我国铁路和公路隧道围岩分级方法产出

目前，我国国内应用的围岩分级方法，各行业规范不尽相同。我国铁路隧道、公路隧道关于围岩分级方法同属于综合考虑岩体的结构特征和稳定性以及地下水、风化程度、初始应力等多个因素的综合分类法，注意和国标《工程岩体分级标准》（GB/T 50218）接轨，在规范修订时相互借鉴。2016年《铁路隧道设计规范》（TB 10003—2016）中引入了围岩基本质量指标BQ，2018年《公路隧道设计规范　第一册　土建工程》（JTG 3370.1—2018）修订了公路隧道围岩分级方法，使得铁路隧道和公路隧道分级方法趋于一致。以下按《铁路隧道设计规范》介绍围岩分级方法，并对公路隧道围岩方法与之区别之处作简要说明。

1．围岩分级的基本因素和指标

围岩基本分级应由岩石坚硬程度和岩体完整程度两个因素确定。岩石坚硬程度和岩体完整程度应采用定性划分和定量指标两种方法确定。

（1）岩石坚硬程度。

将岩浆岩、沉积岩和变质岩三大岩类按岩性、物理力学参数、耐风化能力划分为硬质岩和软质岩两大类；然后根据单轴饱和极限抗压强度cR再将其分为5级，即极硬岩、硬质岩、较软岩、软岩、极软岩，如表2-4-5。这些量级的规定是与工程实践密切联系的，其中：强度在60 MPa以上的围岩完整性较好，开挖后的洞室一般在较长时间内将能稳定而不坍塌；而30 MPa是岩石能否作为建筑材料的限界指标；5.0 MPa则是岩石能否成岩的限界。

表2-4-5中岩性类型可按表2-4-6确定，岩石风化程度按表2-4-7确定。

表2-4-5　岩石坚硬程度的划分

注：当无条件取得岩石单轴饱和抗压强度Rc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，即按计算。

表2-4-6　岩性类型的划分

表2-4-7　岩石风化程度的划分

（2）岩体的完整程度。

这一指标所包含的内容十分丰富，其中主要是指围岩被各种结构面切割成单元体的特征及其被切割后的块度大小。它是评价围岩稳定程度最直接、最重要的指标。

岩体完整程度应按表2-4-8划分为完整、较完整、较破碎、破碎、极破碎5种。表中结构面结合程度可按表2-4-9确定，层状岩层厚度划分按表2-4-10确定。

表2-4-8　岩体完整程度的划分

注：平均间距指主要结构面间距的平均值；岩体完整性指数Kv为：

式中　v为岩体弹性波速度；v0为同种岩石试件弹性波速度。

表2-4-9　结合面结合程度的划分

表2-4-10　层状岩层厚度的划分

（3）围岩基本质量指标BQ值。

铁路隧道围岩基本质量指标BQ值，应根据岩石坚硬程度、岩体完整程度分级因素的定量指标Rc（MPa ）和Kv，按下式计算

使用此公式计算时，应符合下列规定：

① 当Rc＞90Kv+30时，应以Rc=90Kv+30和Kv代入计算BQ值。

② 当Kv＞0.04Rc+0.4时，应以Kv=0.04Rc+0.4和Rc代入计算BQ值。

2．围岩基本分级

根据以上分级因素及指标，给出各级围岩的主要工程地质特征、结构特征和完整性及围岩开挖后的稳定状态、围岩基本质量指标要素等，《铁路隧道设计规范》将隧道围岩划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ 6个等级，见表2-4-11。公路隧道围岩基本分级方法与铁路隧道相同，但没有采用弹性纵波速度这一指标。

表2-4-11　铁路隧道围岩分级

续表

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注：① 围岩分级宜采用定性与定量分级相结合的方法，综合分析确定围岩级别。当两者的级别划分相差达1级及以上时，应进一步补充测试，根据测试成果以定量分级为准。当vp和BQ两种指标划分围岩级别不一致时，以BQ值划分结果为准。
② 强膨胀岩（土）、第三系富水弱胶结砂泥岩、岩体强度应力比小于0.15的极高应力软岩等，属于特殊围岩（T），相应工程措施应进行有针对性的特殊设计。

3．隧道围岩分级修正

铁路隧道围岩级别应在围岩基本分级的基础上，结合隧道工程的特点、考虑地下水的出水状态、初始地应力状态、主要结构面产状等因素进行修正。修正方法宜采用定性修正与定量修正相结合的方法，综合分析确定围岩级别。

（1）围岩级别定性修正。

① 地下水影响的修正。根据单位时间的渗水量可将地下水状态分为3级，如表2-4-12。根据地下水状态对围岩级别的修正，宜按表2-4-13进行。

② 围岩初始地应力状态修正。

围岩初始地应力状态，当无实测资料时，可根据隧道埋深、地貌、地形、地质、构造运动史、主要构造线与开挖过程出现的岩爆、岩心饼化等特殊地质现象，按表2-4-14做出评估。(www.xing528.com)

表2-4-12　地下水状态的分级

表2-4-13　地下水影响的修正

注：① 围岩岩体为较完整的硬岩时定为Ⅲ级，其他情况定为Ⅳ级。

表2-4-14　初始地应力状态评估

注：Rc为岩石单轴饱和极限抗压强度（MPa）；σmax为垂直于洞轴线方向的最大初始地应力值（MPa）。

初始地应力对围岩级别的修正宜按表2-4-15进行。

表2-4-15　初始地应力影响的修正

注：① 围岩岩体为较破碎的极硬岩、较完整的硬岩时定为Ⅲ级；其他情况定为Ⅳ级。② 围岩岩体为破碎的极硬岩、较破碎及破碎的硬岩时定为Ⅳ级；其他情况定为Ⅴ级。
本表不适用于特殊围岩。

③ 主要结构面产状修正。

主要结构面产状对围岩级别的修正，应考虑主要结构面产状与洞轴线的组合关系，并结合结构面工程特性、富水情况等因素综合分析确定。主要结构面是指对围岩稳定性起主要影响的结构面，如层状岩体的泥化层面，一组很发育的裂隙，次生泥化夹层，含断层泥、糜棱岩的小断层等。

（2）围岩级别定量修正。

围岩级别定量修正应对岩体基本质量指标值BQ进行修正，并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，确定围岩的分级。

修正后的岩体基本质量[BQ]可以按下式计算

式中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——初始地应力状态影响修正系数。

上述三个系数分别按表2-4-16～表2-4-18确定，如无表中所述情况时，修正系数取零。

表2-4-16　地下水修正系数K1

表2-4-17　主要软弱结构面产状影响修正系数K2

表2-4-18　初始应力状态影响修正系数K3

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，并对它们进行重新观察、测试。

在工程可行性研究和初步勘测阶段，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。

公路隧道围岩级别也需在基本分级基础上进行修正，修正方法采用定量修正，与前述围岩级别定量修正相同。

4．隧道围岩亚分级

在隧道施工过程中，可根据揭示的地质情况，对围岩级别进行更直接可靠的判定，即进行围岩亚分级。铁路隧道围岩亚分级中Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩各有两个亚级。公路隧道围岩亚分级中Ⅲ级围岩分为Ⅲ1、Ⅲ2两个亚级；Ⅳ级围岩分为Ⅳ1、Ⅳ2、Ⅳ3三个亚级；Ⅴ级围岩分为Ⅴ1、Ⅴ2两个亚级。另外公路隧道还对土质围岩有专门的分级。围岩亚分级详情请参考《铁路隧道设计规范》和《公路隧道设计规范》相关内容或扫描二维码了解。

5．各级围岩的自稳能力和物理力学指标

铁路隧道围岩亚分级

各级围岩的自稳能力，可以根据围岩变形量测和理论计算分析评定，也可按《公路隧道设计规范》给出的表2-4-19确定。各级围岩的物理力学指标按试验资料确定，无试验资料时可按相应设计规范给出的数值范围选用，如表2-4-20为《铁路隧道设计规范》给出的参数范围。

表2-4-19　各级围岩的物理力学指标表

注：① 小塌方：塌方高度＜3 m，或塌方体积＜30 m3。
② 中塌方：塌方高度3～6 m，或塌方体积30～100 m3。
③ 大塌方：塌方高度＞6 m，或塌方体积＞100 m3。

表2-4-20　各级围岩的物理力学指标表

注：① 本表数值不包括黄土地层；
② 选用计算摩擦角时，不再计内摩擦角和黏聚力。