浅谈广州地铁隧道围岩分级——张 华

摘要：本文主要介绍地铁隧道围岩分级的思路和方法，提出在勘察阶段地铁隧道围岩分级的建议
关键词：工程岩体；岩体基本质量；围岩分级；地铁隧道
Abstract：The article introduce the way to rock mass basic quality of metro tunnel,and putforward the suggestion of rock mass basic quality of metro tunnel of the investigation course
Key words：engineering rock mass；rock mass basic quality；surrounding rock classification；metro tunnel

1、前言
国标《地铁设计规范》（GB50157-2003）已于2005年8月1日开始实施。该规范的第10.1.2条明确规定:“暗挖结构的围岩分级按现行《铁路隧道设计规范》确定”。而现行的《铁路隧道设计规范》（TB10003-2005）已于2005年4月25日发布实施，其中的“围岩分类”已改为“围岩分级”，两者之间有较大的差别。现行的《地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规范》（GB50307-1999）中的围岩分类方法引自原《铁路隧道设计规范》（TB10003-2001）。围岩分级是根据《工程岩体分级标准》，结合工程经验得来的。勘察是为设计服务的，所以在地铁工程勘察中，如果还利用地铁勘察规范进行围岩分类，易给设计带来不便。
2、工程岩体分级思路
    国标《工程岩体分级标准》（GB50218-94）总则中第10.3条明确规定“工程岩体分级、应采用定性与定量相结合的方法，并分两步进行，先确定岩体基本质量，再结合具体工程的特点确定岩体级别”。
岩体基本质量是由岩石坚硬程度和岩体完整程度两个因素确定。岩石坚硬程度可根据定性鉴定或岩石单轴饱和炕压强度分为坚硬岩、较坚硬岩、较软岩、软岩、极软岩五个级别；岩体完整程度可根据结构面发育程度、结合程度或岩体完整性指数（K_V）分为完整、较完整、较破碎、破碎、极破碎五个级别。
岩体基本质量根据岩体基本质量的定性特征和岩体基本质量指标（BQ），由好至坏分Ⅰ级至Ⅴ级，如表1。
    表1             岩体基本质量分级      

基本质量分级	岩体基本质量的定性特征	岩体基本质量指标（BQ）
Ⅰ	坚硬岩，岩体完整	＞550
Ⅱ	坚硬岩，岩体较完整； 较坚硬岩，岩体完整	550~451
Ⅲ	坚硬岩，岩体较破碎； 较坚硬岩或软硬岩互层，岩体较完整； 较软岩，岩体完整	450~351
Ⅳ	坚硬岩，岩体破碎； 较坚硬岩，岩体较破碎~破碎； 较软岩或软硬岩互层，且以软岩为主，岩体较完整~较破碎； 软岩，岩体完整~较完整	350~251
Ⅴ	较软岩，岩体破碎； 软岩，岩体较破碎~破碎； 全部极软岩及全部极破碎岩	≤250

      注：BQ=90+3Rc+250Kv
式中：Rc—— 岩石单轴饱和抗压强度（MPa）
          Kv—— 岩体完整性指数（岩体弹性纵波速度与岩石弹性纵波速度之比的平方）
        对地下工程岩体详细定级时，应在岩体基本质量分级的基础上，考虑地下水状态、初始应力状态、工程轴线或趋向线的方法与主要结构而状的组合关系，对岩体基本质量指标BQ进行修正，并以修正后的值按表1确定岩体级别。修正方法详见《工程岩体分级标准》附录1）。
3、隧道围岩分级
    新的《铁路隧道设计规范》中的围岩分级方法基本执行《工程岩体、分级标准》的方法和思路。首先根据岩（土）体特征和围岩弹性纵波速度进行围岩基本分级，见表2。
          表2         围岩基本分级      

级别	岩体特征	土体特征	围岩弹性纵波速度（km/s）
Ⅰ	极硬岩，岩体完整	——	＞4.5
Ⅱ	极硬岩，岩体较完整； 硬岩，岩体完整	——	3.5~4.54
Ⅲ	极硬岩，岩体较破碎； 硬岩或软硬岩互层，岩体较完整； 较软岩，岩体完整	——	2.5~4.0
Ⅳ	极硬岩，岩体破碎； 硬岩，岩体较破碎或破碎； 较软岩或软硬岩互层，且以软岩为主，岩体较完整或较破碎； 软岩，岩体完整或较完整	具压密或成岩作用的粘性土、粉土及砂类土，一般钙质、铁质胶结的粗角砾土、粗圆砾土、碎石土、卵石土、大块石土，黄土（Q1、Q2）	1.5~3.0
Ⅴ	软岩，岩体破碎至极破碎； 全部极软岩及全部极破碎岩（包括受构造影响严重的破碎带	一般第四系坚硬、硬塑粘性土，稍密及以上、稍湿、潮湿的碎（卵）石土、粗圆砾土、细圆砾土、粗角砾土、细角砾土、粉土及黄土（Q1、Q2）	1.0~2.0
Ⅵ	受构造影响很严重呈碎石、角砾及粉末、泥土状的断层带	软塑状粘性土、饱和的粉土、砂类土等	＜1.0（饱和状态的土＜1.5）

隧道围岩最终级别应在围岩基本分级的基础，结合隧道工程特点，考虑地下水状态，初始地应力状态进行修正。地下水状态分级按表3确定。
表3   地下水状态的分级   表3

级别	状态	渗水量 [L/（min.10m）]
Ⅰ	干燥或湿润	＜10
Ⅱ	偶有渗水	10~25
Ⅲ	经常渗水	25~125

    
  地下水对围岩级别的修正，按表4进行

围岩基本分级 地下水状态的分级	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ	Ⅳ	Ⅴ	Ⅵ
Ⅰ	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ	Ⅳ	Ⅴ	—
Ⅱ	Ⅰ	Ⅱ	Ⅳ	Ⅴ	Ⅵ	—
Ⅲ	Ⅱ	Ⅲ	Ⅳ	Ⅴ	Ⅵ	—

   地铁隧道因埋深较浅，围岩初始应力较低，一般不会出现岩爆和岩芯饼化等特殊地质现象，围岩级别可不考虑初始地应力的修正。
4、围岩分级和围岩分类的差别
（1）名称不同：将“围岩分类”改为“围岩分级”，符合国家标准，有利于各行业的统一。
（2）级（差）别顺序不同：围岩分类是由坏到好分为Ⅰ到Ⅵ类，围岩分级是由好到坏分为Ⅰ到Ⅵ级。
（3）围岩分级增加了弹性纵波速度指标，围岩分类没有这项指标。有了波速指标使得围岩分级更加合理。
（4）围岩分级中提出了围岩修正的概念及具体修正方法，围岩分类中只提出“软质岩石Ⅱ、Ⅲ类围岩遇有地下水时，可根据具体情况和施工条件适当降低围岩分类。”
     无论是围岩分级还是围岩分类，其围岩主要工程地质条件和围岩开挖后的稳定状态（单线）的描述基本没变。
5、工程勘察对围岩分级的建议
（1）地铁岩土工程勘察报告可根据岩土体基本特征和围岩弹性纵波速度，只需按表2提供围岩基本分级。对于地下水的状态和开挖后的围岩稳定状态在勘察阶段还难以判断，所以围岩分级的修正应在施工阶段进行。
（2）在暗挖区间建议多布置一些声波和电阻率测试。由于岩体弹性波速与岩体电阻率具有同等效应的特点，均对岩性、结构面发育程度、风化及应力情况有灵敏的反映，只是两种参数对水与空气反映的敏感程度不同，因此，两种参数具有相互映正、相互补充的特征。电阻率对含水率的敏感程度比波速高，而波速对空气的敏感程度比电阻率高。总体上围岩波速的测试精度比电阻率测试精度高。
（3）广州的“红层”分布广泛，岩性变化也很大，有泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、砂砾岩等，抗压强度从几个兆帕到几十个兆帕，但我们在围岩分级（分类）中多数仅考虑风化程度的影响，对岩性和抗压强度的因素重视不够，所以广州地铁分层系统还需要改进。
（4）在围岩分级时要估算拱顶围岩的稳定厚度。由于地铁埋深一般较浅，加上岩面起伏变化，对于岩石隧道而言，拱顶围岩的厚度往往变化很大，如果全部划分为同一级别，可能有风险。所以在围岩分级前要分析在什么情况下拱顶围岩可以自稳，考虑的因素应包括岩性、岩体完整性、厚度以及地下水状态。

参考文献
1 GB 50218—94 工程岩体分级标准
2 TB 10003—2005（J449—2005）铁路隧道设计规范
3 JTG D70—2004 公路隧道设计规范