1、13-1-1 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。国内外现在的围岩分级方法有定性、定量、定性与定量相结合 3 种方法,且多以前两种方法为主。定性分级的做法是,在现场对影响岩体质量的诸因素进行定性描述、鉴别、判断,或对主要因素作出评判、打分,有的还引入分量化指标进行综合分级。以定性为主的分级方法,如现行的公路、铁路隧道围岩分级等方法经验的成分较大,有一定人为因素和不确定性,在使用中,往往存在不一致,随勘察人员的认识和经验的差别,对同一围岩作出级别不同的判断。采用定性分级的围岩级别,常常出现与实际差别 12 级的情
2、况。定量分级的做法是根据对岩体性质进行测试的数据或对各参数打分,经计算获得岩体质量指标,并以该指标值进行分级。如国外 N.Barton 的 Q 分级,Z.T.Bieniawsks 的地质力学(MRM )分级、Dree 的 RQD 值分级等方法。但由于岩体性质和赋存条件十分复杂,分级时仅用少数参数和某个数学公式难以全面准确地概括所有情况,而且参数测试数量有限,数据的代表性和抽样的代表性均存在一定的局限,实施时难度较大。影响围岩稳定的因素多种多样,主要是岩石的物理力学性质、构造发育情况、承受的荷载(工程荷载和初始应力) 、应力变形状态、几何边界条件、水的赋存状态等。这些因素中,岩体的物理力学性质和
3、构造发育情况是独立于各种工作类型的,反映出了岩体的基本特性,在岩体的各项物理力学性质中,对稳定性关系最大的是岩石坚硬程度,岩体的构造发育状态、岩体的不连续性、节理化程度所反映的岩体完整性是地质体的又一基本属性。国内外多数围岩分级都将岩石坚硬程度和岩体的完整程度作为岩体基本质量分级的两个基本因素。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 围岩分级主要工程地质特征岩石强度指标 岩体声波指标围岩级别岩体结构构造影响程度,结构面发育情况和组合状态 单轴饱和抗压强度(MPa)
4、点荷载强度(MPa)岩体纵波速度(km/s)岩体完整性指标岩体强度应力比毛洞稳定情况I 整体状及层间结合良好的厚层状结构构造影响轻微,偶有小断层结构面不发育,仅有23 组,平均间距大于0 .8m ,以原生和构造节理为主,多数闭合,无泥质充填,不贯通。层间结合良好,一般不出现不稳定块体60 2.5 5 0. 75 毛洞跨度510m 时长期稳定,无碎块掉落 同I级围岩结构同 I 级围岩特征 3060 1. 252. 5 3.75 .2 0. 75 毛洞跨度510m 时,围岩能较2块状结构和层间结合较好的中厚层或厚层状结构构造影响较重,有少量断层,结构面发育,一般为3 组,平均间距0 .40 .8m
5、, 以原生和构造节理为主,多数闭合,偶有泥质充填,贯通性较差,有少量软弱结构面。层间结合较好,偶有层间错动和层面张开现象60 2. 5 3 .75. 20 .5 长时间(数月至数年)维持稳定,仅出现局部小块掉落同I级围岩结构同 I 级围岩特征 2030 0 .851.25 3 .04.5 0. 75 2同级围岩块状结构和层间结合较好的中厚层或厚层状结构同级围岩块状结构和层间结合较好的中厚层或厚层状结构特征3060 1. 252.50 3 .04.5 0 .50 .752层间结合良好的薄层和软硬岩互层结构构造影响较重结构面发育一般为3组平均间距0 20 4m 以构造节理为主节理面多数闭合少有泥质
6、充填岩层为薄层或以硬岩为主的软硬岩互层层间结合良好少见软弱夹层层间错动和层面张开现象60(软岩20)2 50 3 045 0 300 502碎裂镶嵌结构构造影响较重结构面发育一般为3 组以上平均间距0 20 4m 以构造节理为主节理面多数闭合少数有泥质充填块体间牢固咬合60 2 50 3 04.5 0 300 502毛洞跨度510m时围岩能维持一个月以上的稳定主要出现局部掉块塌落 同级围岩块状结构和层间结合较好的中厚层或厚层状结构同级围岩块状结构和层间结合较好的中厚层或厚层状结构特征1030 0 42125 2 035 0 500 751 毛洞跨度5m 时围岩能维持数日到一个月的稳定主要失稳形
7、式为冒落或片帮3散块状结构构造影响严重一般为风化卸荷带结构面发育一般为3 组平均间距0 40 8m 以构造节理卸荷风化裂隙为主贯通性好多数张开夹泥夹泥厚度一般大于结构面的起伏高度咬合力弱构成较多的不稳定块体30 1 25 2 0 0 15 1层间结合不良的薄层中厚层和软硬岩互层结构构造影响严重结构面发育一般为3 组以上平均间距0 20 4m 以构造风化节理为主大部分微张(0 51 0mm)部分张开( 1 0mm)有泥质充填层间结合不良多数夹泥层间错动明显30(软岩10)1 25 2 035 0 200 401碎裂状结构构造影响严重多数为断层影响带或强风化带结构面发育一般为3 组以上平均间距0
8、20 4m 大部分微张(0 51 0mm) 部分张开( 1 0mm) 有泥质充填形成许多碎块体30 1 25 2 035 0 200 401 散体状结构构造影响很严重多数为破碎带全强风化带破碎带交汇部位构造及风化节理密集节理面及其组合杂乱形成大量碎块体块体间多数为泥质充填甚至呈石夹土状或土夹石状 60MPa):受地质构造影响轻微,节理不发育,无软弱面(或夹层) ;层状岩层为巨厚层或厚层,层间结合良好,岩体完整呈巨块状整体结构围岩稳定,无坍塌,可能产生岩爆4.5 硬质岩(Rc30MPa ):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,但其产状及组合呈巨块或大块状结构暴露
9、时间长,可能会出现局部小3.54.55关系不致产生滑动;层状岩层为中厚层或厚层,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坍塌;侧壁稳定;层间结合差的平缓岩层,顶板易塌落硬质岩(Rc30MPa ):受地质构造影响严重,节理发育,有层状软弱面(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;硬、软质岩石互层呈块(石)碎(石)状镶嵌结构较软岩(Rc1530MPa ):受地质构造影响较重,节理较发育;层状岩层为薄层、中厚层或厚层,层间一般呈大块状结构拱部无支护时可产生小坍塌,侧壁基本稳定,爆破震动过大易坍2.54.0硬质岩(Rc30MPa )
10、:受地质构造影响极严重,节理很发育;层状软弱面(或夹层)已基本破坏呈碎石状压碎结构软质岩(Rc530MPa):受地质构造影响严重,节理发育呈块(石)碎(石)状镶嵌结构土体:1.具压密或成岩作用的黏性土、粉土及砂类土2.黄土(Q1、Q2)3.一般钙质、铁质胶结的碎石土、卵石土、大块石土1 和 2 呈大块状压密结构,3 呈巨块状整体结构拱部无支护时,可产生较大的坍塌,侧壁有时失去稳定1.53.0岩体:软岩,岩体破碎至极破碎;全部极软岩及全部极破碎岩(包括受构造影响严重的破碎带)呈角砾碎石状松散结构土体:一般第四系坚硬、硬塑黏性土,稍密及以上、稍湿或潮湿的碎石土著人、卵石土、圆砾土、角砾土、粉土及黄
11、土(Q3、Q4)非黏性土呈松散结构,黏性土及黄土呈松软结构围岩易坍塌,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)或塌至地表1.02.0岩体:受构造影响严重呈碎石、角砾及粉末、泥土状的断层带土体:软塑状黏性土、饱和的粉土、砂类土等黏性土呈易壖动的松软结构,砂性土呈潮湿松散结构围岩极易坍塌变形,有水时土砂常与水一齐涌出;浅埋时易塌至地表33 60 2.1 78 2527 12001800 2033 0.20.25 5060 1.52.1 7078 2325 5001200 620 0.250.3 3950 0.71.5 6070 2023 200500 1.36 0.30.3
12、5 2739 0.20.7 5060 1720 100200 12 0.350.45 2027 0.050.2 4050 1517 60 未风化可微风化的花岗岩、片麻岩、闪长岩、石英岩、硅质灰岩、钙质胶结的砂岩或砾岩等硬质岩 硬岩 300.757型较完整结构面 23 组,以构造型节理、层面为主,裂隙多呈密闭型,部分为微张型,少有充填物块状结构 0.75Kv0.55较破碎结构面一般为 3 组,节理及以风化裂隙为主,在断层附近受构造影响较大,裂隙以微张型和张开型为主,多有充填物层状结构、块石、碎石状结构0.55Kv0.35破碎结构面大于 3 组,多以风化型裂隙为主,在断层附近受构造作用影响较大,裂
13、隙宽度以张开型为主,多有充填物碎石角砾状结构 0.35Kv0.15极破碎结构面杂乱无序,在断层附近受断层作用影响大,宽张裂隙全为泥质或泥夹岩屑充填,充填物厚度大散体状结构 Kv0.15表 2.3.1-3 围岩基本分级级别 岩体特征 土体特征 围岩弹性纵波速度(km/s) 极硬岩,岩体完整 4.5 极硬岩,岩体较完整;硬岩,岩体完整 3.54.5 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2.54.0 极硬岩,岩体破碎;硬岩,岩体较破碎基破碎;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,岩体完整或较完整具压密或成岩作用的黏性土、粉土及砂类土,一般钙质、铁质
14、胶结的粗角砾土、粗圆砾土、碎石土、卵石土、大块石土、黄土(Q1、Q2)1.53.0 软岩,岩体破碎至极破碎;全部极软岩及全部极破碎岩(包括受构造影响严重的破碎带)一般第四系坚硬、硬塑黏性土,稍密及以上、稍湿、潮湿的碎(卵)石土、粗圆砾土、细圆砾土、粗角砾土、细角砾土、粉土、及黄土(Q3、Q4)1.02.0 受构造影响很严重呈碎石、角砾及粉末、泥土状的断层带软塑状黏性土、饱和的粉土、砂类土等1.5 1.50.60.60.2 0.20.06 1.0黏土充填风化程度 未风化 轻微风化 颇重风化 严重风化 极严重风化岩体完整状态简要说明完整较完整较破碎破碎极破碎地下水状态渗水量L/(min10m) 5
15、50 坚硬岩,岩体较完整,块状或厚层状结构较坚硬岩,岩体完整,块状整体结构550451 坚硬岩,岩体较破碎,巨块(石)碎(石)状镶嵌结构较坚硬岩或较软硬岩层,岩体较完整,块状体或中厚层结构450351坚硬岩,岩体破碎,碎裂结构较坚硬岩,岩体较破碎破碎,镶嵌碎裂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,中薄层状结构土体:1.压密或成岩作用的粘性土及砂性土2.黄土(Q1、Q2)3.一般钙质、铁质胶结的碎石土、卵石土、大块石土350251较软岩,岩体破碎;软岩,岩体较破碎破碎;极破碎各类岩体。碎、裂状、松散结构一般第四系的半干硬至硬塑的黏性土及稍湿至潮湿的碎石土,卵石土、圆砾、角砾土及
16、黄土(Q3、Q4)。非粘性土呈松散结构、黏性土及黄土呈松软结构250 软塑状粘性土及潮湿、饱和粉细砂层、软土等注: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。3.2.1 岩石坚硬程度1 岩石坚硬程度可
17、按表 3.2.1-1 定性划分。表 3.2.1-1 岩石坚硬程度的定性划分 名称 定性鉴定 代表性岩石坚硬岩 锤击声清脆,有回弹,震手,难击碎;浸水后,大多无吸水反应未风化微风化的花岗岩、正长岩、闪长岩、辉绿岩、玄武岩、安山岩、片麻岩、石英片岩、硅质板岩、石英岩、硅质胶结的砾岩、石英砂岩、硅质石灰岩等硬质岩较坚硬岩 锤击声较清脆,有轻微回弹,稍震手,较难击碎; 浸水后,有轻微吸水反应1 弱风化的坚硬岩; 2 未风化微风化的熔结凝灰岩、大理岩、板岩、白云岩、石灰岩、钙质胶结的砂页岩等较软岩 锤击声不清脆,无回弹,较易击碎;浸水后,指甲可刻出印痕1 强风化的坚硬岩; 2 弱风化的较坚硬岩; 3 未
18、风化微风化的凝灰岩、千枚岩、砂质泥岩、泥灰岩、泥质砂岩、粉砂岩、页岩等软质岩软岩 锤击声哑,无回弹,有凹痕,易击碎;浸水后, 1 强风化的坚硬岩; 11手可掰开 2 弱风化强风化的较坚硬岩; 3 弱风化的较软岩; 4 未风化的泥岩等极软岩 锤击声哑,无回弹,有较深凹痕,手可捏碎;浸水后,可捏成团1 全风化的各种岩石; 2 各种半成岩2 岩石坚硬程度定量指标用岩石单轴饱和抗压强度(Rc)表达。Rc 一般采用实测值,若无实测值时,可采用实测的岩石点荷载强度指数 Is(50) 的换算值,即按式( 3.2.1)计算: Rc= Is(50) 0.75 (3.2.1) 3 Rc 与岩石坚硬程度定性划分的关
19、系,可按表 3.2.1-2 确定。表 3.2.1-2 Rc 与岩石坚硬程度定性划分的关系Rc (MPa) 60 6030 3015 155 1.0 好或一般 节理、裂隙、层面 整体状或巨厚层结构12 1.0 差 块状或厚层状结构较完整23 1.00.4 好或一般节理、裂隙、层面块状结构23 1.00.4 差 裂隙块状或中厚层结构好 镶嵌碎裂结构较破碎3 0.40.2一般节理、裂隙、层面、小断层中、薄层状结构0.40.2 差 裂隙块状结构破碎 30.75 0.750.55 0.550.35 0.350.15 90Kv+30 时,应以 Rc=90Kv+30 和 Kv 代入计算 BQ 值。 2 当
20、Kv0.04Rc+0.4 时,应以 Kv=0.04Rc+0.4 和 Rc 代入计算 BQ 值。围岩详细定级时,如遇下列情况之一,应对岩体基本质量指标(BQ)进行修正: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。 围岩基本质量指标修正值BQ,可按式(3.2.4)计算:BQ=BQ-100(K1+K2+K3) (3.2.4)式中:BQ围岩基本质量指标修正值; BQ围岩基本质量指标; K1地下水影响修正系数; K2主要软弱结构面产状影响修正系数; K3初始应力状态影响修正系数。 K1、K2、K3 值,可分别按表 3.2.3-1、表 3.2.3-2、表 3.2.
21、3-3 确定。无表中所示情况时,修正系数取零。表 3.2.3-1 地下水影响修正系数 K1BQ地下水出水状态450 450351 350251 0.1Mpa或单位出水量10L/minm0.2 0.40.6 0.70.9 1.013表 3.2.3-2 主要软弱结构面产状影响修正系数 K2结构面产状及其与洞轴线的组合关系 结构面走向与洞轴线夹角60,结构面倾角75其它组合K2 0.40.6 00.2 0.20.4表 3.2.3-3 初始应力状态影响系数 K3BQ初始应力状态550 550451 450351 350251 37 0.222 坚硬较坚硬岩,结核一般;较软岩,结合好3729 0.220
22、.123 坚硬较坚硬岩,结核差;较软岩软岩,结合一般2919 0.120.084 较坚硬较软岩,结核差结合很差;软岩,结合差;软质岩的泥化面1913 0.080.055 较坚硬岩及全部软质岩,结合很差;软质岩泥化层本身6m,或塌方体积100m 3。4 水工隧洞围岩分级4.1 围岩工程地质总评分表 4.1 围岩工程地质分类表围岩类别 围岩稳定性围岩总评分T围岩强度应力比 S(S=RbKv/m) 稳定。围岩可长期稳定,一般无不稳定块体 T85 4基本稳定。围岩整体稳定,不会产生塑性变形,局部可能产生掉块85T65 4局部稳定性差。围岩强度不足局部会产生塑性变形,不支护可能产生塌方和变形破坏。完整的
23、较软岩,可能暂时稳定65T45 2不稳定。围岩自稳时间很短,规模较大的各种变形和破坏都可能发生45T25 2 极不稳定。围岩不能自稳,变形破坏严重 T25注:1. 、类围岩,当其强度应力比 S 小于本表规定时,围岩类别宜相应降低一级。2. 表中:Rb岩石饱和单轴抗压强度(MPa) ,Kv 岩体完整性系数,m围岩最大主应力15(MPa) 。4.2 围 岩 工 程 地 质 分 类 各 项 因 素 的 评 分 标 准(1) 岩石强度评分,见下表 4.2-1。表 4.2-1 岩石强度评分硬质岩 软质岩岩 质 类 别坚硬岩 中硬岩 较软岩 软岩饱和单轴抗压强度Rb( MPa)Rb 60 60Rb 30
24、30Rb 15 15Rb 5岩石强度评分 A 3020 2010 105 50注:1.岩石饱和单轴抗压强度大于 100Mpa 时,岩石强度评分为 30;2.当岩体完整程度与结构面状态评分之和小于 5 时,岩石强度评分大于 20 的,按 20 评分。(2) 岩体完整程度评分,见下表 4.2-2) 。表 4.2-2 岩体完整程度评分岩体完整程度 完整 较完整 完整性差 较破碎 破碎岩体完整性系数 Kv Kv0.75 0.75Kv 0.55 0.55Kv0.35 0.35Kv 0.15 Kv0.15硬质岩 4030 3022 2214 146 6岩体完整性评分 B 软质岩 2519 1914 149
25、 94 4注:1.当 60MPaRb30MPa,岩体完整程度与结构面状态评分之和大于 65 时,按 65 评分;2.当 30 MPaRb15MPa ,岩体完整程度与结构面状态评分之和大于 55 时,按 55 评分;3.当 15MPaRb5MPa ,岩体完整程度与结构面状态评分之和大于 40 时,按 40 评分;4.当 Rb5MPa,属特软岩,岩体完整程度与结构面状态不参加评分;(3) 结构面状态评分,见下表 4.2-3。表 4.2-3 结构面状态评分张开度W( mm)闭合W0.5微 张0.5W 5.0张开W5.0充填物 无充填 岩屑 泥质 岩屑 泥质结构面状态起伏粗糙状况起伏粗糙 平直光滑起伏
26、光滑或平直粗糙平直光滑 起伏粗糙起伏光滑或平直粗糙平直光滑 起伏粗糙起伏光滑或平直粗糙平直光滑 起伏粗糙 16硬质岩 27 21 24 21 15 21 17 12 15 12 9 12 6较软岩 27 21 24 21 15 21 17 12 15 12 9 12 6结构面状态评分软岩 18 14 17 14 8 14 11 8 10 8 6 8 4注:1.结构面的延伸长度小于 3m 时,硬质岩、较软岩的结构面状态评分增加 3 分,软岩增加 2 分;结构面的延伸长度大于 10m 时,硬质岩、较软岩的结构面状态评分减 3 分,软岩减 2 分;2.当结构面张开宽度 10mm,无充填时,结构面状态
27、评分为 0。(4) 地下水状态评分,见下表 4.2-4。表 4.2-4 地下水状态评分活动状态 干燥、渗水、滴水 线状流水 涌水水量 q(L/min 10m 洞长)或压力水头 H(m) q 25 或 H1025Q125或 10H100 Q125 或 H100T85 0 0-2 -2-685T65 0-2 -2-6 -6-1065T45 -2-6 -6-10 -10-1445T25 -6-10 -10-14 -14-18基本因素评分TT25地下水评分 D-10-14 -14-18 -18-20注:基本因素评分 T系前述岩石强度评分 A、岩体完整性评分 B 和结构面状态评分 C 之和。(5) 要结
28、构面产状评分,见下表 4.2-5。表 4.2-5 主要结构面产状评分结构面产状评分 E结构面走向与洞轴线夹角 结构面倾角 洞顶 边墙70 0 -27045 -2 -54520 -5 -2906020 -10 070 -2 -57045 -5 -104520 -10 -2603020 -12 070 -5 -107045 -10 -12304520 -12 -51720 -12 0注:按岩体完整程度分级为完整性差、较破碎和破碎的围岩不进行主要结构面产状评分的修正。5 Q 系统分类(挪威法)5.1 Q 系统发展历程Q 系统是挪威岩土所 Barton 等人在 19711974 年根据 249 条隧道
29、工程的实践总结,研究得出的一种将围岩分类与支护设计集于一体的方法。迄今为止已有 3 个版本的 Q 分类与支护建议的图表问世,其中的第三个版本(2004 版)是总结世界上 2000 多条隧道工程实践并以此经验将 1992年版本不断完善而得到的,这种方法可以应用于隧道工程的勘察、规划和设计阶段,也可用于隧道施工阶段,它可以通过现场观测,也可以通过对地质岩芯取样的描述计算得到对应的 Q 值,借此来评价围岩质量的指标。1974 年,挪威地质所 N.Barton 等人在 249 条隧道工程实践的基础上第一次提出隧道围岩分类与支护关系的图表,该表内容相对较少,结构也较为简单,当时的支护手段主要采用网喷混凝
30、土,如图 1。图 1 Q 系统围岩分类与支护综合表 (1974)1992 年,N.Barton 等人根据近 1500 个永久地下结构物的施工记录整理结果结出了经验设计方法该方法是通过一张综合考虑因素的图来选择隧道支护参数的。由于在 20 世纪 70 年代末,纤维增强喷射混凝土得到大量的应用,并基于这些工程支护的经验,N.Barton 等人对分类与支护图表也作了大量的修改和细化,此时的主要支护手段为纤维增强喷射混凝土。如图 2。18图 1 Q 系统围岩分类与支护综合表 (1992)2004 年出版的挪威隧道和地下 2004 年度报告中给出了第三张分类与支护图表(基于 2000条隧道统计结果) ,
31、如图 3 所示,该表比 1992 年的图表更加细化了支护的内容。图 3 Q 系统围岩分类与支护综合表 (2004)195.2 Q 系统简要用法介绍Q 分类法主要考察围岩结构、完整性和应力情况及其对应的 6 个参数,通过公式(5.2-1 )计算得到 Q 值,每一个 Q 值都反映所在掌子面处的围岩情况,为了更具有代表性, Q 值可以是一个范围。但 Q 分类法中参数取值也是通过给定性描述赋权值的方法进行,所以在实施中也难免带有人为因素,同时 Q 系统建议的比较经济的隧道支护方法,由于种种原因在我国还没有得到有效和推广应用。尽管如此,Q 系统的分类方法能给围岩的好坏赋于一个数值,它可以作为我国隧道分类
32、方法的一个有益补充,使围岩分类的结果更贴近实际地质情况。(5.2-1)SRFJwarJnD式中:QN.Barton 岩质评定系数;RQD岩体质量指标;Jn岩体组数;Jr节理粗糙度;Ja节理蚀变系数;Jw节理折减系数;SRF应力折减系数。式中,第一个商数( )表示岩体的完整性;第二个商数( )表示结构面形态,充填JnRQDJar物特征及次生变化程度;第三个商数( )表示水与应力存在时对岩体质量的影响。SFJw下面简述各个系数所代表的意义和取值方法。(1)RQD 值,岩体质量指标。RQD 是 Deree 推荐了一种在钻进时统计岩体质量指标(Rock Quality Designation)进行岩体
33、分类的方法。 RQD 值的定义是:采用 NX 标准钻头钻进,每一回次进尺中,长度大于 10cm 的完整岩芯段所占的百分比,即:(5.2-2)%10LcmlRQD式中:l岩芯单节长,10cm;L钻孔长度。在统计时沿岩芯中心量测,明显在钻进中产生的裂隙不计。取值如表 5.2-1。表 5.2-1 岩石质量指标(RQD ,% )A 极差 025B 差 2550C 一般 5075D 好 7590E 极好 90100注:当 RQD1.022F 无明显衰减的持续异常大涌水或高水压 0.10.05 1.0注:因素 C 到 F 是粗略估计,如果装有排水设施应增大 Jw;由于冰冻引起的特殊问题未加考虑。(6)SR
34、F,一般来说,SRF 是表述应力与围岩强度关系的一个参数,在隧道工程施工之前可以通过早期的地质调查大致上确定该地区的 SRF 值;隧道掘进开始后,可以通过现场的应力测量和围岩稳定性的观测来修正 SRF 值;围岩的应力状态可以大致分为以下 4 类。 (见表 5.2-6)表 5.2-6 应力折减系数( SRF)A 含粘土的软弱带可化学分解的岩石频繁出现,围岩非常松散(处于任何深度) 10B 单个含粘土软弱带,或化学分解的岩石(巷道深度50m) 2.5D 坚固岩石中多个剪切带(无粘土) ,松散围岩(处于任何深度) 7.5E 坚固岩石中含单一剪切带(无粘土,巷道深度50m ) 2.5a)软弱带与开挖的
35、巷道相交,开挖时可能造成岩体松脱G 松散张开裂隙,严重节理化或呈 “糖块”状等(处于任何深度) 5.0注:如果剪切带仅仅影响巷道而没有与之相交,SRF 值应降低 25%50%。cf/1 Tf/1 SRFH 低应力,接近地表 200 13 2.5J 中等应力 20010 130.66 1.0K 高应力,结构非常紧密(通常有利于稳定,但可能对岩帮的稳定不利) 105 0.660.33 0.52L 轻微的岩裂(整体岩石) 52.5 0.330.16 510b)坚固岩石,岩石应力问题M 严重的岩裂(整体岩石) 10 时, cf 和 Tf 分别降到 0.6cf 和 0.6Tf。当 cf 为无测压抗压强度
36、, Tf 为抗拉强度(点荷载)时, 1 和 3 就是最大和最小主应力;当拱顶距地表的距离小于拱的跨度时,可参考的记录相当少。对于这种情况建议将 SRF 从 2.5 增加到 5。N 不大的岩石挤压力 510c)岩石在高压力下受挤压,不坚硬岩石塑性流动 O 强烈的岩石挤压力 1020P 不大的岩石膨胀力 510d)与水压有关的膨胀岩石,化学膨胀活动 R 强烈的岩石膨胀力 1015Q 分类法将围岩分为从 Exceptionally poor(异常坏)到 Exceptionally good(异常好)9 个级别,对应Q 值的范围为 0.0011000、岩体变形系数分为 3 级(0.05 50GPa ) 、抗剪强度分为 2 级(0.120MPa) 。根据计算得到的掌子面的 Q 值和工程的跨度、高度以及安全要求等指标结合一起就可以在 Q 系统的支护图表中查到该处的支护设计建议。由此,通过现场的围岩分类可以将施工、调查、设计优化有机地结合在一起。