隧道围岩分级与围岩

本章导读

瞯基本要求：了解隧道围岩分级的指标和影响围岩稳定性的因素，熟悉不同围岩分级的方法，掌握围岩压力的概念及其计算方法，以及不同条件下松动围岩压力的确定方法。

瞯重点：隧道围岩分级指标，隧道围岩分级方法，隧道围岩压力的计算方法，不同条件下松动围岩压力的确定和影响围岩稳定性的因素。

瞯难点：如何准确划分围岩等级，如何确定作用在支护结构上的围岩压力。

隧道作为土木工程的一种结构体系，与建筑在地面的结构有着明显的差异，主要表现在存在的环境和力学作用机理等方面。地面结构体系一般都是由结构和地基所组成，地基在结构底部起约束作用，除了自重外，荷载都是来自外部，如人群、货物、设备、水力等，受力、约束和自由度是明确的。而地下结构体系则是由周边围岩和支护结构所共同组成并相互作用的结构体系，其中以围岩（地层）为主，也就是说，周边围岩在很大程度上是地下结构承载的主体，支护仅用来约束地层，不使它产生过大的变形而破坏、坍塌。在地层稳固的情况下，体系中甚至可以不设支护结构而只留下地层，如我国陕北的黄土窑洞。地下结构所承受的荷载主要是结构体系的本身———地层，称之为地层压力或围岩压力。由此可知，在地下结构体系中，地层既是承载结构的基本组成部分，又是造成荷载的主要来源，这种合二为一的作用机理与地面结构是完全不同的，即地下结构＝支护＋围岩，其受力、约束和自由度在结构体系不同的作用状态是不同的。可见在隧道工程这样的地下结构中，围岩（地层）起着主要作用。隧道工程的建设，包括开挖方法、支护形式、衬砌结构类型、隧道位置、施工管理及能否顺利地建成、工期长短、投资多少、使用中是否会出现问题等，都与隧道所在区域的围岩（地层）条件，也就是围岩的工程性质息息相关。

隧道所穿过的地层是千变方化的，可能遇到各种各样的地质现象，工程性质也会有所不同。隧道围岩分级是评价隧道围岩稳定性的重要参数，也是隧道支护方案设计和施工工艺确定的主要依据。分级的正确与否直接影响着隧道施工和运营安全，因此，正确划分隧道围岩分级就显得尤为重要。

在围岩分级确定的情况下，如何确定作用在支护结构上的作用力（即围岩压力）就成为正确、合理设计隧道结构的关键。从广义的角度来理解，围岩压力既包括围岩有支护的情况，也包括围岩无支护的情况；既包括作用在普通的传统支护（如架设的支撑或施作的衬砌上所显示的力学性态），也包括在锚喷和压力灌浆等现代支护的方法中所显示的力学性态。