针对围岩分级的探讨

针对围岩分级的探讨

王潮鑫

（重庆交通大学 土木工程学院，重庆 400074）

摘要：在隧道工程的建设周期中，地质勘查工作扮演着重要的角色。地质勘查工作应当尽可能客观且全面的反应出隧道周围的地质情况。其中围岩等级的判定在地质勘查工作中的占比较大，不合理的围岩等级对于隧道建设的安全影响较大。本文介绍了常规且经典的围岩等级判定方法，同时也指出了围岩亚分级的方法及其可靠度分析，结果表明，围岩亚级分级方法准确性较高，对工程具有一定的指导意义。

关键字：围岩分级；公路隧道工程；可靠度；

1 引言

目前，根据相关规范划分标准，围岩划分为6个级别，岩质围岩主要分布在Ⅰ~Ⅴ级之间，Ⅲ~Ⅵ级围岩一般为土质围岩。常用的围岩分类方法：普氏分类法、RQD分类法等。但这些方法对围岩分级的跨度较大，在实际的工程中应用中可能会出现一定的误差，导致围岩等级的误判，从而影响后面的设计、施工等。所以一个准确、合理的围岩亚分级方法有待提出。

2 经典的围岩分级方法

隧道工程在建设主要分为勘察、设计、施工、运营和养护这几个阶段。而勘察中的围岩等级分类又占有相当多的比重。正确合理的围岩分级对于后续工作的推进尤为重要。下面介绍了目前常用的一些围岩分级方法。

2.1 普氏分级法

普氏分级法又被称为岩石坚固系数“f”值分级法，其核心在于将围岩的坚固性分为了10级，等级越高的岩石越破碎。同时也存在着一定的缺点。第一是坚固性很好的反应了岩石的一些力学特性，比如说稳定性、爆破性等等，但是有的时候这些性能也不完全一致，这存在着一定的不确定性因素。第二，普氏法所采用的方法是实验法替代现场的实测的方法。当外部的初始应力场发生改变时，那么就没有办法进行相应的调整。这就使得围岩等级的判定存在着很大的误差。

2.2 Karl Terzaghi分级法

Karl Terzaghi分级法在普氏的基础上又考虑了地质构造运动的影响，同时还考虑了风化效应和地下水等多种因素的影响，相较于普氏分类法更全面的反应了围岩的具体情况，同时对于相应的围岩等级还提出了相应的支护参数和施工的方法。但是这种围岩分级方法仍具有一定的缺陷，该方法采用定性法对围岩进行判断，没有进行定量分析。

2.3 地质勘察结合法

日本学者提出了与地质勘查结合的方法，弹性波分级法、岩芯复原率分级法等。弹性波分级法，利用弹性波在岩石中的传播速度的变化值来反应岩石的破碎程度、力学性质和岩体的软硬程度，一般用岩体完整性系数Kv进行表示。Kv值为岩体弹性纵波速度Vpm除以在同一岩体取样测定岩石纵波速度Vpr的结果的二次方来表示。这在定量上反应了围岩的情况，同时也对于隧道开挖前方的岩石有了一定的预测作用。岩芯复原率分级法指的是在单位钻孔长度中10cm以上岩芯累计长度所占的比例，即为RQD。同时还给定了对应区间的岩石完整性指标。其优势类似与弹性波分级法，此处不再赘述。但是这两种方法也存在着一定的缺陷，即在对围岩等级判定时存在一定的主观性，同时对于围岩等级判定时跨度较大，可能会存在着一定的误判。

3 围岩亚级分级建议方法

上一节所介绍的围岩分级方法是目前认可度较高。在对围岩进行判断时都存在着一定的弊端。随着工程项目的建设，这样的弊端得到了进一步的展现。特别是在Ⅲ~Ⅴ级围岩之间，由于这几个围岩级别的跨度较大，所以在进行围岩等级判定时，很可能上会出现判断不准的情况。所以很多的学者针对出现的问题提出了一些围岩亚级分级的方法。

3.1 围岩亚级分级理论汇总

对于围岩分级参考标准，有学者制定的方案考虑的因素是围岩的自稳能力。为确定围岩稳定性，确定了两个前提，即将洞室尺寸和形状相对固定。在满足基本假设后，围岩稳定性可以确定为4个等级，分别是长期稳定、基本稳定、暂时稳定和不稳定。同时在围岩的自稳能力做了一些假定，将围岩分为岩质围岩和土质围岩，分别进行相关的自稳能力分析。在完成了相关的自稳能力分析后，将结果进行一定的参数组合来反应出围岩的真实情况。该研究采取的是离散元的分析方法，通过数值模拟来得到结论，然后通过模型试验进一步验证，最后建立亚级分级的统一标准。

有学者在建立亚级分级标准时考虑了不同因素，他通过对国内外的规范和文献进行了比较和统计表明，对围岩影响因素频率最高的分别是岩石强度、岩体完整程度、地下水以及结构面。该研究作了各母体的方差都相等的假定。该研究提出了四个步骤确定分级模型，具体步骤如下：(1) 确定围岩亚级分级的项目和类目。(2) 求解判别系数，确定线性判别函数。(3) 确定亚级分级判据。(4) 确定基于数量化理论的亚级分级模型。研究的理论基础依据是数量化理论，建立线性判别函数的时候采用了550个亚级分级的样本作为分级的标准样本。在基本假定的基础上，将相邻两个母体均值的平均值作为判定的依据。根据所求得的判断依据，得到了分级的模型。该文再另选取实际工程中的40个标准亚级分级样本，利用建立的亚级分级模型进行亚级判别，检验本模型的准确性与合理性。最后分级的模型准确率达到了87.5%。所采用的样本数为550，可见该模型的准确率还是挺高的，如果样本的数量更多的话，那么判定的准确性还会进一步的提升。

3.2 围岩亚级分级可靠度分析

上面的一些研究都是通过侧重不同的因素来对围岩进行亚级分级，能得到一定的成果，对于实际的工程也具有一定的指导作用。但是具体的可靠度还有待商榷。有的学者提出了对于围岩亚级分级的可靠度研究。通过考虑对围岩产生影响的因素，将这些影响因素通过一个函数建立关系。由影响因素和极限状态将函数分为三种状态，即可靠状态、极限状态和失效状态。接着建立起可靠概率和失效概率，将围岩分级问题转变为围岩属于某一级别的概率论问题。

在理论建立之后，通过某隧道为基础，从分验证了其建立的这一套理论体系。最终得到的结果和实际的围岩情况十分吻合，利用计算可靠概率，在后期的对于设计工法的变更与否具有极大的指导意义。通过岩体属性等因素在概率函数中所占比例来确定围岩分级的概率分布函数。这在一定程度上提高了计算结果的准确性。这种可靠性指标可以对隧道在施工过程中对围岩情况变化进行定量的评定。同时可以对渐变的围岩进行一定的动态评估，更有利于后期施工手段的变更，也更加的节约资源和减少施工中危险情况的发生。

4 结论

常规的围岩分级方法跨度太大，在实际工程中存在这一定的弊端。围岩亚级分级在一定程度上解决了这样的缺陷，同时围岩亚级分级模型的准确性也较高，符合工程要求，但该理论的适用性还需要经历更多工程的检验。

参考文献

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【作者简介】王潮鑫(1997-)，男，四川遂宁人，硕士研究生，从事岩土及隧道工程方向研究。