山岭隧道施工阶段围岩动态分级研究

ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＴＨＥＣＨＩＮＡ　ＲＡＩＬＷＡＹＳＯＣＩＥＴＹ　　　　Ｖｏｌ．３５　Ｎｏ．１０

Ｏｃｔｏｂｅｒ０１３　２

（）文章编号：１００１８３６０２０１３１００１０６０８－－－山岭隧道施工阶段围岩动态分级研究

２

，介玉新１，王笃礼２，李　晓３，梁昌玉３马超锋１，

（清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室，北京　１１．０００８４；

中航勘察设计研究院有限公司技术质量部，北京　１２．０００９８；

）中国科学院地质与地球物理研究所工程地质力学重点实验室，北京　１３．０００２９

摘　要：山岭隧道施工阶段的围岩动态分级以开挖揭露的围岩为评价对象，随着隧道开挖支护循环动态进行。由于隧道施工的时效性，要求围岩分级不仅要合理且其评价指标要取值简便、实施过程快捷。以岩体结构控制论为基础，选取岩块强度、结构面发育特征和岩体结构特征作为基本分级因素，选取地下水、地应力发育状态和不利结构面产状影响作为修正因素；采用Ｂ并给定各因素权重；用字符ＲＭＤ表示ｉｅｎｉａｗｓｋｉ模型作为数学模型，并给出各因素的定性特征和定量指标及其对应的评分区间；总评分采用百分制，并围岩动态分级各因素的评分，

等分为五级，从差到好依次对应Ⅴ级、０００余Ⅳ级、Ⅲ级、Ⅱ级和Ⅰ级围岩。结合河北省境内若干条山岭隧道的２将本方法与国标Ｂ值呈线性关系，其幅掌子面的围岩分级实践，Ｑ法进行了比较。结果表明：ＲＭＤ评分与［ＢＱ］分级结果与ＢＱ法有较高的一致性。

关键词：隧道工程；山岭隧道；围岩动态分级；施工阶段

：１／中图分类号：Ｕ４５１．２　　文献标志码：Ａ　　ｄｏｉ０．３９６９８３６０．２０１３．１０．０１６．ｉｓｓｎ．１００１－ｊ

ＳｔｕｄｏｎＤｎａｍｉｃＣｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆＲｏｃｋＭａｓｓｏｆＭｏｕｎｔａｉｎ　　　　　　　ｙｙ　

ＴｕｎｎｅｌｄｕｒｉｎＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｇ　

１，２１２３３

，ＷＡＮＧ，Ｌ，ＬＭＡＣｈａｏｆｅｎＪＩＥＹｕｘｉｎＤｕｌｉＩＸｉａｏＩＡＮＧＣｈａｎｕ　－　－　－　　　－ｇ，ｇｙ

（，Ｔ，Ｂ；１．ＳｔａｔｅＫｅＬａｂｏｒａｔｏｒｏｆＨｄｒｏｓｃｉｅｎｃｅａｎｄＨｄｒａｕｌｉｃＥｎｉｎｅｅｒｉｎｓｉｎｈｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｅｉｉｎ１０００８４，Ｃｈｉｎａ　　　　　　ｙｙｙｙｇｇｇｙｊｇ　　　，ＡＶ，Ｌ，Ｂ；２．ＤｅａｒｔｍｅｎｔｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏａｎｄＱｕａｌｉｔＩＣＧｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌＥｎｉｎｅｅｒｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅＣｏ．ｔｄ．ｅｉｉｎ１０００９８，Ｃｈｉｎａ　　　　　　ｐｇｙｙｇｇｊｇ　　　，，Ｃ，Ｂ）３．ＫｅＬａｂｏｒａｔｏｒｏｆＥｎｉｎｅｅｒｉｎＧｅｏｍｅｃｈａｎｉｃｓＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＧｅｏｌｏａｎｄＧｅｏｈｓｉｃｓＡＳｅｉｉｎ１０００２９，Ｃｈｉｎａ　　　　ｙｙｇｇｇｙｐｙｊｇ　　　　　

：ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅｒｏｃｋｍａｓｓｄｎａｍｉｃｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ（ＲＭＤＣ）ｏｆｍｏｕｎｔａｉｎｔｕｎｎｅｌｄｕｒｉｎｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｔｏｏｋｔｈｅｔｕｎｎｅｌ　　　　　　　　　　ｙｇ　ｆａｃｅｓｅｘｃａｖａｔｅｄｂｔｈｅｄｒｉｌｌｂｌａｓｔｍｅｔｈｏｄａｓｔｈｅｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｂｅｃｔｉｖｅｓ．ＲＭＤＣｗａｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｄｎａｍｉｃａｌｌｗｉｔｈ　　　－　　　　　　　　　ｙｊｙｙ　　

，ａｃｃｌｅｓ．Ｉｔｓｅｖａｌｕａｔｉｏｎｉｎｄｅｘｅｓｍｕｓｔｂｅａｉｎｅｄｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔｌｎｄｔｈｅｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｒｏｃｅｓｓｍｕｓｔｂｅｅｘｃａｖａｔｉｏｎ　　　　　　　　　　　　ｙｇｙｐ，ａｒａｉｄｎｄａｌｓｏｔｈｅｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｍｕｓｔｂｅｒａｔｉｏｎａｌ．ＴｈｅＵＣＳ，ｃｈａｒａｃｔｅｒｓｏｆｓｔｒｕｃｔｕｒａｌａｎｄｒｏｃｋｌａｎｅ　　　　　　　　　　　　　ｐｐ

，ｃｍａｓｓｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗｅｒｅｓｅｌｅｃｔｅｄａｓｔｈｅｂａｓｉｃｆａｃｔｏｒｓｏｆＲＭＤＣ．Ｔｈｅｒｏｕｎｄｗａｔｅｒｒｕｓｔａｌｓｔｒｅｓｓｃｏｎｄｉｔｉｏｎａｎｄｔｈｅ　　　　　　　　　　　　　　　ｇｏｃｃｕｒｒｅｎｃｅｌａｎｅｏｆｄｉｓａｄｖａｎｔａｅｏｕｓｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｗｅｒｅｓｅｌｅｃｔｅｄａｓｔｈｅｅｍｅｎｄａｔｏｒｆａｃｔｏｒｓ．ＴｈｅＢｉｅｎｉａｗｓｋｉｍｏｄｅｌ　　　　　　　　　　　ｐｇｙ　

ｒｏｏｒｔｉｏｎｗａｓｕｓｅｄａｓｔｈｅｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｏｆＲＭＤＣ，ａｎｄｔｈｅｏｆｅａｃｈｆａｃｔｏｒｗａｓｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ．ＴｈｅＲＭＤ　　　　　　　　　　　　　　　ｐｐｗａｓｕｓｅｄｉｎｔｏｋｅｎｏｆｒａｔｉｎｏｆｅｖｅｒｆａｃｔｏｒｏｆＲＭＤＣ，ａｎｄｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒａｎｄｒａｔｉｎｏｆｅａｃｈｆａｃｔｏｒｗａｓｉｖｅｎ．　　　　　　　　　　　　　　　　ｇｙｇｇ　　　

，ａ，ｃＴｈｅｔｏｔａｌｒａｔｉｎｗａｓｉｎｃｅｎｔｅｓｉｍａｌｎｄｗａｓｄｉｖｉｄｅｄｔｏｆｉｖｅｌｅｖｅｌｓａｖｅｒａｅｌｏｒｒｅｓｏｎｄｉｎｔｏｌｅｖｅｌｓⅤ，ｒａｄｅｓ　　　　　　　　　　　　ｇｇｇｙｐｇ　　ｏｏｄ．ＴｈｅｎｎｄｆｒｏｃｋｍａｓｓｆｒｏｍｂａｄｔｏｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄａｎｄｔｈｅＢＱ　ｍｅｔｈｏｄｗｅｒｅｃｏｎｔｒａｓｔｉｖｅｌａⅣ，Ⅲ，ⅡａⅠｏ　　　　　　　　　　　　　－ｇｙｐ　ｉｎ９２ｒｏａｄｔｕｎｎｅｌｆａｃｅｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｈｉｈｗａｓｉｎｔｈｅＨｅｂｅｉＰｒｏｖｉｎｃｅ．ＩｔｉｓｓｈｏｗｎｔｈａｔＲＭＤｉｓｌｉｎｅｅｒｗｉｔｈｌｉｅｄ　　　　　　　　　　　　　　　　　　ｇｙｐ

［，ａＢＱ］ｎｄａｌｓｏｔｈｅｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄａｒｅｍｕｃｈｃｏｉｎｃｉｄｅｎｔｗｉｔｈｔｈｅＢＱ　ｍｅｔｈｏｄ．　　　　　　　　　　　　　：；ｍ；（）；ＫｅｗｏｒｄｔｕｎｎｅｌｅｎｉｎｅｅｒｉｎｏｕｎｔａｉｎｔｕｎｎｅｌｒｏｃｋｍａｓｓｄｎａｍｉｃｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎＲＭＤＣｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓｔａｅ　　　　　　ｇｇｙｇｙ　

；修回日期：收稿日期：２０１２０１０６２０１２０６０８－－－－））；）基金项目：国家重点基础研究发展计划（项目（中航勘察设计研究院有限公司博士后科研基金（９７３２０１０ＣＢ７３２１０３２０１２ｂｓｈ００１

，作者简介：马超锋（男，河南新密人，高级工程师，博士。１９８２—）

：Ｅ－ｍａｉｌｍａｃｈｆｅｎｅａｈ．ｎｅｔ＠ｙｇ

第１０期山岭隧道施工阶段围岩动态分级研究

１０７

在山岭隧道建设过程中，我国勘　　据有关资料统计，

察阶段围岩分级的准确率一般为５有３０％，０％～４０％的分级结果与实际相差１～２个级别，据此进行的设计方案与实际工况相差较大。造成的后果是，要么支护造成浪费；要么不满足工程实参数与开挖方案保守，

存在重大安全隐患。因此，在山岭隧道建造期间，际，

必须以开挖揭露的实际围岩为评价对象，重新对围岩级别进行评定，并选择与之匹配的开挖方式和支护衬如此动态循环进行直至隧道贯通。隧道围岩砌参数，

］１３－。进行动态分级，对隧道建设意义重大［

评价指标；但缺少地应力ＲＭＲ分类法虽然使用便捷，发育状态这一因素，而这对地下工程稳定性却有较大影响；国标ＢＱ分类法在实践过程中发现岩块强度指标对分级结果影响敏感，岩体完整性指标需要进行昂且探测过程对环境要求贵的地球物理测试方能获得，

严重阻碍了隧道施工的有序进行。由此可见，这苛刻，

些方法均不能满足山岭隧道施工阶段的围岩动态分级需要。因此，研究围岩动态分级方法十分必要。

本文在借鉴ＲＭＲ分级法的基础上，结合山岭隧道围岩分级实践，考虑隧道施工阶段的特点及其对围岩分级的特殊要求，研究与之相适应的围岩动态分级方法，并与国标ＢＱ法进行了比较。

山岭隧道施工期间的围岩动态分级包含三层含义：其一评价对象是钻爆开挖揭露的真实围岩，而非勘其二随着开挖支护循环而动态进察阶段的钻孔岩芯；

行；其三由于隧道施工过程的时效性，动态分级方法及其实施过程既要科学合理又要快捷方便，且其评价指标既要反映围岩的质量又要快速便捷地获取其值。

目前，国内外常用的围岩分级或分类方法有：美国

［］［］

的Ｔ奥地利的Ｌ美国ｅｒｚａｈｉ分类４；ａｕｆｆｅｒ分类５；ｇ

［］

美国ＷＤｅｅｒｅ的ＲＱＤ分类６－８；ｉｃｋｈａｍ的ＲＳＲ分［０］９］１１－；；挪威Ｂ南非Ｂ类［ａｒｔｏｎ的Ｑ系统１ｉｅｎｉａｗｓｋｉ的［２］［５］１４－；；挪威Ｐ国ＲＭＲ分类１ａｌｍｓｔｒｍ的ＲＭｉ分类１

［１６］

工程岩体分级标准》等。然而，这些常用方法在标《

１　山岭隧道围岩动态分级因素选取

隧道围岩动态分级因素应密切结合山岭隧道施工阶段的特点，即围岩的真实性、工程的时效性以及工序的循环性等。所选指标不仅能客观反映隧道掌子面围岩的实际质量，而且指标的取值或评价能方便和快捷地实现。

１．１　常用围岩分级方法考虑的因素

表１为一些典型围岩分级方法所考虑的因素。从这些因素可以归纳为三类：地质因素、表１可以看出，

力学因素和工程因素。其中岩块强度、岩体结构面发育特征、地下水等围岩赋存环境和不利结构面产状影响是各类岩体分级方法常用的指标。

山岭隧道施工阶段的围岩动态分级应用中存在若干不

］１７１８－。例如：单独使足［ＲＱＤ分类法的指标比较单一，

用不能全面反映隧道围岩质量；Ｑ分类法虽然能比较全面地反映围岩的质量，但是缺少岩块强度这一重要

表１　国内外典型围岩分级方法考虑因素综合表

地质因素

年代

分类名称

结构

面组数

结构面间距

结构

岩体

面状ＲＱＤ

结构

态

岩体完整性

结构面抗剪切强度

力学因素岩体变形模量

岩体弹性波速

完整岩石波速

工程因素结构面方位

风化程度地应力地下水地质构造岩块强度施工方法

１９４６

Ｔｅｒｚａｈｉｇ

分类ＤｅｅｒｅＲＱＤ分类ＷｉｃｋｈａｍＲＳＲ分类Ｂｉｅｎｉａｗｓｋｉ

分类ＲＭＲＢａｒｔｏｎＱ分类谷德振Ｚ分类工程岩体分级标准

√

√

√

√

√√

１９６７

１９７２√√√√√√

１９７３√√√√√√√

１９７４√√√√√√√

１９７９√√√√√√√√

１９９４√√√√√√√√

１０８

铁　　道　　学　　报第３５卷

１．２　围岩动态分级因素的选取原则

围岩质量评价与分级涉及的因素很多，分级因素的选取应基于以下原则：

（）分级因素必须是体现隧道围岩质量最重要、１

最基本的因素。

）分级因素应相互独立，（避免重复和搭接。２（）分级因素的特征必须易于描述，评价指标必３

须容易获取，测试方法必须简单易行。１．３　围岩动态分级的因素选取

典型围岩分级方法所考虑的因素，一部分是围岩本身所固有的自然属性因素，一部分是围岩的赋存环境因素，还有一些是与工程活动密切相关的因素。这些因素的共同作用影响着隧道围岩的稳定性及其力学特性。１．３．１　围岩基本属性因素

］１９２０－岩体结构控制论［认为，岩体是由结构面和结

含义和标准，不便采用。因此采用结构面的张开度和充填胶结物特征来表征结构面的结合状态。

（）岩体结构３

岩块和结构面不是孤立存在的，它们在岩体内的排列、组合形式构成了岩体的结构特征。岩体结构是岩体的基本特征之一，它控制着岩体的变形、破坏及其

２０］

。因此，力学性质［选取岩体结构作为描述岩体基本

特性的因素之一。１．３．２　围岩赋存环境因素

岩体赋存环境可以使岩体结构的力学效应和岩体力学性能发生改变，是若干活的、易变的因素。主要包

］２０

。其中，括：地温、地下水和地应力［地温的力学效应

还没有提到地质工程需要研究的日程上来；地下水对围另一方面是岩的作用一方面体现在对岩石强度的影响，

作为围岩的赋存环境，本文指后者。因此，地下水和地应力可以选作动态分级体系中的围岩赋存环境因素。１．３．３　工程活动因素

工程因素主要包括隧道围岩的开挖方式、开挖尺寸、循环进尺、软弱结构面方位与隧道轴线的交叉组合等。其中，开挖方式、开挖尺寸和循环进尺等是人为可控的，而软弱结构面方位与隧道轴线的交叉组合是客观存在的。因此，将软弱结构面方位与隧道轴线的交叉组合特征纳入到围岩动态分级体系中。

构体（在隧道开挖尺度内为岩块）组成的，结构面和结构体在岩体内的排列、组合方式（即岩体结构）影响和需从影响决定着岩体的稳定性及其力学特性。因此，结构面和岩体结构特征等方隧道围岩稳定性的岩块、面选取动态分级指标。

）岩块强度（１

描述和体现围岩块体特征的指标有：岩石强度、风化程度、完整岩石的弹性波速、块体尺寸等。其中，风化程度归于对岩块强度的影响上；完整岩石的弹性波且岩速和块体尺寸等指标反映的是岩体的完整程度，石的弹性波速测试费用昂贵，对测试环境要求较高，不便于在隧道施工阶段进行。岩块强度这一指标物理意直接体现了岩块的力学特性，且其取值可通过义明确，

室内单轴或三轴抗压试验、现场不规则岩块的点荷载试验和现场回弹试验等多种途径获得。因此，岩块强度可用作表征围岩基本属性的指标之一。

（）结构面特征２

结构面的几何和物理特征与岩体的完整程度和抗剪切能力密切相关。用于表征和描述结构面发育特征的指标繁多，有结构面间距、组数、张开度、起伏度、迹产状、充填度、粗糙度、结构面抗剪强度、岩体长、ＲＱＤ、其一是体现结构完整性系数等。这些指标可归为两类：

面的几何发育特征，即岩体的破碎程度，如：组数、间距、迹长、其二是体现结构面的物理特征，即充填ＲＱＤ等；胶结状态，如张开度、起伏度、粗糙度、充填度、抗剪强度等。其中结构面迹长在隧道掌子面尺度范围内其工程意义不明显，不ＲＱＤ需要用特定的钻具钻取岩心获取，便于在施工阶段进行，因此选用结构面间距和组数来描述其几何特征。而起伏度、粗糙度、充填度、抗剪强度虽但这些指标取值困难，有的尚无确切的物理意义明确，

２　围岩动态分级模型及各因素评分

１

２．１　常用围岩分级方法模型２

围岩分级方法依据分级因素分为：单参数法、多参

［］

数法和多参数组成的综合指标法。依据计算岩体质量的数学模型有：积商模型、ＢａｒｔｏｎＢｉｅｎ－谷德振模型、－和差模型等。还可依据具体操作方式分ｉａｗｓｋｉ模型、为：经验分级法、数值分级法以及经验与数值相结合的）。方法等（图１

图１　岩体分级方法模型

第１０期山岭隧道施工阶段围岩动态分级研究

１０９

２．２　隧道围岩动态分级模型

隧道围岩动态分级方法以简洁、易用为出发点，并密切与隧道施工阶段的特点相结合。本文着重参考选取多因素的ＢＲＭＲ分级方法，ｉｅｎｉａｗｓｋｉ模型作为围岩动态分级的数学模型。即对选定的动态分级因素并将评分进行和差的定性特征或定量指标进行评分，

计算，给出表征围岩质量的总评分，并将总评分划分若干档次，对应不同的围岩等级。

将围岩动态分级方法（ＲｏｃｋＭａｓｓＤｎａｍｉｃＣｌａｓ　　　－ｙ）记为ＲＭＤ法，并用ＲＭＤ表示各因素的评ｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ

分总和，ＲＭＤ可以表示为

］ＲＭＤ＝［ＲＪＪＪ＋ＲＭＳ－ｃ＋（ｎ＋ｓ＋ｃ）

（ＧＳ＋ＧＷ＋ＪＯ）

（１）

之间有很好的相关性。二者之间的关系式参照文献［］内容，并可将其换算过程编制成ｅ１６ｘｃｅｌ表格。

表２　岩石强度点荷载试验换算值及其评分

／ＭＰＲａｃ坚硬程度ＲＭＤ评分

０＞６　坚硬岩３０～２５　

６０～３０　较坚硬岩２５～１２　

３０～１５　较软岩１２～５　

１５～５软岩５～３　

＜５极软岩２～１

表中的Ｒ６块不规则岩石试样的点荷载强度换　　注：ｃ是由不少于１算而来的均值。

（）结构面组数Ｊ２ｎ评分

成组结构面指的是力学性质相同、产状基本一致的一群结构面。结构面组数与围岩的完整程度密切相关，。组数越多，围岩越破碎。结构面组数Ｊｎ评分见表３

表３　结构面组数Ｊｎ评分

结构面组数ＪｎＲＭＤ评分

０　１０～９　

１～２　８～７　

２～３６～５　

＞３４～３　

无序２～１

，］；式中：评分区间为［Ｒ０３０Ｊｃ为岩块强度，ｎ为结构面组，；数，评分区间为［评分区间为０１０］Ｊｓ为结构面间距，［，］；，］；评分区间为［０１０Ｊ０２０ＲＭＳ为岩ｃ为结构面状态，

，］；体结构特征，评分区间为［评０３０ＧＳ为地应力状态，，］；分区间为［评分区间为０１０ＧＷ为地下水发育情况，

［，］；，］。评分区间为［０１０ＪＯ为不利结构面影响，０１０

式（中，通过给定各因素不同的评分区间体现１）其在分级体系中的权重。各因素的权重及其评分区间是在充分参考已有围岩分级方法的基础上并结合大量的隧道围岩分级实践确定的。

式（中，岩石强度、结构面发育特征和岩体结１）构特征为围岩的基本质量因素，其评分为正向评分，总和为１地下水发育情况和不利结构００。地应力状态、面产状影响为修正因素，其评分为负向评分。围岩动对应态分级根据ＲＭＤ的最终评分将其等分为５档，隧道围岩的５个等级。

２．３　隧道围岩动态分级各因素评分

由于隧道施工的时效性，隧道在钻爆开挖后，必须快速而合理地对围岩进行动态分级，进而确定合适的支护衬砌参数。应避免围岩分级实施过程较长而贻误了围岩的最佳支护时间，耽误各施工环节的高效衔接。鉴于此，对于围岩动态分级的各因素评分，如果该因素可以在现场进行简单的测试或测量，则以量化指标为评分依据；如果该因素在现场测试困难、对测试环境要不利于分级过程的快速实施，求高或者测试周期较长，

则以其定性特征和描述为评分依据。

）（岩石强度Ｒ１ｃ评分

结合隧道工程施工阶段的特点，岩石强度不便于采用室内单轴或三轴试验来确定其强度。而岩石点荷载强度试验以其方法简便、有利于现场试验、成本低、可对不规则岩块进行测试等优点得到广泛使用。文献［］研究表明：岩石点荷载试验值与其单轴抗压强度２２

未成组发育；无序指结构面十分发０组表示结构面发育较少，　　注：育。

（）结构面间距Ｊ３ｓ评分

其划分国内外有关结构面间距划分的标准较多，

１６］

相关界限各不相同。本文参考工程岩体分级标准［

内容。结构面间距及其评分见表４。

表４　结构面间距Ｊｓ划分及其评分

／结构面间距ＪｍｓＲＭＤ评分

．４．４～０．２＜０．２＞１　１～０　０１０～９　８～７　

６～５　

４～３　

极密２～１

（）结构面结合状态Ｊ４ｃ评分

选取结构面的张开度和充填胶结特征来表征其结一是因为它们是决定结构面结合程度的主要方合状态，

面，再则是为了方便隧道现场的工作，在现场工作时凭直观观察就能判断。应将这两者综合起来，相互搭配。。结构面结合程度特征及其ＲＭＤ评分见表５

表５　结构面结合特征及其评分

结合程度结合好

结构面结合特征

无充填物张开度＜１ｍｍ，

张开度１～３ｍｍ，为硅质或铁质胶结

，张开度＞３ｍｍ结构面粗糙，为硅质胶结张开度１～３ｍｍ，为钙质胶结

张开度＞３ｍｍ，结构面粗糙，为铁质或钙质胶结

张开度１～３ｍｍ，为泥质胶结张开度＞３ｍｍ，结构面粗糙，为泥质或钙质胶结

张开度１～３ｍｍ，结构面平直，为泥质或泥质和钙质胶结

多为泥质或岩屑充填张开度＞３ｍｍ，

泥质充填或泥夹岩屑充填，充填物厚度大于

起伏差

ＲＭＤ评分１６～２０

结合较好１２～１６

结合一般８～１２

结合差４～８

结合很差１～４

１１０

铁　　道　　学　　报第３５卷

（）岩体结构特征ＲＭＳ评分５

一般将岩体划分为：整体状结构、块状结构、层状结构、碎裂状结构和散体状结构５种结构类型。各种岩体结构类型及其评分见表６。

表６　岩体结构类型及其评分

岩体结构类型ＲＭＳＲＭＤ评分

整体结构

块状结构

层状结构

碎裂结构

散体结构５～１

是　　地应力是天然状态下存在于岩体内部的应力，

客观存在的物理量，是岩石工程的基本外荷载之一。高地应力常引起岩爆或岩芯饼化。一般情况下，岩爆发生在岩性坚硬完整或较完整的地区，岩芯饼化发生在中等强度以下的岩体中。一定的地应力状态对不同其对围岩稳定性的影响程度不同。山岭岩性的围岩，

隧道场区的地应力状况经常在勘察阶段进行测试或评定，并给出极高应力区、高应力区和低应力区３种评定

［１６］

工程岩体分级标准》相关内容并结果。此处参照《

３０～２６５～１９８～１３２～６　２　１　１　

（）地应力状态Ｇ６Ｓ评分做适当补充。地应力状态及其评分见表７。

表７　地应力状态及其评分

地应力发育特征

ＲＭＤ评分

１００～８１０～６１０～４１０～２１　８　６　４

０＜２

地应力状态主要现象

开挖时有岩爆发生，有岩块弹出，洞壁岩体发生剥离，新生裂硬质岩：

隙多，成洞性差软质岩：常有岩芯饼化现象，开挖时洞壁岩体有剥离，位移极为显著，甚至发生大位移，持续时间长，不易成洞开挖时可能有岩爆，洞壁岩体有剥离或掉块现象，新生裂隙较硬质岩：多，成洞性差

岩芯时有饼化现象，开挖时洞壁岩体位移显著，持续时间较软质岩：成洞性差长，

无岩爆、岩芯饼化等现象发生

极高地应力区　　７０　　７～１０　　７　　７～１　７

高地应力区　　４　　４　　４　　４～７　４～７

低地应力区　　０　　０　　０　　０　０

表中的ＲＭＤ值为围岩基本因素的总评分，尚未考虑修正因素。　　注：

（）地下水发育状态ＧＷ评分７

其作用表现地下水是影响围岩稳定的重要因素，

为溶蚀岩石或结构面中的易溶胶结物，使岩石强度降增加岩体渗流压力等。这些作用有些可通过围岩低，

基本因素反映，如：溶蚀结构面胶结物可通过结构面结合状态因素体现，降低岩石强度可通过岩石的强度试验体现。而其他作用在基本因素中体现不出，仍需通过修正因素来反映它们对围岩质量及稳定性的影响。

综合国内外资料显示，地下水发育状态对不同级别的围岩其影响不同。常将地下水发育状态分为：渗水、滴水状，淋雨、流线状，涌水状３类。此处结合隧道工程实际，另外考虑掌子面干燥和潮湿两种状态。其ＲＭＤ评分见表８。

表８　地下水发育状态及其评分

ＧＷ干燥潮湿渗水、滴水状淋雨、流线状涌流状

ＲＭＤ

１００～８１０～６１０～４１０～２１　８　６　４

００　０　０　０　

００　０　１　１～３　

００　１　２～３　４～６　

０１～２　２～３　４～６　７～９　

０＜２０３～４４～６７～９１０

（）不利结构面产状影响Ｊ８Ｏ评分

尤结构面是影响隧道围岩稳定的一个重要因素，其是对围岩稳定影响起控制作用的软弱结构面。比层状围岩的泥化层面、一组宽大裂隙、泥化夹层、断如：

层带、构造剪切带等。结构面产状与山岭隧道轴线的组合关系不同对围岩稳定的影响程度不同。不利结构面产状影响的修正方法很多，本文参照文献［和文２３］］献［的研究成果，见表９。２４

表９　不利结构面产状修正及其评分

结构面

走向

走向垂直于隧道轴线顺倾角开挖

结构面倾角工程效应ＲＭＤ评分

反倾角开挖

走向平行于隧道轴线

―

４５°０°～２～９０°４５°非常不利

一般

任意走向―０°～２０°一般

４５°０°５°０°～２～４～２～

９０°４５°９０°４５°非常有利

有利

一般

不利

０　１～２０　３～５　６～８　９～１　３～５　３～５

２．４　山岭隧道围岩动态分级

根据隧道围岩动态分级的基本因素和修正因素的将ＲＭＤ值等分为５个区间，依次对应ＲＭＤ总评分，

隧道围岩的５个等级，见表１０。

表中的ＲＭＤ值为围岩基本因素的总评分，尚未考虑修正因　　注：素。

第１０期山岭隧道施工阶段围岩动态分级研究

表１０　山岭隧道围岩动态分级

１１１

ＲＭＤ区间围岩级别围岩质量特征

１００～８１０～６１０～４１０～２１　８　６　４Ⅰ

非常好

Ⅱ好

Ⅲ一般

Ⅳ差

０＜２Ⅴ极差

２．５　山岭隧道围岩动态分级方法体系

为方便围岩动态分级方法的应用，将动态分级各因素的定性特征或定量指标及其评分汇总成表，见表１１。

本方法主要针对岩质隧道进行，其评判的围岩级别与国标ＧＢ　　注：

９９４中ＢＱ分级法的岩质隧道分级及其支护衬砌参数对应。５０２１８—１

表１１　山岭隧道围岩动态分级体系

Ａ

／ＭＰ岩石强度Ｒａ①ｃ１

岩石坚硬程度ＲＭＤ评分

２

结构面组数ＪｎＲＭＤ评分结构面间距ＪｓＲＭＤ评分

②结构面结合状态Ｊｃ动态分级基本因素及其评分

０＞６　坚硬岩３０～２５　０　１０～９　ｍ＞１１０～９　结合好２０～１６　整体状结构３０～２６　

６０～３０　较坚硬岩２５～１２　１～２　８～７　１ｍ～０．４ｍ８～７　结合较好１６～１２　块状结构２５～１９　

３０～１５　较软岩１２～５　２～３６～５　０．４ｍ～０．２ｍ

６～５　结合一般１２～８　层状结构１８～１３　

１５～５软岩５～３　＞３４～３　．２ｍ＜０４～３　结合差８～４　碎裂状结构１２～６　

＜５极软岩２～１无序２～１极密２～１结合很差４～１散体状结构５～１

３

４

ＲＭＤ评分岩体结构类型ＲＭＳ

ＲＭＤ评分

５Ｂ修正因素

动态分级修正因素及其评分

基本评分

ＲＭＤ

③

１００～８１　

７　４　０００　０　０　０　非常有利

０　

８０～６１　７　４　０００　０　１　１～３　有利１～２　

隧道围岩动态分级

６０～４１　７～１０　４　０００　１　２～３　４～６　一般３～５　

４０～２１７～１０　４～７　００１～２　２～３　４～６　７～９　不利６～８　

０＜２７４～７００３～４４～６７～９１０非常不利９～１０

极高地应力区

地应力发育状态ＧＳ④

高地应力区低地应力区

干燥潮湿

地下水发育状态ＧＷ

渗水、滴水状淋雨、流线状涌流状

不利结构面产状ＪＯ⑤

Ｃ

ＲＭＤ⑥围岩级别围岩质量特征结构面工程效应ＲＭＤ评分

１００～８１　

Ⅰ非常好

８０～６１　Ⅱ好

６０～４１　Ⅲ一般

４０～２１Ⅳ差

０＜２Ⅴ极差

　　注：①岩石强度Ｒ②参见表６；③此处为动态分级基本因素的ＲＭＤ评分之和；④参见表８；ｃ为若干块不规则岩石试件的点荷载强度换算值；

０；⑤参见表１⑥此处为修正后的ＲＭＤ值。

３　隧道围岩动态分级方法与国标ＢＱ分级法

的应用比较

　　依托河北省境内若干条大跨度高速公路隧道工程实例，将本方法应用于若干条大跨浅埋高速公路隧道的２０００余幅掌子面的围岩分级实践之中并与国标ＢＱ分级法进行了比较应用。通过对相关数据进行分研究ＲＭＤ与［之间的关系，并比较两种方法析，ＢＱ］

的分级结果，验证了本方法的可行性。

３．１　依托山岭隧道工程概况

依托河北省境内青岛—兰州高速公路邯郸—涉县段的５条三车道隧道和张家口—石家庄高速公路二期工程的１长９条三车道隧道。这些隧道短则２００余米，则４设置形式涵盖了标准分离式、小净距和３００余米；　连拱３种类型；围岩岩性主要有页岩、泥岩、灰岩、白云岩、片麻岩、花岗岩、角砾岩等。

１１２铁　　道　　学　　报第３５卷

３．２　围岩动态分级方法的应用流程

动态分级方法在应用过程中需密切结合隧道工程的施工工序，应发挥其方便、快捷的特点，避免耽误隧道施工，以免贻误隧道围岩的最佳喷锚支护时机。其应用流程如图２所示。

（）值之间的关系３ＲＭＤ值与［ＢＱ］

针对这９通过数据拟合得到ＲＭＤ与２组数据，［之间的关系，如图５所示。ＢＱ］

图５　ＲＭＤ与［的拟合关系ＢＱ］

由图５曲线及拟合关系式可知，之ＲＭＤ和［ＢＱ］间呈近似线性关系。３．４　讨论

由图４可知，ＲＭＤ法与国标ＢＱ法的围岩分级结但ＲＭＤ法对某些掌子面围岩判果有较高的一致性，

定的级别高于Ｂ这Ｑ法的级别。分析原始数据发现：些掌子面围岩的岩块强度均较高，而岩体比较破碎，若

［５］

，采用Ｂ相当于Ｑ法就用到了该法的限制条件之一２

图２　隧道围岩动态分级流程

对岩块强度进行了折减；而ＲＭＤ法为各因素评分的和差运算，无需对岩块强度进行折减后评分。

３．３　围岩动态分级方法的应用及与ＢＱ法的比较

（）１ＲＭＤ法、ＢＱ法的应用比较

针对同一幅掌子面，分别采用ＲＭＤ法、ＢＱ分级法进行围岩质量评价和围岩级别划分。共选取了有代表性的９２个隧道掌子面进行应用比较。为便于数据对比，以国标Ｂ从Ｑ分级法判定的围岩级别顺序进行，Ⅴ级围岩到Ⅱ级围岩依次进行。由于工程实际遇到的

不便于数据收集，故此处不做该类Ⅰ级围岩少之又少，

图４所示。围岩的应用比较。其应用结果如图３、

）（２ＲＭＤ法与ＢＱ法划分的围岩级别比较以国标Ｂ从国Ｑ法划分的围岩级别为比较对象，标的Ⅴ级围岩至Ⅱ级围岩依次比较，如图４所示。

４　结论

本文探讨了适用于山岭隧道施工阶段的围岩动态，分级方法（并以具体的围岩分级实践，与国ＲＭＤ法）标Ｂ主要结论如下：Ｑ分级法进行了比较应用，（鉴于山岭隧道施工阶段围岩分级的特殊性，１）

必须研究与之匹配的围岩动态分级方法。

（岩体结构控制着隧道围岩的稳定性及其力２）学特性，因此应将岩体结构发育特征作为一个评价指标参与到隧道围岩动态分级体系中来。

（围岩动态分级方法（的指标选取意３）ＲＭＤ法）义明确，其特征和量化指标易于获取和评分，方便用于山岭隧道施工阶段的围岩动态分级之中。

（本４）９２个代表性隧道掌子面的比较应用表明：方法的分级结果与国标Ｂ说明Ｑ法有较高的一致性，该方法具有一定的工程应用价值。

图３　隧道掌子面的ＲＭＤ评分和［值曲线ＢＱ］

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图４　隧道掌子面的ＲＭＤ级别和ＢＱ级别比较

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（责任编辑　刘红梅）