浅谈围岩分级的意义及方法

浅谈围岩分级的意义及方法

邱洪博

湖北文理学院 441035

【摘要】隧道工程所赋存的地质环境千差万别，它给隧道工程所带来的问题也是各种各样的。施工人员不可能对每一种特定情况都有经验和处理方法，从长期的工程精力来看，我们可以认识到每种围岩的特性以及之间存在的联系和规律。本文对围岩分级的意义和方法进行了探讨和论述。

【关键词】隧道工程：围岩分级；分级方法

0引言：

隧道围岩稳定性分级属于隧道工程的基础工作，也是支护结构与施工的基础工作，为了保证隧道安全 ，根据一个或者几个主要指标将无限的岩体序列划分为具有不同稳定程度的有限个级别，即将稳定性相似的围岩划分为一级，将全部围岩划分为若干级，这种划分方法就是隧道围岩稳定性分级。最后，在围岩分级的基础上在依照每一类围岩的稳定程度给出最佳施工方法以及支护结构设计。同时，围岩分级的方法有很多种，不同的国家甚至不同的

行业，都有自己的工程特点，并在此基础上提出了自己的围岩分级原则。

1围岩分级的意义：

由于在开挖隧道时，隧道周围的底层可以是软硬不一的岩石，也可以是松散的土，在18世纪70年代，一位欧洲学者在对石灰岩进行系统分类时首次提出围岩分级的概念，18世纪末，一位俄国学者将将岩石性质划分为五类，分别是松软岩、软岩、裂隙破碎岩、次坚硬岩和坚硬岩。自此，工程界开始推行围岩分级的概念。可以说，围岩分级是选择施工方法的依据，也是正确评价经济效益、确定结构上的荷载、进行科学管理、确定衬砌结构的类型以及制定劳动份额和材料损耗等等的基础。总的来说，从隧道设计到施工的各个阶段，精准迅速得判断围岩稳定性等级，对隧道施工及后面的安全运营有重大意义。

2围岩分级的方法:

现行的围岩分级方法中，作为分级的基本要素大致有三类，分别是：

第一类：与岩性有关的要素。比如根据围岩岩性可将其分为软岩、硬岩石和膨胀岩等等，这些围岩的分级指标采用岩石强度和变形性质，比如岩石的单轴抗压强度、岩石的变形模量或者岩石的弹性波速等。

第二类：与地质构造有关的要素。比如软弱结构面的风化程度，形态与分布等。其分级指标可要用岩石质量指标或者地质因素评分法等等。这些指标本质是评价岩体的结构状态和稳定性，对划分围岩类别有重要影响。

第三类：与地下水有关的要素，工程师一般将其作为修正因素，遇到地下水，一般进行围岩降级。

2.1以岩石强度或岩石的物性指标为基础的分级方法

（1）以岩石强度为基础的分级方法

这种方法是以岩石强度作为依据，我国在解放初期采用的土石分级法，就是把岩石分成坚石、次坚石、松石和土四类，在此之上设计推出四种隧道衬砌类型 。

工程师们认为，开挖隧道时，坑道的稳定性主要取决于岩石强度，岩石越坚硬，隧道就越稳定，同理，岩石十分松软，隧道的稳定性就越糟糕。然而在长期实践过程中，工程师们发现这种认识很局限，例如我国陕北一带，就以黄土为主，黄土 性质很独特，无水时直立性很强，稳定性十分优越，即使在没有支护的情况下，也可以维持十几年甚至几十年之久，有利必有弊，，黄土的单轴抗压强度很低。所以简单的根据岩石强度来划分等级的方法仍需要改进和完善。

（2）以岩石的物性指标为基础的分级方法

在这种分级方法中，最具有代表性的是一位前苏联教授于1926年提出的“岩石坚固系数”分级法，后来也被称之为“普氏分级法”或者“f值分级法”。这种方法把围岩统分为十类。其中，“f”值是一个综合的物性指标值，代表岩石不同方面的相对坚固性，例如其抗钻性和抗爆性。通常采用强度试验方法来确定“f”值，即(为岩石饱和单轴极限抗压强度)。普氏分级法在我国隧道工程中得到广泛的应用，把“f”值应用到 隧道工程的设计与施工，考虑地质条件的影响，即需要考虑围岩的节理、裂隙、风化等条件，所以是把由强度决定的“f”值适当降低，即 （k为地质条件折减系数）。普氏分级法的优点是该方法来源于实践，所提出的岩石坚固性系数简单且使用方便，特别是将定量指标“f”值与作用在支护结构上的围岩压力直接联系起来，由此便于设计与施工；同时由于普氏分析法只考虑岩石单轴抗压强度，没有充分考虑岩石的完整性及岩体结构特征等对岩体稳定性有极大影响的因素，所以该法不能正确评价岩体的稳定性，也不能全面反映隧道围岩的属性和性态。

2.2以岩体构造、岩性特征为代表的分级方法

（1）以岩体综合物性为指标的分级方法

我国曾在大量铁路隧道经验的基础上，提出了以岩体综合物性指标为基础的“岩体综合分级法”，后于1975年修正后，正式作为铁路隧道围岩分级方法，多次修订后列入我国的 《铁路隧道设计规范》 。

（2）泰沙基分级法

此方法依据当时的条件仅仅把不同岩性、不同构造条件的围岩分成九级 ，每级都应有一个相应的地压范围值和支护措施建议。而且分级时，是以坑道有水的条件为基础的，当确认无水时，四到七级类围岩的地压值应该降低50％。这一分级方法曾经被多国采用，在隧道工程历史上有着重要地位。

2.3与地质勘探手段相联系的分级方法

（1）按弹性波（纵波）速度的分级方法

随着工程地质勘探方法，尤其是物性方法的进展，1970年前后，日本提出了按围岩弹性波速度进行分级的方法。围岩弹性波速度是判断岩体结构的综合指标，它即可以反映岩石软硬，还可以呈现岩体结构的破碎程度。可以根据岩性、地质状况 和土压状态，将围岩分成了七类。我国于1986年将此方法引入我国分级法。

（2）以岩石质量为指标的分级方法—RQD法

美国伊利诺伊大学等教授在1964年曾提出，岩石质量指标是指钻探时岩芯的复原率，或称为岩芯采取率，他们认为钻探获得的 岩芯完整程度与岩体的原始裂隙、硬度、均质性等状态有关，所以可以用岩芯复原率来表达岩石质量。其中岩芯复原率是指单位长度的钻孔中10㎝以上的岩芯累计长度占有的比例，表达式为

RQD（％）=

此分级方法将围岩分为五类：如表1所示

此方法最大的优点是定量指标意义明确，可在钻探过程中附带求出，所以此法应用广泛：缺点是没有考虑到对裂隙面的许多特征比如粗糙度、裂隙面的联系性、方位和填充物的影响，所以此方法并不精确。

2.4组合多种因素的分级方法

（1）Q分级方法

1974年挪威地质学家巴顿等人提出了“岩体质量—Q”的分级方法，将之命名为Q分级方法，这个分级方法是把表明岩体质量的6个地质参数之间的关系表达为：

式中：RQD—岩石质量指标

—节理组数目，岩体越破碎，该取值越大。

—节理粗糙度，节理越光滑，该取值越小。

—节理蚀变值，蚀变越严重，该取值越大。

—节理含水折减系数，节理渗水量越大，水压越高，该取值越小。

SRF—应力折减系数，围岩初始应力越高，SRF取值越大。

由进一步的分析可知：（RQD/）与岩体几何结构有关，Q值随RQD值的增加和非连续面的组数的减少而增加。RQD值随非连续面组数的减少而增加，所以（RQD/）的分子和分母是同时起增强作用的。一般情况下 ，比值越高，岩体的几何结构质量就越好。（）

与岩体间的剪切强度相关，其比值越高表示岩体的岩体的力学性能越好。该比值随非连续面粗糙程度的增加和非连续面表面蚀面的减少而增加。（）受综合水压力和流动速率、剪应力区的存在、岩体挤压和膨胀以及原位应力状态各方面的影响，该比值随着水压力或流动速率的减少以及较高的岩体强度与原位应力的笔直而增加。

（2）RMR方法

该方法给出了一个总的岩体评分值RMR作为衡量岩体工程质量的“综合特征值”。岩体的RMR值取决于五个通用参数（岩石抗压强度、岩石质量指标、节理间距，）和一个修正参数（与工程结构相关的非连续面方向）。最后将每个参数的评分值相加就可以得到岩体的总评分值，可得公式为：RMR，根据不同的RMR值，大意将岩体大致分为五类，如表2所示：

3结语

围岩分级的方法有很多种，没有统一的方法，从发展趋势看，分级方法有四个分面，分别是：主要以岩体为对象；应与地质勘探手段相联系；有明确的工程对象和工程目的；分级逐渐定量化。本文主要分析了围岩分级的意义和分级方法，希望对开挖断面的稳定性有所帮助。

参考文献：

1. 彭立敏，施成华。隧道工程第二版，中南大学第二版

2. 关宝树。隧道工程设计要点集【M】北京：人民交通出版社，2003