1、內(nèi)容安排,圍巖分級 隧道施工方法 隧道爆破施工技術(shù),隧道圍巖分級,第一部分,地下工程系 劉 勇,第一節(jié) 隧道工程地質(zhì)調(diào)查與勘測,隧道工程的調(diào)查和勘測，應(yīng)遵照基本建設(shè)工作程序分階段依次進行。一般可分為施工前的調(diào)查勘測階段(相當于初測和定測階段) 和施工時的調(diào)查階段。,一、自然概況調(diào)查,以地形地貌特征為主。,二、圍巖條件調(diào)查,圍巖條件調(diào)查以隧道及其周圍的圍巖穩(wěn)定性和有無不良地質(zhì)現(xiàn)象為主要內(nèi)容。,圍巖條件調(diào)查應(yīng)根據(jù)當?shù)氐匦魏偷刭|(zhì)條件，采用適當方法進行綜合勘探，相互補充，以期得出正確的結(jié)論。,三、環(huán)境調(diào)查,環(huán)境調(diào)查以生態(tài)環(huán)境、社會環(huán)境、生活環(huán)境和施工用水、用電、用地、交通運輸條件等為主要內(nèi)容。,四、調(diào)

2、查成果,說明書：敘述調(diào)查、勘測工作的概況、內(nèi)容及相應(yīng)的結(jié)論，對隧道圍巖進行評價。,圖紙：包括隧道所在地區(qū)的地形、地質(zhì)圖(如地質(zhì)條件復(fù)雜，地質(zhì)平面圖應(yīng)單獨繪制)，隧道沿線的地形縱斷面圖(并逐段填繪地質(zhì)及較大地質(zhì)構(gòu)造線、水文地質(zhì)條件，注明圍巖類別，探點位置)，洞口放大的平面、縱斷面和橫斷面的地形地質(zhì)圖。,四、調(diào)查成果,試驗資料匯總表。,環(huán)境條件、施工組織及預(yù)算定額等調(diào)查資料。,與有關(guān)部門和單位的協(xié)議。,嚴重影響隧道工程的地質(zhì)、環(huán)境等的專項資料。,五、隧道施工中的危險地質(zhì)現(xiàn)象,與重力作用有關(guān)的地質(zhì)現(xiàn)象,包括：拱頂?shù)谋缆?、隧道邊緣巖體的坍塌、坑道泥質(zhì)底板中巖體的基礎(chǔ)。,崩落,與巖體裂隙擴展而發(fā)生的瞬間

3、脆性破碎有關(guān),與巖體風(fēng)化有關(guān),與以“塑性變形”為表現(xiàn)形式的巖體的緩慢塑化有關(guān),五、隧道施工中的危險地質(zhì)現(xiàn)象,與地球內(nèi)力有關(guān)的地質(zhì)現(xiàn)象,包括：地震和動力現(xiàn)象(巖爆、震動等)。,與地下地上水活動有關(guān)的地質(zhì)現(xiàn)象,包括：水動力現(xiàn)象(如流砂、液化巖向山體坑道突然沖擊等)、突水現(xiàn)象、潛蝕、喀斯特及其他滲透現(xiàn)象而帶來的施工困難。,五、隧道施工中的危險地質(zhì)現(xiàn)象,與地下氣體活動有關(guān)的地質(zhì)現(xiàn)象,在隧道和其他地下坑道的掘進過程中，常會遇到易爆及有毒的天然氣體。,巖石含氣量、氣體壓力數(shù)值、含氣巖石厚度等巖石的物理狀態(tài)(包括應(yīng)力狀態(tài))及屬性，以及隧道掘進過程中它們所承受的作用的強度都可以決定是否可能孕育出一些危險的地質(zhì)

4、現(xiàn)象，如氣體、巖石突然噴出，地下瓦斯爆炸、起火等。,五、隧道施工中的危險地質(zhì)現(xiàn)象,與地球熱流作用有關(guān)的地質(zhì)現(xiàn)象,來自于地球深處的熱流作用于巖石，會使它們變熱而溫度升高。,在坑道里的高氣溫下，泥質(zhì)巖石和水泥襯砌都有可能出現(xiàn)收縮而形成裂隙，還會出現(xiàn)大大加快地下風(fēng)化作用進程和其他的伴生地質(zhì)現(xiàn)象。,五、隧道施工中的危險地質(zhì)現(xiàn)象,與地球熱流作用有關(guān)的地質(zhì)現(xiàn)象,隧道埋深加大時溫度的增高有著非常復(fù)雜的特點，它取決于巖石成層的結(jié)構(gòu)構(gòu)造條件和它的導(dǎo)熱性，取決于它的含水性和滲透性，取決于巖石中的水花過程和距離年輕火山源的遠近等。,五、隧道施工中的危險地質(zhì)現(xiàn)象,與巖石內(nèi)力作用有關(guān)的地質(zhì)現(xiàn)象,與風(fēng)化作用有關(guān)的地質(zhì)現(xiàn)象

5、,與巖石的凍結(jié)和融化有關(guān)的地質(zhì)現(xiàn)象,第二節(jié) 巖體的基本工程性質(zhì),回顧：隧道的特點？,地層,巖石？,巖體是在一定工程規(guī)模范圍內(nèi)現(xiàn)實存在的自然地質(zhì)體。是由被分割的結(jié)構(gòu)體和眾多結(jié)構(gòu)面組成的。,巖石是由礦物或巖屑在地質(zhì)作用下按一定規(guī)律聚集形成的自然體。,巖體？,明確兩 個概念,結(jié)構(gòu)面：巖體中具有一定方向、力學(xué)強度相對較低的地質(zhì)界面(帶)。,第二節(jié) 巖體的基本工程性質(zhì),一、巖體處于一定的天然應(yīng)力作用之下,巖體在天然狀態(tài)下所具有的內(nèi)在應(yīng)力，稱之為巖體的初始應(yīng)力，也有人叫它為地應(yīng)力。,巖體的初始應(yīng)力，主要是由于巖體的自重和地質(zhì)構(gòu)造作用和地質(zhì)地溫作用引起的。,假定巖體是均一連續(xù)介質(zhì),1.重力應(yīng)力場,為側(cè)壓力系

6、數(shù),由于地質(zhì)構(gòu)造運動的作用，使得巖體內(nèi)積存了一定的應(yīng)力，稱它為構(gòu)造應(yīng)力。,2.構(gòu)造應(yīng)力場,構(gòu)造應(yīng)力一般采取現(xiàn)場應(yīng)力量測的方法來得到。,相同的天然巖體其物理力學(xué)性質(zhì)隨在巖體中所測點的空間位置不同而有差異，呈現(xiàn)出巖體的不均勻性。,二、巖體的物理力學(xué)性質(zhì)的不均勻性,所謂結(jié)構(gòu)面是指巖體中具有一定方向、力學(xué)強度相對較低的地質(zhì)界面(或帶)。,三、巖體是由結(jié)構(gòu)面分割的多裂隙體,(1)原生結(jié)構(gòu)面：指巖體形成過程中形成的結(jié)構(gòu)面和構(gòu)造面。,(2)構(gòu)造結(jié)構(gòu)面：巖體形成后，由于地殼構(gòu)造運動在巖體中產(chǎn)生的各種斷裂面。,(3)次生結(jié)構(gòu)面：指在外營力作用下產(chǎn)生的風(fēng)化裂隙面及卸荷裂隙面等。,巖體中由于巖石的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造具有方向

7、性，使巖體強度、變形，甚至滲透等性質(zhì)在不同方向上顯示出差異，稱為巖體的各向異性。,四、巖體具有各向異性,風(fēng)化巖石按風(fēng)化劇烈的程度分成若干級(或帶)：風(fēng)化極嚴重、風(fēng)化嚴重、風(fēng)化頗重、風(fēng)化輕微和未經(jīng)風(fēng)化五級。,五、巖體具有可變性(風(fēng)化、遇水軟化),用軟化系數(shù)來表示巖石的軟化性：,一般規(guī)定軟化系數(shù)小于0.75的巖石，叫軟化巖石。,一、概述,圍巖定義：隧道開挖后其周圍產(chǎn)生應(yīng)力重分布范圍內(nèi)的巖體，或指隧道開挖后對其穩(wěn)定性產(chǎn)生影響的那部分巖體。,第三節(jié) 圍巖分級,圍巖分級的概念 各種圍巖的物理性質(zhì)之間存在一定的內(nèi)在聯(lián)系和規(guī)律，依照這些聯(lián)系和規(guī)律，可將圍巖劃分為若干級，這就是圍巖分級。 目前，隧道圍巖分級是

8、設(shè)計、施工的基礎(chǔ)（工程類比法就是建立在圍巖分級的基礎(chǔ)上的）。,圍巖分級的目的 作為選擇施工方法的依據(jù)； 進行科學(xué)管理及正確評價經(jīng)濟效益； 確定結(jié)構(gòu)上的荷載(松散荷載)； 給出襯砌結(jié)構(gòu)的類型及其尺寸； 制定勞動定額、材料消耗標準的基礎(chǔ)等等。,比較理想的分級方法,準確客觀，有定量指標，盡量減少因人而異的隨機性； 便于操作使用，適于一般勘測單位所具備的技術(shù)裝備水平； 最好在挖開地層前得到結(jié)論。,圍巖分級的發(fā)展趨勢,要有明確的工程對象和工程目的 以巖體為對象 與地質(zhì)勘探結(jié)合 與設(shè)計施工結(jié)合 定量化,二、分級(類)的指標,1.單一的巖性指標,包括巖石的抗壓和抗拉強度、巖石堅固性系數(shù)f、彈性模量等物理力學(xué)

9、參數(shù)，以及如抗鉆性、抗爆性等工程指標。,2.單一的綜合巖性指標,它表明指標是單一的，但反映的因素卻是綜合的。,“巖石質(zhì)量指標”(RQD)也是反映巖體破碎程度和巖石強度的綜合指標。 所謂巖石質(zhì)量指標是指鉆探時巖芯復(fù)原率，或稱巖芯采取率。,3.復(fù)合指標,巴頓(N.Barton)等人所提出的“巖體質(zhì)量Q”,式中，RQD為巖石質(zhì)量指標；Jn為節(jié)理組數(shù)目；Jr為節(jié)理粗糙度（0-20）；Ja為節(jié)理蝕變值（0.75-20）； Jw為節(jié)理含水折減系數(shù)；SRF為初始應(yīng)力折減系數(shù)。,目前鐵路隧道圍巖分級采用兩種方法，即以圍巖穩(wěn)定為基礎(chǔ)的分級方法和按彈性波(縱波)速度的分級方法。,三、國內(nèi)主要地下工程圍巖分級(類)

10、標準,(一)鐵路隧道設(shè)計規(guī)范的圍巖分級,圍巖基本分級,影響圍巖穩(wěn)定性的主要因素,(1)巖體結(jié)構(gòu)特征(關(guān)鍵) 可簡單用巖體的破碎程度或完整性表示。 (2)結(jié)構(gòu)面性質(zhì)和空間的組合(塊狀或?qū)訝顜r層) (3)巖石的力學(xué)性質(zhì)(整體結(jié)構(gòu)) (4)圍巖的初始應(yīng)力場 (5)地下水狀況,1.地質(zhì)因素,2.人為因素,(1)地下洞室尺寸和形狀 (2)施工中采用的施工方法,巖石堅硬程度的劃分,1.圍巖分級的基本因素,(1)巖石堅硬程度 根據(jù)單軸飽和極限抗壓強度Rc分為5級，即極硬巖、硬質(zhì)巖、較軟巖、軟巖、極軟巖。,(2)巖體的完整程度 主要是指圍巖被各種結(jié)構(gòu)面切割成單元體的特征及其被切割后的塊度大小。它是評價圍巖穩(wěn)定

11、程度最直接、最重要的指標。,為了衡量圍巖的完整程度要考慮的因素： 按照軟弱面的產(chǎn)狀、貫通性以及充填物的情況，可將圍巖分為：完整、較完整、較破碎、破碎、極破碎。 按照圍巖受地質(zhì)構(gòu)造影響的程度，可將圍巖分為：構(gòu)造變動輕微、較重、嚴重、很嚴重。,按照節(jié)理(裂隙)發(fā)育程度的不同又分為：節(jié)理不發(fā)育、節(jié)理較發(fā)育、節(jié)理發(fā)育及節(jié)理很發(fā)育。 按照巖體風(fēng)化程度的不同將圍巖分為：風(fēng)化輕微、較重、嚴重、極嚴重四級。,巖體完整程度劃分,2.圍巖基本分級及其修正,(1) 基本分級 鐵路隧道設(shè)計規(guī)范將隧道的圍巖劃分為六級。,鐵路隧道圍巖分級,地下水狀態(tài)的分級,(2)隧道級別的修正 地下水影響的修正 根據(jù)單位時間的滲水量可將

12、地下水狀態(tài)分為3級。,根據(jù)地下水狀態(tài)對圍巖級別進行修正。,地下水影響的修正,圍巖初始地應(yīng)力狀態(tài)修正,初始地應(yīng)力狀態(tài)評估,初始地應(yīng)力影響的修正,風(fēng)化作用的影響,隧道洞深埋深較淺，應(yīng)根據(jù)圍巖受地表的影響情況進行圍巖級別修正。當圍巖為風(fēng)化層時應(yīng)按風(fēng)化層的圍巖基本分級考慮。圍巖僅受地表影響時，應(yīng)較相應(yīng)圍巖降低12級。,在施工中，根據(jù)對隧道圍巖的直接觀察、量測和試驗結(jié)果，可進一步核定巖層構(gòu)造、巖性及地下水等情況，從而可以判斷圍巖的穩(wěn)定程度并填寫施工階段圍巖級別判定卡。當發(fā)現(xiàn)設(shè)計與實際情況不符時，應(yīng)及時修改圍巖級別，并變更支護設(shè)計。,(3)施工階段圍巖級別的最終確定,采取兩步走的方法：先確定巖體基本質(zhì)量；

13、再結(jié)合具體工程的特點確定巖體級別。,(二)國標工程巖體分級標準(GB50218-94),1.分級因素及其確定方法,本分級標準認為巖體基本質(zhì)量應(yīng)由巖石堅硬程度和巖體完整程度兩個因素確定。,巖體完整程度可分為：完整、較完整、較破碎、破碎、極破碎。巖體完整程度劃分的定量指標采用巖體完整性指數(shù)Kv 。,Kv與定性劃分的巖體完整程度的對應(yīng)關(guān)系,2.巖體基本質(zhì)量分級,巖體基本質(zhì)量分級可根據(jù)上述的分級因素結(jié)合巖體基本質(zhì)量指標BQ進行。,巖體基本質(zhì)量指標BQ應(yīng)根據(jù)Rc的兆帕數(shù)值和Kv值計算而得。,BQ=90+3Rc+250Kv,當Rc90Kv+30時，應(yīng)以Rc=90 Kv+30和Kv代入式計算BQ值； 當Kv

14、0.04Rc+0.4時，應(yīng)以Kv=0.04Rc+0.4和Rc代入式計算BQ值。,巖體基本質(zhì)量分級,3.工程巖體級別的確定,修正的巖體基本質(zhì)量指標 BQ,BQ=BQ100(K1十K2十K3),式中，BQ巖體基本質(zhì)量指標修正值； BQ巖體基本質(zhì)量指標； K1地下水影響修正系數(shù)； K2軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀影響修正系數(shù)； K3初始應(yīng)力狀態(tài)影響修正系數(shù)。,地下水影響修正系數(shù)K1,主要軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀影響系數(shù)K2,初始應(yīng)力狀態(tài)影響修正系數(shù)K3,2003年發(fā)布的地鐵設(shè)計規(guī)范(GB50157-2003)規(guī)定：暗挖結(jié)構(gòu)的圍巖分級按現(xiàn)行鐵路隧道設(shè)計規(guī)范確定。,(三)地鐵設(shè)計規(guī)范的圍巖分級,(四)公路隧道設(shè)計規(guī)范 的圍巖分

15、級,公路隧道設(shè)計規(guī)范)(JTGD702004)圍巖分級的思路、方法和采用的分級指標與國標工程巖體分級標準(GB5021894)完全相同，即采用了兩步分級法，只是分級的對象范圍更廣，包括了土體。,公路隧道圍巖分級,(四)國外主要圍巖分類系統(tǒng)簡介,1.挪威Q系統(tǒng),(四)國外主要圍巖分類系統(tǒng)簡介,1.挪威Q系統(tǒng),Q系統(tǒng)主要以Q值來評價巖體質(zhì)量的優(yōu)劣。根據(jù)不同的Q值，將巖體質(zhì)量評為9等。,(四)國外主要圍巖分類系統(tǒng)簡介,(1)RQD取值,(四)國外主要圍巖分類系統(tǒng)簡介,(2)Jn取值,(四)國外主要圍巖分類系統(tǒng)簡介,(3)Jr，節(jié)理粗糙度。用來表示節(jié)理壁的粗糙度，一般能通過手指就可以觸摸，結(jié)合描述表就

16、可確定,(四)國外主要圍巖分類系統(tǒng)簡介,(4)Ja，節(jié)理的蝕變程度。與Jr相比，節(jié)理的蝕變程度是進一步來確定節(jié)理填充物對節(jié)理穩(wěn)定性的作用，一般通過填充物的厚度和成分，特別是在填充物中含有粘土成分時應(yīng)給予足夠的重視。,(四)國外主要圍巖分類系統(tǒng)簡介,(5)Jw，節(jié)理水折減系數(shù)。節(jié)理水可能會軟化節(jié)理的填充物從而降低節(jié)理間摩擦力，較大的節(jié)理水會沖出填充物，使巖體穩(wěn)定性大大降低。,(四)國外主要圍巖分類系統(tǒng)簡介,(6)SRF，一般來說，SRF是表述應(yīng)力與圍巖強度關(guān)系的一個參數(shù)，在隧道工程施工之前可以通過早期的地質(zhì)調(diào)查大致上確定該地區(qū)的SRF值；隧道掘進開始后，可以通過現(xiàn)場的應(yīng)力測量和圍巖穩(wěn)定性的觀測來修正SRF值；,2南非RMR系統(tǒng),RMR系統(tǒng)以RMR(Rock Mass Rating)值來代表巖體的質(zhì)量或稱穩(wěn)定性，主要針對6個評估因素及指標，對影響圍巖穩(wěn)定性的各主要因素進行評分，并以其合計總值作為巖體的RMR值。,影響圍巖穩(wěn)定性的6個因素和指標及其所占分值如下： (1)巖體強度， 015； (2)巖石質(zhì)量指標RQD， 320； (3)節(jié)理間距， 520： (4)節(jié)理狀況， 0