隧道围岩类别划分与判定

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），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)

5.2 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。

Q?RQDJrJw (5.2-1) ??JnJaSRF式中：Q——N.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。

RQDJr）表示岩体的完整性；第二个商数（）表示结构面形态，充填物

JaJn

Jw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。

SRF式中，第一个商数（

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：

RQD??l?10cm?100% (5.2-2)

L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 B差 C一般 D好 E极好 注：①当RQD<10时，取10；

RQD最小间隔为5。

0～～25 25～50 50～75 75～90 90～100

(2)Jn，岩体组数。常常受到节理、片理、板岩劈现或层理等的影响。如果这类平行的“节理”很发育，显然可视之为一个节理组，但如果可见的“节理”很稀疏，并没有固定的产状，可以称之为随机节理。如图4和表5.2-2。

图4 节理取值简图 表5.2-2节理组数（Jn） A整体没有或几乎没有节理 B一组节理 C一组节理加随机裂隙 D二组节理 E二组节理加随机裂隙 F三组节理 G三组节理加随机裂隙 0.5～1 2 3 4 6 9 12 H四组或四组以上节理，随机裂隙，严重节理化，呈糖块状等 15 I组节理挤压破碎岩石、土状岩石 注：①对于巷洞交叉点，用3*Jn；

②对于洞口，用2*Jn。

(3)Jr，节理粗糙度。用来表示节理壁的粗糙度，一般能过手指就可以触摸，结合描述表就可确定，如表5.2-5。

表5.2-3 节理粗糙度(Jr) a)节理面接触 A不连续节理 B粗糙或不规则，起伏 C光滑，起伏 b)节理面在剪切变形10cm前仍接触 D表面光滑，起伏 E粗糙或不规则，平面 F光滑，平面 G表面光滑，平面 注：①以上描述适用于小规模特征和中规模特征； ②剪切时节理面不接触 H节理面间含有粘土矿物厚度足以阻止节理面接触 1.0 4 3 2 1.5 1.5 1 0.5 20

J砂质、砾石或破碎带的厚度足以阻止节理面接触 注：①如果相应节理组的平均间距大于3m时，加10；

②如果线理方向对强度影响很小，则对有线理的平面磨光节理可取Jr=0.5。

(4)Ja，节理的蚀变程度。与Jr相比，节理的蚀变程度是进一步来确定节理填充物对节理稳定性的作用，一般通过填充物的厚度和成分，特别是在填充物中含有粘土成分时应给予足够的重视。如表表5.2-4。

表5.2-4 节理蚀为系数（Ja） A紧密结合，坚硬，非软化，不透水；充填物，如石英、绿帘石 B节理壁未蚀变，仅表面稍有污染 a)节理面接触 C节理壁轻度蚀变，非软化矿物被覆层，有砂质颗粒和无粘土的碎裂岩石等 D粉砂或砂质粘土被覆层，小部分粘土（非软化） E软化或低摩擦阻力粘土矿物被覆层，即高岭石或云母，也有绿帘石、滑石、石膏、石墨等，以及少量膨胀性粘土 b)节理面在剪切变形10cm前仍接触 F砂质颗粒，无粘土碎裂岩石等 G高超固结非软化粘土矿物充填物（连续，但厚度<5mm） H中等或低超固结，软化，粘土矿物充填物（连续，厚度<5mm） J膨胀粘土充填物，即蒙脱石（连续，但厚度<5mm），Ja值取决于膨胀粘土颗粒的百分率和浸水程度等 K．L．M．碎裂带或碎裂层，或破碎岩石和粘土（见G.H.J的粘土条件描述） N粉砂，或砂质粘土带或层，小部分粘土（非软化） O．P．R．厚的、连续的粘土带或粘土层（见G.H.J的粘土条件描述）

(5)Jw，节理水折减系数。节理水可能会软化节理的填充物从而降低节理间摩擦力，较大的节理水会冲出填充物，使岩体稳定性大大降低。其取值如表5.2-5所示。

表5.2-5节理水的折减系数（Jw） A开挖时干燥或有微量渗水,即局部<5L/min B中等渗水或中等水压,偶尔有节理充填物被水冲刷出 C无充填节理岩石中大涌水或高水压 D大涌水或高水压,大量节理充填物被水冲刷出 E异常的大量涌水或高水压,呈爆发状,并随时间而衰减 F无明显衰减的持续异常大涌水或高水压 Jw 1.0 0.66 0.5 0.33 0.2～0.1 0.1～0.05 水压MN?m <0.1 0.1～0.25 0.25～1.0 0.25～1.0 >1.0 >1.0 -21.0 Ja 0.75 1.0 2.0 3.0 4.0 4.0 6.0 8.0 8～12 6,8或8～12 5.0 10,13或13～20 Φr（o） —— 25～35 25～30 20～25 8～16 25～30 16～24 12～16 6～2 6～24 —— 6～24 c)剪切变形时节理面不接触

注：①因素C到F是粗略估计,如果装有排水设施应增大Jw；

②由于冰冻引起的特殊问题未加考虑。

(6)SRF，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)软弱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） 带与开挖B单个含粘土软弱带，或化学分解的岩石（巷道深度<50m） 的巷道相C单个含粘土软弱带，或化学分解的岩石（巷道深度>50m） 交，开挖D坚固岩石中多个剪切带（无粘土），松散围岩（处于任何深度） 时可能造E坚固岩石中含单一剪切带（无粘土，巷道深度<50m） 成岩体松F坚固岩石中含单一剪切带（无粘土，巷道深度>50m） 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） 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%。 H低应力，接近地表 b)坚J中等应力 固岩石，K高应力，结构非常紧密（通常有利于稳定，但可能对岩石应力岩帮的稳定不利） 问题 L轻微的岩裂(整体岩石) M严重的岩裂(整体岩石) 5～2.5 <2.5 σcf/σ1 >200 200～10 10～5 σTf/σ1 >13 13～0.66 0.660.33 0.330.16 <0.16 10～20 ～5～10 ～SRF 2.5 1.0 0.5～2 10 5 2.5 7.5 5.0 2.5 5.0 注：①如果（测得）原岩应力场明显各向异性，当5≤σ1/σ3≤10时，σcf和σTf分别降到0.8σcf和0.8σTf；当σ1/σ3>10时，σcf和σTf分别降到0.6σcf和0.6σTf。当σcf为无测压抗压强度，σTf为抗拉强度（点荷载）时，σ1和σ3就是最大和最小主应力；②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。 c)岩石在高压力下受挤压，不坚硬岩石塑性流动 d)与水压有关的膨胀岩石，化学膨胀活动

Q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0.001～1000、岩体变形系数分为3级（0.05～50GPa）、抗剪强度分为2级（0.1～20MPa）。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。

N不大的岩石挤压力 O强烈的岩石挤压力 P不大的岩石膨胀力 R强烈的岩石膨胀力 5～10 10～20 5～10 10～15