
碎裂围岩：硬岩，岩体较破碎，结构面发育，结合好；较软岩， 4.0>V≥3.0；
Ⅳ
2
岩质 岩体较破碎，结构面发育，结合一般。 围岩 层状围岩：极硬岩，中厚层，岩层产状为纵向中倾；软硬岩互
E类岩：3.0＞ V≥2.0。
三、我国铁路隧道围岩分级方法
我国现行的《铁路隧道设计标准》中明确规 定，目前铁路隧道围岩分级承受两种方法，即以 围岩稳定为根底的分级方法和按弹性波(纵波)速 度的分级方法。
(一)以围岩稳定性为根底的分级方法
1.围岩分级的根本因素
(1)岩石坚硬程度 依据单轴饱和极限抗压强度Rc分为5级，即
极硬岩、硬质岩、较软岩、软岩、极软岩，如表。
第1章 围岩稳定性影响因素及岩体质量
谭文辉 北京科技大学 木系 北京科技大学土木系
主要内容
1.1 岩石性质 1 2 岩体结构 1.2 1.3 天然应力状态 1 4 地下水 1.4 1.5 工程因素 1.6 岩体质量评价
1 6 岩体质量评价 1.6
1 6 1 围岩稳定性评价方法 1.6.1
（1）按岩石质量指标 标(RQD)分类 类
按岩石质量指标分类是笛尔(Deer)于1964年提出的。 它是根据钻探时的岩芯完好程度来判断岩体的质量，对岩 体进行分类。即将长度在10cm（含10cm）以上的岩芯累计 长度占钻孔总长的百分比，称为岩石质量指标RQD（Rock Quality Designation）。
＞600 ＞300一般 般 大于600 ＞300 300~100 ＞600 ＜300，骨 架岩层在 300上下 ＜300
1
Ⅱ
层状结 构
Ⅲ
碎裂结 构
＜0.40
0.20~0.40
Ⅲ3
＜0.30
破碎结构面
0.16~0.40
Ⅳ
散体结构
＜0.20
节理密集呈无序 状分布，表现为 泥包块、或块夹 泥
＜0.20
无实际意义
1. 岩石性质
围岩分类中，主要考虑岩石强度或坚固性（普 氏系数）。由于岩块强度可由室内试验获得。为了 综合反映了其他性质，如岩石孔隙率、吸水率等， 围岩分类中一般采用岩石单轴抗压饱和强度，作为 σb 分类指标。该指标既考虑了地下水对岩石的弱化， 又兼顾考虑了岩石的风化情况。同时，它与其他力 学指标有较好的互换性，而且试验方法简单、可靠、 易行。
国防工程锚喷支护技术暂行规定中的岩层面产国防程锚喷支护技术暂行规定中的岩层面产状要素影响折减系数表23层面走向与层面倾角层面走向与洞轴线夹角层面倾角10100303010190100807063010090908606090101010106010080706300907060560100908070908070630080706056009080706表24节理裂隙面性质折减系数f张开闭合及粗粒度张开闭合及粗粒度性质石英或无充填石英或方解石无充填张开缝宽1mm平滑100908070605粗糙粗糙101009080706闭合缝宽平滑1010081mm粗糙101009我国锚杆喷射混凝土支护技术规范按岩体块度大小层我国锚杆喷射混凝土支护技术规范按岩体块度大小层厚及其组合状况将岩体分为整体结构块状结构层状结构碎裂镶嵌结构与碎裂结构和散体结构
隧道围岩分级
隧道围岩分级 现行公路隧道围岩分级方法
现行《公路隧道设计规范》（JTG D70-2004）规定隧道围岩分级的综合评判方法采用两步分级。 首先，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岩体基本质量指标BQ，进行初步分级。 然后，考虑修正因素的影响（如：地下水、软弱结构面产状、初始应力状态等），修正岩体基本质量指标值，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（表4）。
表4-2 岩体结构类型划分表
岩体结 构类型
岩体地
质类型
主要结 构体 形
状
结构面发育情况
(续)
岩土工程特征
可能发生的
岩土工程问题
断层、断层破碎带、片理、
完整性破坏较大，整体强
碎 裂状 构造影响严重的 结构 破碎岩层
碎 块 状
层理及层间结构面较发育。裂 隙结构面间距0.25~。一般在3组以
度很低，并受断裂等软弱结 构面控制，多呈弹塑性介质。
在高的初始应力场条件下，围岩级别应适当降低。
第14页，共44页。
⑸ 地下水的影响 ● 软化围岩； ● 减少层间摩阻力促使岩块滑动； ● 具膨胀性的围岩，遇水后产生膨胀等。
第15页，共44页。
2、人为因素
⑴ 隧道形状和尺寸
⑵ 支护结构类型
⑶ 施工方法
第16页，共44页。
超挖
•
第17页，共44页。
波速度为3.4km/s，该岩石的风化程度为（）。
第19页，共44页。
岩体的结构类型 岩体是指在地质历史过程中形成的，由岩石单元体（或称岩块）和结构面网络组成的，具有一定的结构并赋存于一定的天然应力状态
和地下水等地质环境中的地质体。 具有一定的结构是岩体的显著特征之一。
第2章 隧道工程地质环境-第四节围岩分级
即：
f 岩体 K f 岩石
式中 f 岩石 值是由岩石强度决定的，K 是考虑地质条件的折减 系数，一般情况下，K ＜1.0。
二、以岩体构造、岩性特征为代表的分级方法
60 年代，我国在积累大量铁路隧道修建经验的基础上， 提出了以岩体综合物性指标为基础的“岩体综合分级法”， 并于1975年经修正后被我国“铁路工程技术规范(隧道)”所采 用。该分级法将隧道围岩分为6级 。 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。此外，这种分
围岩 级别 Ⅰ 岩体特征 土体特征 围岩弹性纵波 速度(km/s) ＞4.5
极硬岩，岩体完整
-
Ⅱ
极硬岩，岩体较完整； 硬岩，岩体完整
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
-
3.5～4.5
Ⅲ
-
2.5～4.0
Ⅳ
极硬岩，岩体破碎； 硬岩，岩体较破碎或破碎； 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
＞4.5
四、以多种因素进行组合的分级方法
这种分级法认为，评价一种岩体的好坏，既要考虑地 质构造、岩性、岩石强度，还要考虑施工因素，如掘进方 向与岩层之间的关系、开挖断面的大小等，因此就需要建 立在多种因素的分析基础之上。 在这类分级法中，比较完善的是 1974 年挪威地质学家 巴顿 (N.Barton) 等人所提出的“岩体质量 —Q”分级法。 Q 与六个表明岩体质量的地质参数有关，表达如下：
1.5～3.0
Ⅴ
1.0～2.0
Ⅵ
＜1.0(饱和状态 的土＜1.5)
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软硬互层隧道围岩稳定性及施工方法
提纲：
一、软硬互层隧道围岩特征及成因
二、软硬互层隧道围岩稳定性评价指标
三、软硬互层隧道围岩稳定性分析方法
四、软硬互层隧道围岩施工方法
五、软硬互层隧道围岩稳定性控制及支护技术
一、软硬互层隧道围岩特征及成因
软硬互层隧道围岩是指隧道周围形成了明显的硬岩和软岩交替层，两种岩石的物理力学性质具有明显的差异。
在软硬互层隧道中，软岩土壤的挤压屈服变形、固结、膨胀及软弱构造面对隧道开挖产生的剥离破坏会对隧道围岩的稳定性产生影响。
其产生的原因通常是层理面的存在，水文及地质条件的差异，多年的风化侵蚀等因素。
二、软硬互层隧道围岩稳定性评价指标
软硬互层隧道围岩稳定性评价指标包括隧道的岩体类别和地质构造状况、岩体的断裂和岩层的倾向及倾角，隧道岩体内部的不均质性、水文地质条件、支护方式及开挖工法等评价指标。
其中，岩体稳定性评价指标以弹性模量、内摩擦角、岩石的力学强度、稳定的包络线、岩体应力状态分布及其破裂特质等方面来进行评估。
三、软硬互层隧道围岩稳定性分析方法
在软硬互层隧道施工中，应建立稳定性分析模型，全面评估隧道围岩稳定性，预测隧道围岩的破坏机理及范围，保证隧道施工及使用的安全性。
软硬互层隧道围岩稳定性分析方法包括有限元法、边坡稳定性分析法、支护类型选择和优化设计以及水文地质条件的分析等方面。
其中，隧道围岩的变形行为及其稳定性分析，可以采用有限元法进行解决。
而对于隧道围岩稳定性存在的问题，可采取一种或多种支护形式，如锚杆支护、预应力锚杆背钻注浆、防水支护等。
对于软硬互层隧道围岩支护的类型选择及优化设计，侧重于岩石强度、坚硬程度、围岩开挖的变形规律等因素进行综合评估。
四、软硬互层隧道围岩施工方法
在软硬互层隧道施工前，必须进行详细的勘探，包括地质条件的分析，为开挖方案和支护设计提供可靠的数据。
在开挖软硬互层隧道时，要根据不同的围岩情况选择相应的开挖工法。
对于硬岩围岩，需要采用机械开挖，但在高应力状态下会造成岩体损坏，需要开展爆破作业。
对于软岩围岩，由于其容易变形、冲泡和流失，所以需要进行复杂的支护措施。
在施工过程中，要及时跟进隧道围岩变形情况，根据实际情况及时调整支护措施。
五、软硬互层隧道围岩稳定性控制及支护技术
针对软硬互层隧道围岩稳定性的问题，需要采取支护措施来进行控制。
常见的支护技术包括预应力锚杆注浆、螺旋钢管支护、挂网喷砂防护等。
其中，预应力锚杆具有稳定性好、支持力大等优点，经常用于强度较弱围岩的支护。
对于危岩、风化大的软岩，可以采用螺旋钢管支护等方法，消除岩体的锐角和锐边，增加其稳定性。
相关案例：
1. 大武地区软硬互层隧道施工中的围岩稳定性
在大武地区进行光照山大桥隧道施工时，遇到了软硬互层隧道施工的问题。
通过确定隧道的围岩特征和建立隧道稳定性分析模型，选取适合的支护方案进行施工。
通过对污水渠道进行封堵处理，加强围岩支护，控制隧道围岩的变形和破坏，并成功完成了隧道施工。
2. 考虑软硬互层围岩稳定性的隧道涵洞施工
在江西省宜春市上高县施工的涵洞项目中存在着软硬互层围岩的问题。
采用了采用“先挖先支”策略，先采用地钻进行测量，进而给出钻孔的深度和位置，在此基础上进行浅表开挖，避免暴露和损坏围岩。
通过加固洞室和隧道围岩结构等综合措施，成功控制了围护稳定性，保证了涵洞的安全施工和使用。
3. 软硬互层隧道围岩在施工过程中的成因及控制
在广东省乐昌市龙潭隧道施工中，发现围岩存在软硬互层的情况，施工不能按照一般的隧道开挖方法进行。
通过进行详细的地质勘探及综合分析，对围岩的灰岩、砾岩以及含泥砂层进行了评定，明确了其岩性及完整性，采用适当的开挖工法及支护预处理措施，保证围岩稳定性并实现隧道施工。
4. 荒漠地区软硬互层隧道围岩施工中的支护方法
在中国新疆自治区的交通秦皇岛至新疆管道工程内，部分隧道穿过了典型的荒漠地质环境。
由于软硬互层围岩的存在，在施工直径2.5m的涵洞时，采用了高亮度网光石材料制成的灰分保护增强层，不仅提高了围岩的稳定性，还对顶、壁、底部的支撑起到了良好的增强作用。
5. 钻孔爆破在软硬互层隧道围岩施工中的应用
在河北省承德市建造的一条公路隧道中，隧道围岩存在软硬互层问题，需进行钻孔爆破。
但由于承接岩层断裂带在围岩中指向不一致，而且TBM、人工掏槽等施工方式不能采用。
采用钻孔爆破的方法，保证了施工的顺利进行，并实现了隧道围岩的稳定性。