隧道围岩等级判定是实际施工中新级别的标准和方法

隧道围岩等级判定是实际施工中新奥法施工反馈设计的重要组成部分，本文结合州河北隧道实际施工情况简要介绍隧道围岩等级别判定的标准和方法，及时调整支护参数，保证隧道施工安全和工程质量。

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隧道围岩级别判定 #

高峻义 孟秀静

摘要：隧道围岩等级判定是实际施工中新奥法施工反馈设计的重要组成部分，本文结合州河北隧道实际施工情况简要介绍隧道围岩等级别判定的标准和方法，及时调整支护参数，保证隧道施工安全和工程质量。

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关键词：围岩命名；节理、结构面；结构类型；水的状态

隧道围岩类别评定是隧道施工过程中保证施工质量和施工安全重要的手段，及时、合理的对围岩级别进行评定是隧道施工中重要的环节，合理的评定可以缩短停工时间，提高工作效率围岩风化有中风化吗，缩短工期，为完善设计、变更支护参数提供第一手地质资料。

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现在施工阶段围岩级别的评定方法有两类：一类为量测的方法（如TSP、BEAM、GPR等），在目前的施工中对施工有一定的干扰，而且处理量测结果的时间较长，当隧道围岩变化平凡时较难分析，因此量测方法不具有普遍性。另一类为根据开挖后暴露出的掌子面进行观察评定，是现在隧道施工中评定围岩的主要方法，掌子面观察方法的操作性、实用性、适应性很强，应用也较普遍。目前，由于公路勘察设计阶段，地质工作不够细致，勘察孔间距过大，更由于地质情况复杂，地形切割程度不同，风化强弱程度差异，水文条件变化，区域地质构造运动大环境影响，就会出现现实与设计不符，必须变更围岩类型以调整支护等级的情况。如何有效的对掌子面进行分析评价，这就要求现场的技术人员掌握隧道围岩地质评价的实质和内涵。 #

一、 命名原则 #

我们应当了解围岩的命名原则，理解围岩名称的实质。如何命名直接关系到判断围岩的种类、结构、构造、强度、成分含量，并且根据围岩的名称初步判断主要的塌方形态（如流变式塌方、重力式塌方等）。围岩命名的六项组成:①颜色+②产出层特征+③粒径（晶粒）+④成风含量+⑤矿物组成+⑥基本名称。在进行颜色描述时分为：单色、双色、混合色、单色直接描述，如白色、黄色、红色。双色分为主次色、次色在前，主色在后，如紫红色、黄褐色。混合色为三色以上，可以简称杂色；在进行产出层特征描述时可分为：块状层（巨厚层）大于100cm，厚层50-100 cm，中厚层10-50 cm，薄层2-10 cm页片状层0.2-2 cm，微细层小于0.2 cm；在进行粒径描述时可分为： #

碎 屑 岩 化学岩和生物化学岩 #

结 构 常 见 岩 石 颗粒直径（mm） #

1、砾状结构 #

2、巨粒结构 #

3、粗粒结构 #

4、中粒结构

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5、细粒结构

6、微（粉）粒结构 #

7、泥质结构 砾岩

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砂粒砾岩 #

粗砂岩 #

中砂岩 #

细砂岩

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粉砂岩

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泥岩 ＞2.0

2.0-1.0 #

1.0-0.5

0.5-0.25 #

0.25-0.10 #

0.10-0.01 #

＜0.01 #

1、巨粒结构 ＞2.0 mm

2、粗粒结构（粗晶质） 2.0-0.5mm

3、中粒（中晶质） 0.5-0.25mm #

4、细粒(细晶质) 0.25-0.1mm

5、微粒(微晶质) 0.1-0.01 mm #

6、粉晶结构 0.01-0.005 mm #

7、隐晶(泥状)结构 ＜0.005 mm

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成份含量（﹪）：岩体中某矿物含量表示: 当矿物含量＜5﹪时不计，矿物含量在5﹪--25﹪时称为“含”， 矿物含量在25﹪--50﹪时称为“质”，当矿物含量＞50﹪则为基本名称。（如某岩石中矿物含量（﹪）为：黑云母4﹪，绿泥石10﹪，长石30﹪，石英55﹪，泥质1﹪，为中砂岩，则该岩石定名为：含绿泥石长石质石英中砂岩。）

绿泥石、绿帘石1 #

绿泥石、绿帘石2

在州河北二号隧道右线施工过程中，当开挖到掌子面看K177+361～+379时，掌子面上约有80%的围岩成份为绿泥石和绿帘石，按照成份此段围岩的定义应该为含钠长石石英绿泥岩；按照设计图纸中列出的围岩成份含量，此段围岩定义为：含黑云母钠长石质石英片岩，绿泥石和绿帘石含量小于5%，设计当中没有计入，和实际施工遇到的地质情况有较大差别。绿帘石和绿泥石属于强度较低的岩石，遇到风化和水浸泡的共同作用后自稳性急剧下降，我们提出将原设计IV级支护变更VI级支护，K177+361～+379按照VI变更设计后的沉降量和其他段原设计VI级支护的沉降量相符。 #

二、 节理发育程度、结构面类型

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1、隧道施工中节理发育程度是判定围岩稳定性的一个重要标志。岩体在自然界中受区域地质构造运动的内动力作用和风化、剥蚀、搬运、沉积、硬结成岩的外动力地质作用，共同作用形成了围岩的节理、裂隙、破碎带等地质构造。施工过程中正确的判断节理组数、节理性质、节理面状态有助于分析隧道围岩形成时的应力状态和隧道开挖后围岩变形发展的先后顺序及发展趋势。根据开挖掌子面确定节理的组数时，当掌子面同一岩性的岩层有两个以上的节理时不能将同时期形成的节理误认为同时产生。要按照节理的生成先后的次序，先主后次，归类划分。我们判断节理的先后次序时应当遵循以下原则: #

①有无充填物或锈斑，在同一个掌子面，有物质充填的节理比没有充填的节理形成的早，有锈斑的比没有锈斑形成的早。(图中黄色的为水蚀锈斑)

充填物 #

锈 斑 #

②当有不同方向的节理交切时，一般较长的比较短的早形成即使同一方向的节理也不一定是同一时期形成，通常情况下一条节理被另一条节理终止则被终止的节理晚形成，如“H”形表示“—”晚于“I，I”形成。

“H”节理 #

③一般可以用节理的形态来决定形成的方式与环境，在脆韧性变形的状态下产生的节理要比脆性变形行为的状态下所产生的节理早。

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④在节理为伸张节理时，单一节理的厂宽的比值略相等，可能为同时形成，如比值相差大时，则一般比值小的节理比比值大的晚形成。

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⑤张性节理一般短小，延续性不强，扭性节理延伸性较强，张性节理不平整，宽窄不一，扭性节理平直光滑。根据节理的生成先后顺序可以有效的。

等 级 基 本 特 征

节理不发育 节理（裂隙）1-2组，规则，为原生型或构造型，对数间距在1.0米以上，为密闭型。岩体被切割成块状。

节理较发育 节理（裂隙）2-3组呈X型，较规则，以构造型为主，多数的间距大于0.4m多为密闭型。部分微张开。稍有充填物。岩体被切割成大块装。

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节理发育 节理（裂隙）3组以上，不规则，呈X型或米字型，以构造或风化型为主，多数间距小于0.4m大部分张开，部分张开，大部分为粘土充填。岩体被切割成块、碎石状。 #

节理很发育 节理（裂隙）3组以上，杂乱，以构造或风化型为主，多数间距小于0.2m，微张开或张开，部分为粘土充填。岩体被切割成碎石状。

通过描述出的围岩的节理、裂隙的状态，可以整体对开挖掌子面围岩的发育程度得出比较准确的结论，确定围岩的级别。 #

2、岩体结构面也是影响围岩稳定性的一个重要标志。实践证明隧道围岩爆破开挖后，围岩在外荷载和自重作用下产生的压缩、破裂、和剪切滑移主要是沿着结构面变形。正确认识和分析结构面的特点对于评定围岩级别至关重要。这些结构面按照成因可分为：原生结构面、构造结构面、次生结构面。 #

原生结构面粗糙不平整，片理的延续性差，被泥质充填，在水的作用下易发生泥化现象，抗剪强度很低 ，更容易造成围岩整体失稳。原生结构面包括： #

① 软硬相间的岩层层面；

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② 软硬不同岩体接触带如千枚岩、片麻岩、片岩接触带，不同岩浆岩接触带，穿插有不同次生岩石充填物的网脉分布带

③ 岩浆生成时的各项矿物成分不均一性，形成的波层状岩体，受力亦成破碎带，沉积岩岩层中所夹泥质岩石水化产生的塑性软化带。

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构造结构面是在地壳运动中由构造应力的作用而产生的各种破裂面，其中包括： #

①岩体软弱、破碎带、如断层褶皱、挠曲带； #

②由于张节理、扭节理、压节理和不规则裂隙形成的裂面间，大量充填原岩风化灰粉、细渣、泥质、碳酸盐薄壳及氧化鉄锰膜形成的光滑面，大大加强了岩体的离散性，如有缓坡角度板状结构面暴露在拱部，围岩更易垮塌掉块儿，整体稳定性差。 #

次生结构面是围岩受卸荷、风化、地下水等次生作用所形成的结构面，其中包括： #

①风化裂隙：受强风化作用，加上洞顶沟谷岩石节理裂隙渗水作用围岩局部产生泥质裂隙充填，泥质化、水化、软化围岩风化有中风化吗，产生分化软弱带，影响围岩整体稳定性；

②卸荷裂隙：由于岩体表部被剥蚀，内部在围岩压力之下而膨胀回弹，产生平行于地表的张裂隙，产状平行于河谷坡岸常在20-40m发育裂隙面粗糙不平，充填有黏土及风化碎屑物，一般在砂岩、石灰岩、花岗岩等脆性岩体中最常见。

这些结构面的产状及组合关系控制着隧道围岩在经过爆破扰动后结构面的发育规律和围岩的完整性。结构面的形态和结构面的充填胶结情况均是应力集中的薄弱带，直接影响到围岩的强度和整体稳定性。

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三、岩体的结构类型直接影响着围岩的整体稳定性，结构类型一般常见的有：

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①巨块状整体结构：岩体整体性好，不论是层厚、裂隙间距均大于100cm，岩质均一，无构造影响，稳定性好。 #

整体结构

②大块状砌体结构: 岩体整体性好，不论是层后厚,层厚间距小，在40--100 cm之间，裂隙充填物很少，稳定性好，远看如同人工砌成的墙体。 #

砌体结构

③块（石）碎（石）镶嵌结构：由于受地质构造力的作用，岩块受到压拉剪等的作用，破碎成棱角状，不论岩块是什么样的多角形，楔行、尖棱角形，各相邻岩块都相接的恰到好处，除裂隙线外没有多余自由空间，这就是镶嵌结构，如同山区农夫用碎石块砌成的田坎，但石块大小较①②为小，多数在20-40 cm之间。 #

④碎石状压碎结构（碎裂结构）：大体特点同③，但有两点区别，一是岩体规格小一级，多在20 cm以下，看起来破碎，二是裂隙宽度增大，可达1-3mm,其中有次生充填物，岩体用力可掰碎。

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压碎结构

⑤角碎（石）状松散结构：是一种块径显著变小的压碎结构，大的特点同③④，但有显著的四点区别，一是岩块规格小，一般在10-20 cm之间，挖掘下来后一部分在1-10 cm之间，成土石状；二是裂隙中有大量泥质化物质和泥质充填物，岩块严重风化形成风化包裹圈，其中留有较深色的若风化的残余岩块，形成残余瘤状构造；三是相对原岩而言，褪色或变色现象严重，如原岩是灰黑色，在这里就会退为黄褐色、褐红色、土黄色、灰黄色、浅黄色、或变为红色等；四是块之间结合力差，手一碰就掉块，手一轻用力掰，就断成更小的碎块，成为松散结构，或软散结构。

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角状松散结构

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⑥散体结构：为砂、泥、土、石堆积体，系岩石全风化产物，或残积坡积物。 #

散体结构 #

⑦层状结构：层状产出的岩石，从整体而言，称为层状结构。沉积岩大多数是层状结构。按照层厚度可分为以下等级;块状层（巨厚层）大于100cm，层厚50-100 cm；薄层2-10 cm，页片状层厚0.2-2 cm。如受较强烈构造干扰，岩层变为碎块状、片状，失去原来的板状，楔形，则称为层状碎裂结构

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层状结构

四、水的状态

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隧道中时常发生的渗水、涌水，不仅影响正常的施工，还降低围岩的稳定性，围岩中水的状态分为：浸润状、裂隙滴水、流水、涌水、喷水等情况，正确判定水的状态、量测水的流量，还要结合围岩性质、节理、结构面、破碎带等受渗水或涌水作用后，围岩的整体力学强度降低程度，会产生流变塌方、土压力增大、侧壁塌方等后果，应酌情对围岩级别升1-2级。如果原定的III级围岩，发生地质构造影响很严重，局部有软弱破碎带，岩石破碎节理很发育，影响整体稳定性，或有浸水软化，就应升为IV级；如果地质构造影响十分严重，其他条件也符合VI级岩石，又有水的影响，那就应升两级将III级变为VI级。同理，原定的IV级围岩，附合VI级条件，也应该果断升一级，变为VI级。 #

五、结论：

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隧道围岩等级判定不能依靠单一的一个原则判定，需要通过围岩产状、节理、结构面、水的状态等观察分析后做出的一个综合判断，是现场地质技术人员必备的基本素质。 本文就基本的围岩判定总结为：“构造、节理、软弱面，风化破碎和松散，含水涌水一并看，整体稳定是关键。” 这是新奥法隧道施工反馈设计的核心所在，是隧道施工向着一个更安全、更质保方向发展的保障。