【正文】 隧道圍巖穩(wěn)定性與圍巖分級(jí)是息息相關(guān)的。 在施工因素中，支護(hù)結(jié)構(gòu)的類型及架設(shè)時(shí)間也對(duì)隧道圍巖的穩(wěn)定性產(chǎn)生重要影響。在圍巖分級(jí)中，如何根據(jù)地質(zhì)構(gòu)造的特征引進(jìn)初應(yīng)力的影響，是需要進(jìn)一步研究的問題。 因此，在圍巖分級(jí)中都考慮了水的影響。此外，在決定某些裂隙巖體的強(qiáng)度時(shí)，也是要以巖石強(qiáng)度為基礎(chǔ)。 巖石的工程性質(zhì) 巖石的工程性質(zhì)是多方面的，一般主要指巖石的強(qiáng)度或堅(jiān)固性。后者主要考慮構(gòu)成巖體的完整狀態(tài)的各種巖塊的組合比例。 圍巖的結(jié)構(gòu)狀態(tài)通常用其破碎程度或完整狀態(tài)來表示。這些量測(cè)元件，都是基于電阻的變化來量測(cè)應(yīng)變的，應(yīng)變量測(cè)元件都需要有相應(yīng)的接收器。各類電測(cè)式壓力盒都需要專門的接收器。作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)兩側(cè)的水平側(cè)壓力為 e1 =γHλ e2 =γhλ ()式中符號(hào)意義同前。 淺埋隧道圍巖壓力，兩側(cè)三梭巖體FDB或ECA的重量為W1，未擾動(dòng)巖體對(duì)整個(gè)滑動(dòng)土體的阻力為F，當(dāng)EFEG下沉，兩側(cè)受到的阻力為T或T、可見作用于HG面上的垂直壓力總值Q淺為： Q淺＝W一2T，＝W一2Tsinθ （） 三棱中自重為： W1 = 1/2 γh(h/tgβ) （）式中 γ— 圍巖容重； h一隧道底部到地面的距離；β一破裂面與水平置的夾角。用等效荷載即非勻布?jí)毫Φ目偤蛻?yīng)與勻布?jí)毫Φ目偤拖嗟鹊姆椒?，來確定各種荷載圖形的最大壓力值。（一） 深埋隧道圍巖壓力的確定 目前我國公路隧道和鐵路隧道所采用的計(jì)算圍巖豎向勻布?jí)毫Φ挠?jì)算式，是以工程類比為基礎(chǔ)，統(tǒng)計(jì)分析了我國數(shù)百座隧道坍方調(diào)查資料而擬定的。當(dāng)然，現(xiàn)代隧道施工技術(shù)是不會(huì)讓這種現(xiàn)象自由發(fā)展，從爆破手段和初期支護(hù)上采取措施，阻止隧道周邊巖體過大的變形和坍塌，使圍巖成為主要的承載體。 II區(qū)域稱為高應(yīng)力區(qū)，這一部分巖缽也受到了擾動(dòng)，在應(yīng)力重分布的過程中使這個(gè)范國內(nèi)巖體的應(yīng)力升高，但強(qiáng)度尚未被破壞，實(shí)際相當(dāng)于形成了一個(gè)承載環(huán)，起到承載的作用。求解初始應(yīng)力場(chǎng)，結(jié)果常常有極大的偏差。 背斜構(gòu)造的自重應(yīng)力場(chǎng) 斷層構(gòu)造的自重應(yīng)力場(chǎng)2．構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)地層的應(yīng)力場(chǎng)是由自重應(yīng)力場(chǎng)和構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)構(gòu)成的?！?，因此，在自重應(yīng)力場(chǎng)。而其它因素造成的初應(yīng)力場(chǎng)，主要是用實(shí)驗(yàn)（現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)）方法完成的。在隧道開挖前是客觀存在的，在這種應(yīng)力場(chǎng)中修建隧道就必須了解它的狀態(tài)及其影響。隨著隧道和地下工程的發(fā)展，人們從支撐和襯砌的變形、開裂和破壞現(xiàn)象，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到圍巖壓力的存在。層狀巖層的層厚劃分為：厚層：； 中層：～； 薄層：。不同階段的地質(zhì)勘察、試驗(yàn)研究、。但分級(jí)指標(biāo)以定性描述為主，帶有很大的人為因素。如1979年前后日本提出的按圍巖彈性波速度進(jìn)行分級(jí)方法、巖芯復(fù)原率分級(jí)法等，屬于這一范疇。國內(nèi)外隧道圍巖分級(jí)的方法較多，所采用的指標(biāo)也不同，但都是在隧道工程的實(shí)踐基礎(chǔ)上逐步建立起來的，隨著人們對(duì)隧道工程、地質(zhì)環(huán)境之間相互關(guān)系的認(rèn)識(shí)和理解，其圍巖分級(jí)方法也在逐步深化和提高。以上六個(gè)參數(shù)的詳細(xì)說明和取值標(biāo)準(zhǔn)可參考有關(guān)專著。單一綜合巖性指標(biāo)一般與地質(zhì)勘察技術(shù)的水平有關(guān)，因此，其應(yīng)用受到一定的限制。所謂巖石質(zhì)量指標(biāo)是指鉆探時(shí)巖心復(fù)原率，或稱為巖芯采取率。圍巖分級(jí)的指標(biāo)，主要考慮影響圍巖穩(wěn)定性的因素或其組合的因素，大體有以下幾種：1．單一的巖性指標(biāo)一般有巖石的抗壓和抗拉強(qiáng)度、彈性模量等物理力學(xué)參數(shù)；巖石的抗鉆性、抗爆性等工程指標(biāo)。 借用蘇聯(lián)的巖石堅(jiān)固系數(shù)進(jìn)行分類，即通常所謂的普氏系數(shù)（f值）。第5章 隧道圍巖分級(jí)與圍巖壓力隧道工程所賦存的地質(zhì)環(huán)境的內(nèi)涵很廣，包括地層特征、地下水狀況、開挖隧道前就存在于地層中的原始地應(yīng)力狀態(tài)、地溫梯度等。在長(zhǎng)期大量的地下工程實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)：這種單純以巖石堅(jiān)固性（主要是強(qiáng)度）指標(biāo)為基礎(chǔ)的分類方法，不能全面反映隧道圍巖的實(shí)際狀態(tài)。在一些特定的分級(jí)中，如確定鉆眼功效、炸藥消耗量等，土石方工程中劃分巖石的軟硬、開挖的難易，均可采用巖石的單一巖性指標(biāo)進(jìn)行分級(jí)。鉆探時(shí)巖芯的采取率、巖芯的平均和最大長(zhǎng)度是受巖體原始的裂隙、硬度、均質(zhì)性的影響的，巖體質(zhì)量的好壞主要取決于巖芯采取長(zhǎng)度小于10cm以下的細(xì)小巖塊所占的比例。3．復(fù)合指標(biāo)是一種用兩個(gè)或兩個(gè)以上的巖性指標(biāo)或綜合巖性指標(biāo)所表示的復(fù)合性指標(biāo)。這六個(gè)地質(zhì)參數(shù)表達(dá)了巖體的巖塊大?。≧QD/Jh）、巖塊的抗剪強(qiáng)度（Jr/Ja）、作用應(yīng)力（Jw/SRF）。發(fā)展過程大體有以下幾類型： 1．按巖石強(qiáng)度為單一巖性指標(biāo)的分級(jí)法，具有代表意義的是我國工程界廣泛采用的巖石堅(jiān)固系數(shù)“f ”值分級(jí)法。這類方法的優(yōu)點(diǎn)是分級(jí)指標(biāo)大體上是半定量的，同時(shí)考慮了多種因素的影響；其點(diǎn)是分級(jí)的判斷還帶有一定的主觀性，如彈性波速度低，可能是有巖體完整，但巖質(zhì)松軟；地質(zhì)堅(jiān)硬，但比較破碎；地形上局部高低相差懸殊等幾種原因引起的，就彈性波速度這一個(gè)指標(biāo)，就很難客觀地下出正確的結(jié)論。 根據(jù)上述介紹可知，隧道圍巖分類方法有簡(jiǎn)有繁，并無統(tǒng)一格式。 工程各階段圍巖分級(jí)系統(tǒng)框圖經(jīng)過長(zhǎng)期的隧道工程實(shí)踐，我國公路隧道以鐵路隧道圍巖分級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，參考了國內(nèi)外有關(guān)圍巖分級(jí)的成果，提出了適合我國公路隧道實(shí)情的圍巖分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，下面介紹圍巖分級(jí)的出發(fā)點(diǎn)和依據(jù)。公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范中，還提出按巖石質(zhì)量指標(biāo)（RQD）、巖體彈性波縱波速度Vp、巖體完整性系數(shù)I的圍巖分級(jí)，可供學(xué)習(xí)的參考。在穩(wěn)定的地層中開挖坑道，由于圍巖在爆破后發(fā)生松動(dòng)以及暴露后受到風(fēng)化，個(gè)別落石現(xiàn)象也不可避免。巖體的初應(yīng)力狀態(tài)與施工引起的附加應(yīng)力狀態(tài)是不同的，它對(duì)坑道開挖后圍巖的應(yīng)力分布、變形和破壞有著極其重要的影響。 1．自重應(yīng)力場(chǎng)我們研究具有水平成層。水平應(yīng)力通常是小于垂直應(yīng)力的。地質(zhì)學(xué)家認(rèn)為：地層各處發(fā)生的一切構(gòu)造變形與破裂都是地應(yīng)力作用的結(jié)果，因而地質(zhì)力學(xué)就把構(gòu)造體系和構(gòu)造形式在形成過程中的應(yīng)力狀態(tài)稱為構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)。因此，在理論分析中，常把初始應(yīng)力場(chǎng)按靜水應(yīng)力場(chǎng)來處理。 III區(qū)域?yàn)樵紤?yīng)為區(qū)，距離隧道較遠(yuǎn)的巖體未受到開挖的影響，仍處于原始的應(yīng)力狀態(tài)。圍巖壓力的確定目前常用有下列三種方法：1．直接量測(cè)法； 是一種切合實(shí)際的方法，對(duì)隧道工程而言，也是研究發(fā)展的方向；但由于受量測(cè)設(shè)備和技術(shù)水平的制約，目前還不能普遍常用。圍巖豎向勻布?jí)毫按下式計(jì)算： q = 26sγω (kN/m2) ()式中 S— 圍巖級(jí)別，如屬II級(jí)，則S＝2； γ— 圍巖容重， (kN/m2)； ω＝1+ i(B5) — 寬度影響系數(shù)； B— 隧道寬度，（m）；i— 以B＝5m為基準(zhǔn)，B每增減1m時(shí)的圍巖壓力增減率。另外，還應(yīng)考慮圍巖水平壓力分布情況。 由正弦定律可得 T = ｛sin(β+ Φ)/sin[900(βΦ+θ)]｝W1 ()將式（）代入可得 T ＝ 1/2 γh2 λ/cosθ ()λ = (tgβtgΦ)/｛tgβ[1+tgβ(tgΦtgθ)+tgΦtgθ]｝ () tgβ = tgΦ+｛(tg2Φ+1)tgΦ/(tgΦtgθ)｝1/2 ()式中λ一側(cè)壓力系數(shù)。側(cè)壓力視為勻布時(shí)，側(cè)壓力為 e = 1/2 (e1+ e2) ()（三）圍巖應(yīng)力的現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)前述的圍巖應(yīng)力的計(jì)算理論，都是以一定的工程實(shí)踐為基礎(chǔ)的。液壓式壓力盒的優(yōu)缺點(diǎn)與機(jī)械式相似。圍巖壓力的實(shí)測(cè)一般都要與圍巖物理力學(xué)性質(zhì)的試驗(yàn)、圍巖的變形量測(cè)、圍巖的初始應(yīng)力量測(cè)等相配合。處于原始狀態(tài)的巖土體，在長(zhǎng)期的地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的作用下，產(chǎn)生各種結(jié)構(gòu)面、形變、錯(cuò)動(dòng)、斷裂等使其破碎，在不同程度上喪失了其原有的完整狀態(tài)。按結(jié)構(gòu)面切割的巖塊大小。在巖體結(jié)構(gòu)狀態(tài)成為控制圍巖穩(wěn)定的主要因素時(shí)，強(qiáng)調(diào)巖石強(qiáng)度意義是不大的。 在圍巖分級(jí)中，巖石的堅(jiān)固性或強(qiáng)度都是以巖石的單軸飽和極限抗壓強(qiáng)度為基準(zhǔn)，這是因?yàn)樗脑囼?yàn)方法簡(jiǎn)便，數(shù)據(jù)分散性小，且與其它物性指標(biāo)有著良好的互換性。在同級(jí)圍巖中，遇水后則適當(dāng)降低圍巖級(jí)別。 人為的因素也是造成隧道喪失穩(wěn)定的重要條件，其中隧道的形狀和尺寸，尤其是跨度影響較為顯著。其中比較重要的是隧道開挖后，圍巖在無支護(hù)條件下的允許暴露時(shí)間及無支護(hù)地段的長(zhǎng)度，也就是圍巖的自穩(wěn)時(shí)間，因此，有的圍巖分級(jí)就是以這個(gè)時(shí)間進(jìn)行分級(jí)的。隧道穩(wěn)定性的分類對(duì)選擇和確立圍巖的分級(jí)指標(biāo)有直接意義。因此，在高應(yīng)力場(chǎng)或極高應(yīng)力場(chǎng)的條件下，圍巖級(jí)別應(yīng)適當(dāng)降低。例如，當(dāng)相對(duì)裂隙間距大于1／5時(shí)，即可認(rèn)為巖體是完整的；在1／5—1／20范圍內(nèi)，巖體則處于不同的破碎狀態(tài)；而小于1／20，則可視為極度破碎的。但多數(shù)分級(jí)是沒有反應(yīng)初應(yīng)力的影響。在不同的圍巖中水的影響是不相同的，一般有下列幾種情況： a．使巖質(zhì)軟化，強(qiáng)度降低，對(duì)軟巖尤為明顯，對(duì)土體則可促使其液化或流動(dòng)； b．在有軟弱結(jié)構(gòu)面的圍巖中，會(huì)沖走充填物或使夾層液化，減少層間摩阻力促使巖塊滑動(dòng)； c．在某些圍巖中，如石膏、巖鹽和蒙脫石為主的粘土巖中，遇水后產(chǎn)生膨脹，在未膠結(jié)或弱膠結(jié)的砂巖中可產(chǎn)生流砂和潛蝕。在這種情況下進(jìn)行理論分析也是以巖石強(qiáng)度為依據(jù)。是影響圍巖分級(jí)的重要因素。前者一般是