隧道施工知識要點總結(jié)上冊

第一部分概述

1?隧道施工的技術(shù)特性

地下結(jié)構(gòu)物是多種多樣的，構(gòu)筑地下結(jié)構(gòu)物的施工技術(shù)也是多種多樣的。這些施工

技術(shù)的形成和發(fā)展是與地下結(jié)構(gòu)物的施工特性有關(guān).因此，首先要充分了解地下施工的

基本特性。

概括地說，地下施工具有以下特性。

?隱蔽性大：

?作業(yè)的循環(huán)性強；

?作業(yè)空間有限；

?作業(yè)的綜合性；

?施工是動態(tài)的，施工過程的力學動態(tài)是變化的，圍巖的物理力學性質(zhì)也是變化

的；

?作業(yè)環(huán)境惡劣；

?作業(yè)的風險性大。

各種施工技術(shù)必須考慮這些特性，才能夠發(fā)揮其作用。

地下結(jié)構(gòu)物竣工后，我們只能看到外觀的面貌，而其內(nèi)部及結(jié)構(gòu)物背后的狀態(tài)是隱

蔽的。嚴格意義上說，地下工程就是一個隱蔽工程。我們要求結(jié)構(gòu)物做到“內(nèi)實外

美”，就是說，要把隱蔽的工程做到實處，不留后患。

一般的地下結(jié)構(gòu)物都是縱長的，施工是嚴格地按照一定的順序循環(huán)作業(yè)的。如開挖

就是按照“鉆孔一裝藥一爆破一通風一出磴”的循環(huán)，一步一步地循環(huán)開挖，直到最后

隧道貫通。這種循環(huán)性是地下施工最具特色的一點。也是我們組織施工的基本原則。

地下結(jié)構(gòu)物通常都是在地下一定深度修筑的。結(jié)構(gòu)物的尺寸就受到極大限制，這也

就決定了施工空間的尺寸和形狀。在有限的空間內(nèi)進行施工，投入的人力和機械，都不

能夠“暢所欲為”，都要考慮有限空間這個特點。因此像地面工程使用的大型機械，是

很難在地下工程中發(fā)揮其作用的，必須采用適合地下工程有限空間的施工機械和施工方

法。

地下施工是由多種作業(yè)構(gòu)成，開挖、支護、出麓運輸、通風及除塵、防水及排水、

供電、供風、供水等作業(yè)，缺一不可。每一項作業(yè)搞得不好都會影響全局。因此，地下

施工的綜合性很強。這就要求我們必須有良好的施工管理和施工組織的經(jīng)驗，才能使工

程有序地快速進展。

地下結(jié)構(gòu)的力學動態(tài)是極為復雜的，其復雜程度直到目前，還有許多不清楚的地

方。我們只能在修筑地下結(jié)構(gòu)物的整個過程中，逐漸地去認識和理解它的力學狀態(tài)的變

化，并通過各種手段極力控制和調(diào)整結(jié)構(gòu)的力學狀態(tài)變化。施工過程，從力學角度看，

就是控制和調(diào)整這個力學狀態(tài)變化的過程。施工技術(shù)也就是控制和調(diào)整這個力學狀態(tài)的

手段和方法。理解這一點是極為重要的。

地下施工的作業(yè)環(huán)境，比較差，黑暗、潮濕、粉塵多，在惡劣的地質(zhì)條件下，還有

安全的問題。因此，如何創(chuàng)造一個安全、舒適和工廠化的作業(yè)環(huán)境，就成為地下施工技

術(shù)要解決的重要課題。

最后，風險性與隱蔽性是關(guān)聯(lián)的，施工人員必須經(jīng)常關(guān)注隧道施工的風險性。特別

是在不良地質(zhì)條件下，更要有風險意識和應(yīng)變意識。

目前，在地下工程，也包括隧道施工中出現(xiàn)的問題，許多是由于對上述的地下施工

特性認識不充分或沒有認識所造成的。因此，提高對地下施工特性的認識是十分必要

的。

2?隧道施工的現(xiàn)狀與問題

改革開放以來，我國鐵路、公路、水電站等山嶺隧道工程的發(fā)展又進入了一個新的

時期。到2000年我國已有公路隧道1684座，總長達628km,到1998年底鐵路運營隧道約

5336座，總長達2565km。這不僅表現(xiàn)在隧道數(shù)量的增加，也表現(xiàn)在隧道長度上有所突

破，如長度超過12km的長梁山隧道、西安一安康線上的長18.6km的秦嶺隧道、正在修建

的長達18km的終南山公路隧道，以及小浪底水電工程中的地下群體的修建，另一項突破

表現(xiàn)在施工技術(shù)上，如秦嶺的1線隧道是采用直徑8.8m的全斷面掘進機（TBM）修建

的，這標志著我國鐵路隧道施工技術(shù)的進步和成熟。在鐵路隧道中，已不再單純地依靠

鉆爆法修建隧道，也采用非鉆爆的機械開挖法進行隧道的修建。正在修建和預(yù)計修建的

長度超過4km以上的公路隧道，包括大斷面（3車道或4車道、雙聯(lián)拱隧道等）的公路

隧道也不斷出現(xiàn)。特別是在加強鐵路、公路建設(shè)的新高潮中，不同長度、不同類型的山

嶺隧道大量涌現(xiàn)。因此，隧道技術(shù)的發(fā)展，面臨一個新的機遇和挑戰(zhàn)。從目前的工程實

際出發(fā)，在今后很長一段時期內(nèi)，礦山法仍然是修建山嶺隧道的主流方法，是其他方法

不可能代替的。因此，改造和完善礦山法及其相關(guān)施工技術(shù)，仍然是刻不容緩的，必須

及時總結(jié)經(jīng)驗、適應(yīng)形勢發(fā)要求、不斷提高山嶺隧道礦山法的施工技術(shù)水平。

在隧道施工中最重要的是選擇合理的施工方法。在長期的工程實踐中，我國已經(jīng)積

累了相當豐富的經(jīng)驗和理論，逐漸形成了具有中國特色的隧道施工方法體系。

隧道施工過程和方法是多種多樣的，目前在我們經(jīng)常采用的礦山法中大致有全斷面

法、臺階法和分部開挖法三大類。

在當前的施工實踐中，采用最多的方法是臺階法，其次是全斷面法。在大斷面隧道

中，單側(cè)壁導坑（中隔壁法）和雙側(cè)壁導坑（眼鏡法）采用較多。由于施工機械的開發(fā)

和輔助工法的采用，施工方法有向更多地采用全斷面法，特別是全斷面法與短臺階法結(jié)

合的發(fā)展趨勢。也就是說，施工方法有向全地質(zhì)型方法轉(zhuǎn)變的趨勢。因此，目前選擇施

工方法，并不完全決定于地質(zhì)條件。地質(zhì)條件僅僅是選擇施工方法的一個因素，而更強

調(diào)的是：施工方法必須符合快速、安全、質(zhì)量及環(huán)境的要求.其中環(huán)境因素有時成為選

擇施工方法的決定性因素。

因此，選擇施工方法時須考慮的基本因素大體上可歸納為：

1施工條件：實踐證實，施工條件是決定施工方法的最基本的因素，它包括一個

施工隊伍所具備的施工能力、素質(zhì)以及管理水平。目前我國隧道施工隊伍的素質(zhì)和施工

裝備水平，有高有低，參差不齊，因此，在選擇施工方法時，不能不考慮這個因素的影

響。

2圍巖條件：也就是地質(zhì)條件，其中包括圍巖級別、地下水及不良地質(zhì)現(xiàn)象等，圍巖級

別是對圍巖工程性質(zhì)的綜合判定，對施工方法的選擇起著重要的甚至決定性的作用。從

施工技術(shù)的發(fā)展趨勢看，地質(zhì)條件雖然是重要的，但基本施工方法的變化卻不顯著，例

如全斷面法和超短臺階法的結(jié)合以及全地質(zhì)型掘進機及自由斷面掘進機等的開發(fā)都說明

了這一點。

3隧道斷面積：隧道尺寸和形狀，對施工方法選擇也有一定的影響。目前隧道斷面有向

大斷面方向發(fā)展的趨勢，如公路隧道已開始修建3車道甚至4車道的大斷面，水電工程

中的大斷面洞室，更是屢見不鮮。在這種情況下，施工方法必須適應(yīng)其發(fā)展。在單線和

雙線的鐵路隧道、雙車道公路隧道中，越來越多地采用了全斷面法及臺階法；而在更大

斷面的隧道工程中，先采用各種方法先修小斷面的導坑，再擴大形成全斷面的施工方法

極為盛行。

4埋深：隧道埋深與圍巖的初始應(yīng)力場及多種因素有關(guān)，通常將埋深分為淺埋和深埋兩

類，有時將淺埋又分為超淺埋和淺埋兩類。在同樣地質(zhì)條件下，由于埋深的不同，施工

方法也將有很大差異。

5工期：作為設(shè)計條件之一的施工工期，在一定程度上會影響基本施工方法的選擇。因

為工期決定了在均衡生產(chǎn)的條件下，對開挖、運輸?shù)染C合生產(chǎn)能力的基本要求，即對施

工均衡速度、機械化水平和管理模式的要求。

6環(huán)境條件等：當隧道施工對周圍環(huán)境產(chǎn)生爆破振動、地表下沉、噪聲、地下水條件的

變化等不良影響時，環(huán)境條件也應(yīng)成為選擇隧道施工方法的重要因素之一，在城市條件

下，甚至會成為選擇施工方法的決定性的因素。

在施工方法中應(yīng)該澄清一個問題。就是對新奧法的認識問題。目前大家對新奧法的

認識并不完全一致，有的認為它是一種施工方法，有的認為它是一種概念、理念或原

則。我認為這種爭論是沒有什么實質(zhì)性的意義的。地下工程的修建已經(jīng)有了很長的歷

史，我們積累的經(jīng)驗和教訓是十分豐富的，象日本的“隧道十訓”、奧地利的“22點原

理”我國的“十六字經(jīng)”等等，而且出現(xiàn)了許多以“國”命名的方法，如英國法、法國

法以及德國法、比利時法以及近期出現(xiàn)的挪威法等等。這些方法雖然是以當時的技術(shù)條

件和技術(shù)理論形成的，但它也同樣體現(xiàn)了隧道施工的基本原則。如，充分利用圍巖的自

支護能力、支護要及時等。

大家知道，暗挖法是針對明挖法而言的。礦山法則是暗挖法中的一種方法，而新奧

法則是礦山法中的一種方法。因此，從嚴格的意義上說，新奧法，與過去所謂的上下導

坑法、漏斗棚架法等是雷同的方法。但它是以新發(fā)展的施工技術(shù)（噴混凝土、錨桿等）

為依托的方法。這也是新奧法命名的基本原因，別無其他。正像挪威法是以鋼纖維噴混

凝土作為永久支護為依托的方法一樣。

在長期的工程實踐中，不管是哪種方法，都必須正確地堅持隧道施工的基本原則。

這些原則是在長期的施工實踐中積累起來的經(jīng)驗、教訓的結(jié)晶，而且也是得到理論研究

所證實的。

歸納起來，施工中，不管采用哪種方法，都必須遵循的基本技術(shù)原則是：

1）因為圍巖是隧道的主要承載單元，所以在施工中充分保護和愛護圍巖，避免過

度破壞和損傷遺留圍巖的強度，使暴露的圍巖盡量保留既有的質(zhì)量，是最重要最基本的

原則。這在任何施工方法中都是一樣的。像古老的黃土窯洞、無襯砌的巖石洞室等的修

建就完全遵守了這個原則。

2）為了充分發(fā)揮圍巖的結(jié)構(gòu)作用，應(yīng)容許圍巖有控制的變形，一方面容許變形達

到不在圍巖中形成松弛的量級，一方面必須限制它，使圍巖不會過度松弛而喪失或大大

降低承載能力；而在淺埋或地表下沉受到控制的條件下，及時控制變形和松弛及其發(fā)展

是異常重要的。

3）變形的控制主要是通過支護阻力（即各種支護結(jié)構(gòu)）的效應(yīng)達到的。因此，在

施工中必須合理地決定：支護結(jié)構(gòu)的類型、支護結(jié)構(gòu)參與工作的時間、各種支護手段的

相互配合、斷面封閉時間、一次掘進長度等。

4）在施工中，必須進行實地量測監(jiān)控，及時提出可靠的、足夠數(shù)量的量測信息，

以指導施工和設(shè)計。有人認為，量測是“新奧法”的重要組成部分，實際上，在新奧法

之前，量測監(jiān)控的技術(shù)早已存在，例如，量測木支撐的橫梁彎曲（撓度），用錘擊法判

定支柱的受力狀況等。即使從今天的眼光看，這些技術(shù)仍然有其實用價值。

5）在選擇支護手段時，一般應(yīng)選擇能大面積的、牢固的與圍巖緊密接觸的、能及

時施設(shè)和應(yīng)變能力強的支護手段。因此，多采用噴混凝土、并與錨桿、金屬網(wǎng)聯(lián)合使

用，有時也要與鋼支撐或格柵等配合使用；臨時仰拱也是重要的、不容忽視的支護手

段。

6）要特別注意，隧道施工過程是圍巖力學狀態(tài)不斷變化的過程。減少分部，也就

有可能減少因分部過多而引起的圍巖內(nèi)的應(yīng)力變化和圍巖的松弛，因此，在有可能的條

件下，應(yīng)盡量采用全斷面或大斷面分部的開挖方法。

7）在任何情況下，使隧道斷面能在較短時間內(nèi)閉合是極為重要的，在巖石隧道

中，因圍巖的結(jié)構(gòu)作用，能夠“自封閉”。而在軟弱圍巖中，則必須改變“重視上部、

忽視底部”的觀點，應(yīng)盡量采用能先修筑仰拱（或臨時仰拱）或底板的施工方法，使斷

面及早封閉。

8）為保證二次襯砌的質(zhì)量和整體性，在任何情況下，都應(yīng)采用先墻后拱的施工順

序。

9）在隧道施工過程中，必須建立設(shè)計一施工檢驗一地質(zhì)預(yù)測一量測反饋一修正設(shè)計的

一體化的設(shè)計施工管理系統(tǒng)，以不斷地提高和完善隧道施工技術(shù)。

在實際的施工過程中，這些原則也不是一成不變的，應(yīng)該結(jié)合實際情況進行完善和

提高。

我國近3000km的鐵路隧道和近700km的公路隧道，基本上是采用礦山法修筑的，目

前出現(xiàn)的主要問題集中在以下幾個方面：

1.施工階段地質(zhì)判釋的技術(shù)不完善，缺乏有效的判釋方法和手段；

2.隧道施工方法，特別是軟弱破碎圍巖的施工方法的工廠化程度有待提高；

3.在施工中沒有牢固樹立“保護圍巖、愛護圍巖”的觀點和理念；不能有效地控

制對遺留圍巖的損傷和松弛；

4.“重外美、輕內(nèi)實”，結(jié)構(gòu)存在隱患；如：襯砌背后充填不密實，甚至留有空

洞；襯砌厚度不足，有的嚴重不足；襯砌初期開裂普遍存在；基底處理不徹底，運營不

久出現(xiàn)翻漿冒泥現(xiàn)象等；

5.地下水處理始終是薄弱環(huán)節(jié)，防水工程質(zhì)量欠佳，滲水、漏水現(xiàn)象時有發(fā)生；

6.環(huán)境意識薄弱，洞內(nèi)施工作業(yè)環(huán)境欠佳，減少對周邊環(huán)境和結(jié)構(gòu)物影響的措施

不力；

7.施工階段的工程質(zhì)量的檢測體制不完善，更為重要的是缺乏有效的檢測手段和

方法；

8?應(yīng)變能力不強，一旦出現(xiàn)施工災(zāi)害，有時束手無策；

9-沒有真正地實現(xiàn)動態(tài)施工和管理。

實質(zhì)上，這幾點也就是衡量我們隧道施工水平的重要標志。我國與一些發(fā)達國家相

比，在技術(shù)上的差距，也就在于此。

出現(xiàn)這些問題主要與施工技術(shù)和施工管理有關(guān)。當然隧道工程中存在的問題是多

方面的，有設(shè)計、施工方面的，也有業(yè)主、監(jiān)理方面的；有深層次上的問題，也有面上

的問題。但總的來看，施工技術(shù)和嚴格的施工管理是關(guān)鍵。

3?隧道施工的基本理念

根據(jù)作者的體會，針對目前存在的問題，隧道施工的要點，歸納起來就是四句話：

“愛護圍巖”、“內(nèi)實外美”、“重視環(huán)境”和“動態(tài)施工”。這也就是隧道施工的四

大理念。

所謂“愛護圍巖”有兩層含義，一層含義是不損傷或少損傷遺留圍巖的固有支護能

力，這可以通過采用機械開挖技術(shù)和控制爆破技術(shù)預(yù)以解決。一層含義是通過各種手段

和方法，如采用支護技術(shù)、加固或預(yù)加固技術(shù)以及各種輔助施工技術(shù)等增強圍巖的自支

護能力。這些技術(shù)形成了隧道施工的核心技術(shù)。

所謂“內(nèi)實外美”，關(guān)鍵是內(nèi)實。而內(nèi)實的關(guān)鍵就是要最到“四密實”，即混凝土

密實、噴混凝土密實、噴混凝土與圍巖密實（貼）、二次襯砌與初期支護密實（貼）。

這牽涉到混凝土、噴混凝土、回填、支護接觸等技術(shù)。

所謂“重視環(huán)境”，也有兩層含義，一層含義是指內(nèi)部環(huán)境，即施工作業(yè)環(huán)境；一

層是對外部環(huán)境，即對周邊環(huán)境的影響。重視環(huán)境是時代的要求，許多環(huán)境技術(shù)都是因

時代的變遷而得到發(fā)展，許多基準都是因環(huán)境的要求而制定。

根據(jù)暴露出來的圍巖狀態(tài)，采取對策，是隧道施工的基本原則。這里所謂“動態(tài)施

工”是指：隧道施工過程中的地質(zhì)條件是不斷變化的；其力學動態(tài)也是不斷變化的，因

此，施工過程就不可能是一成不變的。我們在施工過程中采用的各種施工方法和技術(shù)都

是為了適應(yīng)這種“動態(tài)”變化的。因此，隧道施工的各種決策都要在施工階段的地質(zhì)技

術(shù)、施工階段的量測技術(shù)和施工階段的質(zhì)量控制技術(shù)的基礎(chǔ)上進行管理。這也就是動態(tài)

施工的基本含義。

歸根結(jié)底，一句話，就是必須不斷地提高隧道施工的工廠化技術(shù)和施工管理的水

平。

本施工要點集，就是根據(jù)以上幾方面存在的問題、施工的基本原則和作者的經(jīng)驗，

分析存在問題的原因和提出解決問題的方法和途徑，供現(xiàn)場技術(shù)人員參考。

第二部分施工階段的地質(zhì)判釋技術(shù)

隧道施工人員，在施工中會遇到各種地質(zhì)現(xiàn)象。隧道施工，通俗地說，就是“與山

斗”、“與水斗”、“與地質(zhì)斗”。因此，了解山與水，認識地質(zhì)，就成為隧道技術(shù)人

員的“基本功”。在施工過程中，不可能完全依靠地質(zhì)人員來解決地質(zhì)問題，要把解決

問題的“主動權(quán)”控制在自己手中。前面我們提到，愛護圍巖、保護圍巖是隧道施工的

最重要的原則，而其前提是要充分認識和了解圍巖。因此，如何認識和了解圍巖，也就

成為施工技術(shù)人員的重要而迫切的義務(wù)。

我們的工程技術(shù)人員，由于學校教育的局限性和現(xiàn)場管理體制的不同，最感到欠缺

的是地質(zhì)知識和經(jīng)驗。而隧道和地下工程又正是天天與地質(zhì)環(huán)境打交道的工程。因此，

對工程技術(shù)人員來說，必須加強這方面的鍛煉，在實際工作中，不斷地積累和獲取這方

面的知識，不斷地提高對各種地質(zhì)現(xiàn)象的判釋水平。因此，下面扼要地說明與我們關(guān)系

密切的幾個地質(zhì)問題0

施工要點一施工階段圍巖級別的評定

在施工中，因圍巖級別的變動而變更設(shè)計（支護結(jié)構(gòu)參數(shù)、施工方法等）的情況是

屢見不鮮的。有的隧道，在施工過程中，變更設(shè)計達原設(shè)計的20限50%,不僅延誤了工

期，也提高了施工成本，同時給工程質(zhì)量也造成一定的影響。造成這種現(xiàn)象的原因是多

方面的，但主要是施工前的地質(zhì)工作不到位、缺乏有效的圍巖級別判定的方法，而更為

重要的是：我們對施工中的地質(zhì)工作缺乏足夠地認識，也缺乏有效的判釋方法和手段。

由于隧道的技術(shù)特性，近年來，各國都非常重視施工階段的地質(zhì)工作。因為大家認

識到：只有開挖暴露出來的地質(zhì)狀態(tài)，才能使我們比較客觀、可靠地了解在施工過程中

出現(xiàn)的一些現(xiàn)象和問題，才能使我們采取最符合地質(zhì)狀態(tài)的施工和支護措施。但如何根

據(jù)暴露出來的地質(zhì)狀態(tài)，來評價圍巖的動態(tài)，又成為施工中的關(guān)鍵。

在隧道施工中，根據(jù)施工前階段的調(diào)查進行的設(shè)計，都是屬于預(yù)設(shè)計。其正確性、

與實際的符合程度，都有待施工中的檢驗。因此，在施工過程中，要進行地質(zhì)調(diào)查、掌

子面觀察及量測，對暴露的圍巖進行評價，并將其結(jié)果有效地反饋于下述目的：

?確認和修正圍巖級別并迅速而合理地反映到設(shè)計和施工中；

?確認施工中隧道結(jié)構(gòu)物的穩(wěn)定性，同時，確保施工的經(jīng)濟性；

?積累資料，作為類似條件下隧道施工的的參考。

這就是施工地質(zhì)的任務(wù)和要求。

目前問題的關(guān)鍵是：如何根據(jù)施工中的調(diào)查、觀察及量測等對圍巖進行評價，采用

什么樣的方法，根據(jù)什么樣的準則來進行評價。

施工階段圍巖級別的評定方法，目前主要兩類：一類是根據(jù)開挖暴露出來的掌子面

觀察的方法，一類是根據(jù)量測的方法。目前，國內(nèi)外在隧道及地下工程施工中進行圍巖

評價，主要是根據(jù)掌子面的觀察來進行的。這是比較簡便而現(xiàn)實的方法。量測方法也是

判定圍巖狀態(tài)的好方法，但量測結(jié)果的處理要很長的時間，因而當?shù)刭|(zhì)條件變化激烈時

很難適應(yīng)。此外量測也需要投入大量的儀器和時間，對施工作業(yè)有一定的干擾。地質(zhì)超

前預(yù)報的方法是在必要時采取的方法，沒有普遍性。因此，利用掌子面觀察的方法，就

成為進行圍巖評價的主要方法。作為工程技術(shù)人員應(yīng)該掌握這種方法的實質(zhì)和內(nèi)涵。

洞內(nèi)觀察是為掌握地質(zhì)狀況，確認支護效果及決定支護參數(shù)等而實施的。掌子面

觀察是當新的掌子面出現(xiàn)后首先進行的觀察。要繪制掌子面觀察（素描）圖，進行攝影

等。在施工中應(yīng)充分利用觀察到的資料，及時判釋，來完善支護體系和施工方案。這種

觀察主要通過目視，也可以采用攝影的方法觀察掌子面的地質(zhì)狀態(tài)和地質(zhì)的變化狀況。

觀察中應(yīng)具體地記錄以下各項并描繪掌子面地質(zhì)素描圖。

?地質(zhì)狀況及其分布、性質(zhì)和掌子面自穩(wěn)性；

?圍巖的軟硬、裂隙間距及方向等圍巖狀態(tài)；

?斷層的分布、走向、粘土化程度等；

?涌水地點、涌水量及其狀態(tài)；

?軟弱層的分布。

應(yīng)該說，工程技術(shù)人員，通過學子面地質(zhì)觀察技術(shù)的積累，會不斷地豐富自身的

地質(zhì)知識和經(jīng)驗，從而提高自身的地質(zhì)工作的素質(zhì)。

在掌子面觀察的方法中，一個關(guān)鍵的問題，就是對觀察到的地質(zhì)素材進行分類和分

級。表1是鐵路隧道施工階段的掌子面觀察記錄表。

表1學子面地質(zhì)觀察記錄表

工位置里程評定

程距洞口距離（m）

名

稱

巖巖石粘結(jié)力c=MPa；4）二硬巖

性類型(名中硬巖

指稱)軟巖

標極軟巖土

單軸抗壓極限強度Rb=點荷載強度是=MPa

MPa

變形模量E=GPa泊松比=

天然重度Y=kN/其他

m3

巖地質(zhì)構(gòu)造輕微較嚴重很嚴重完整

體影響程度重

完間距>1.50.6~1.50.2?0.60.06?0.2<0.06較完整

整(m)

狀地延伸極差差中等好極好較破碎

態(tài)質(zhì)件

結(jié)粗糙明顯、臺粗平整光滑平整光滑、有破碎

構(gòu)度階狀糙、擦痕

面波紋松散

狀

張開密部分張張開無充填張粘土充填

性閉開0.5?1.0開>1.0

(mm)<0.10.To.5

風化程度未風微風弱風化強風化劇風化

化化

說明

地滲水量(L<1010?2525~125干燥或濕潤

下/干燥或濕潤偶有滲水經(jīng)常滲水偶有滲水

水min?10經(jīng)常滲水

in)

初埋深H=m極高地應(yīng)力

始地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力狀態(tài)其他高地應(yīng)力

應(yīng)一般地應(yīng)力

力

狀

態(tài)

圍巖VIVIVIII11T

級別

備注

記錄者復核者日期

表2是日本一般使用的學子面觀察的記錄格式。另有表3可資參考。掌子面觀察，

原則上每個學子面記錄一次?；诙磧?nèi)的觀察記錄，利用其平面和縱斷面，立體地表現(xiàn)

掌子面的變化。

表2學子面觀察記錄示例

埋深綜合評價

巖種巖石名稱

形成地質(zhì)年代

特殊條件膨壓、偏壓、淺埋、接近重要結(jié)構(gòu)物、其他

學子面圍巖狀態(tài)和動態(tài)

A掌子面狀態(tài)1?穩(wěn)定2?正面掉塊3?正面擠出4?正面不能自5?其他

穩(wěn)

B毛開挖面的狀態(tài)1?自穩(wěn)2?隨時間松3?自穩(wěn)困4?要超前支護5?其他

弛，有掉塊難、要及時支

護

C抗壓強度MPa1->2002?100-203?20-504?<55?其他

D風化變質(zhì)1,無2?沿裂隙風3?整體風4?土砂狀、粘5?其他

化、強度稍降化、強度相當土狀、破碎

低低

E裂隙間距（m）1?>1.02?1.0-0.23?0.2-0.054?<0.055?其他

F裂隙狀態(tài)1?密集2?部分張開3?開口4?夾有粘土5?其他

G裂隙形態(tài)1?隨2-柱狀3?層狀、片4?土砂狀、細5?其他

機、方形狀片狀

H涌水1?無、2?涌水程度3?集中涌水4?全面涌水5?其他

滲水程度

I水的影響1?無2?產(chǎn)生松弛3?軟化4?崩塌、流出5?其他

表3掌子面觀察結(jié)果示例

開挖地點的圍巖狀態(tài)

A學子面狀態(tài)1?自穩(wěn)2?有掉塊*3?必須留4?需采取

核心大規(guī)模措施

UJ

B石拱腳附1?錘擊反*2?錘擊易3?錘擊易4?不能錘5?土砂狀

石近彈、強烈錘裂開、呈小崩，呈巖片狀擊、用指甲

強擊，沿裂隙片、薄片狀也會崩成巖

度裂開片

掌子面同上同上同1:同上同上

正面

C風化變質(zhì)1?未風*2?沿裂隙3?整體風化4?部分或

化、新鮮、風化整體土砂化

堅硬

D裂隙間距1?>10()2?100-503?50?204?20?5*5*<5

(cm)

E裂隙形態(tài)1?幾乎無*2?隨機的3?有方向性4?土砂

裂隙(層狀、片狀狀、細片狀

等)

F裂隙狀態(tài)*1?密閉2?部分張3?全部張開4?開口處5?夾有大

開有油跡規(guī)模粘土

G涌水1?無*2?滲出3?整體濕潤4?湘出或5?特別大

噴出

也可以針對隧道的特點自行擬定表格?？傊?，這種方法幾乎在所有的隧道中都可

采用。如果與后面的定量評價方法結(jié)合起來，就會形成一個非常有效的評價系統(tǒng)。

在掌子面觀察方法中，第二個問題，就是如何根據(jù)觀察到的素材，對掌子面進行

評價。在實際工作中，形成了各種各樣的觀察評價方法。圖1表示各種觀察評價方法的

分類。表4是各種評價法的概要。

定性方法評點法單純平均法

評加權(quán)平均法

價Q值法

方RMR法

法RSR法

定量方法多變量分析法數(shù)量化理論1類方法

數(shù)量化理論2類方法

圖1掌子面評價方法的分類

表4學子面觀察評價方法的概要

方法名稱方法內(nèi)容備注

定定性評價以巖種、彈性波速度為基本條件，加是一般的評價

性上掌子面的觀察項目（地質(zhì)狀態(tài)、裂隙間方法，要求評價具

評距、掌子面自穩(wěn)性及凈空位移等）進行定有客觀性

價性評價的方法，是最普遍的方法。但評定

基準不明確，主觀影響較大

定0單純平均給出掌子面觀察項目的點數(shù)，綜合評方法單純，易

旦

里I1法價圍巖的方法。方法比較簡便于實施，可作為評

評/定的參考

價加全平均不是單純的平均，而是給出各項目的把地質(zhì)特性標

法權(quán)值，進行掌子面的評價。問題是權(quán)值的準化后，可使評價

給定，需積累一定的數(shù)據(jù)方法更為有效

Q值法根據(jù)RQD、節(jié)理組數(shù)、節(jié)理粗糙度、主要應(yīng)用于硬

節(jié)理變質(zhì)程度、水的影響及應(yīng)力影響等指巖。評價需一些特

標進行評定的方法有的參數(shù)，比較困

難

RMR法根據(jù)單軸抗壓強度、RQD、裂隙間距、裂以中硬巖為對象，

隙狀態(tài)、地下水、節(jié)理方向等評價圍巖的比Q值法簡便

方法。與Q值法同為國際上通用的方。

RSR法評價主要根據(jù)一次構(gòu)造、節(jié)理影響及地下實際應(yīng)用較少

水影響等進行

數(shù)量化理根據(jù)掌子面觀察要素，用數(shù)量化理論一類能夠分析掌子面觀

論一類方方法求出各項目的系數(shù)，進行圍巖評價的察項目的相關(guān)關(guān)系

看法方法

夕數(shù)量化理同上的方法，但采用數(shù)量化理論二類方法同上

為論二類方進行分析

否法

下面簡要說明表中的各種方法。

1評點法

1）單純平均法

這種方法是將掌子面觀察結(jié)果進行定量的評價，而后與一些量測結(jié)果比較，判斷支護體

系是否合適的方法，是一個極為簡便的方法。在定量化時，假定掌子面觀察項目的權(quán)值

是相等的，并假定分級是符合線性關(guān)系的，各項目按滿點100點進行換算，即：

Ei=n/RX100

式中：Ei：掌子面觀察項目i的換算點；

q：學子面觀察項目i的判定等級；

Ri：掌子面觀察項目i的等級。

圍巖的綜合評價按下式?jīng)Q定。

PM=EEi/N

式中：

PM：圍巖綜合評價點；

N：掌子面觀察項目總數(shù)。

以表3的觀察結(jié)果為例，各觀察項目的判定，如表中帶有*號所示，掌子面狀態(tài)的判

定點數(shù)為&=3/4X100=75點，與其他觀察項目的換算點合計在一起，以觀察項目總

數(shù)N=7除之，得：

PM=(75+40+50+100+50+20+40)/7=54點

圍巖綜合評價點數(shù)越大，表示圍巖越差。此法的問題，是把定性的信息，機械地加在

一起，適用性、精度等都較差，利用時要注意。

2)加權(quán)平均法

單純平均法是假定各因素的權(quán)值是相等的，實際上，掌子面各觀察項目的作用不同，

不能等量對待，應(yīng)賦預(yù)不同的權(quán)值，這就是加權(quán)平均法的基本。因此，根據(jù)權(quán)值計算出

綜合評價點，是此法的關(guān)鍵。綜合評價點以下式表示。

PM=Z(aiEi)/Zai

式中：PM：圍巖綜合評價點；

明：掌子面觀察項目i的權(quán)值；

E：掌子面觀察項目i的換算點；

N：掌子面觀察項目總數(shù)。

例如，權(quán)值按表5帶有*號的給定后，加權(quán)平均的評價點PM等于：

PM=(2X3/4+2X3/4+2X3/5+1X3/5+1X4/5+0X3/4+1X2/4+1X

4/4)X100/(2+2+2+1+1+0+1+1)=72.5點。

表5觀察項目的權(quán)值及其應(yīng)用

與支護與輔助掌子面觀察開挖地點圍巖狀態(tài)

模式有工法有項目

關(guān)的權(quán)關(guān)的權(quán)

值值

2A掌正面1?自穩(wěn)2?自*3?要留4?要采

子面穩(wěn)，但正核心取大規(guī)模

狀態(tài)面局部掉措施

塊

23拱頂1?穩(wěn)定2?穩(wěn)*3?需頂4?需采

定，但拱部錨桿取大規(guī)模

頂局部掉措施

塊

21B巖石強度1?錘擊反2?錘擊*3?錘擊4?不能5?土

彈，強烈錘易開裂，易崩裂、錘擊，用砂狀

擊，裂隙開裂成小片指甲可崩

裂或薄片成巖片

11C風化變質(zhì)1?未風2?沿裂*3?整體4?部分

化、新鮮、隙風化風化或整體土

堅硬砂化

1D裂隙間距1->1002?100?3?50?20*4?20-55?<5

（cm）50

E裂隙形態(tài)1?幾乎無2?隨機*3?有方4?土砂

裂隙向性狀、細片

狀

11F裂隙狀態(tài)1?密集*2?部分3?全部4?夾有

張開張開大規(guī)模粘

土

11G涌水1?無2?滲水3?整體*4?噴出

濕潤

合計10合計10

各項目的權(quán)值的計算方法一般都是根據(jù)調(diào)查結(jié)果通過解析方法進行的。

比較單純平均法和加權(quán)平均法可以看出：加權(quán)平均法比單純平均法的離散性小，相關(guān)度

也高。

3）巴頓（Barton）方法

巴頓方法，又名Q法，是歐洲采用最廣泛的一種方法，該方法實質(zhì)上是根據(jù)施工中獲

得的各種參數(shù)進行圍巖評價的。在其方法中，采用了6個參數(shù)，B|J：節(jié)理組數(shù)Jn、節(jié)理

面粗糙度Jr、節(jié)理面變質(zhì)度Ja、節(jié)理內(nèi)水的影響度Jw、應(yīng)力降低度SRF及巖石質(zhì)量指

標RQD等6個要素。這6個參數(shù)都是與節(jié)理狀態(tài)有關(guān)的，實質(zhì)上是決定圍巖完整狀態(tài)

的參數(shù)。此外也考慮了地應(yīng)力場和水的影響。應(yīng)該指出的是，要獲得與節(jié)理有關(guān)的各項

數(shù)據(jù)，也只有通過施工階段的圍巖調(diào)查和觀察，才能達到。

獲得6個參數(shù)后，根據(jù)下式，決定圍巖的質(zhì)量Q。

Q=RQD/Jn?Jr/Ja?Jw/SRF

式中各項參數(shù)可按下表的值采用。

|RQD(%)]狀態(tài)1

0-20極差

25?50差

卜0?701-^1

70--90好

90--100極好

RQD小于10時，取10。RQD可按5%分級取值，如100、95、90%等

節(jié)理組數(shù)Jn

A?塊狀、無節(jié)理或微小節(jié)理0.5?1.0

B?1組節(jié)理2.0

C?1組節(jié)理和不規(guī)則節(jié)理3.0

D?2組節(jié)理4.0

E?2組節(jié)理和不規(guī)則節(jié)理6.0

F?3組節(jié)理9.0

G?3組節(jié)理和不規(guī)則節(jié)理12

H?4組節(jié)理以上15

J?破碎巖、土砂狀20

注：交叉處的情況：(3.0XJn)；洞門處的情況：(2.0XJn)

節(jié)理面粗糙度Jr

(a)巖層是接觸的情A?不連續(xù)的節(jié)理4.0

況B?粗糙的或不規(guī)則的、波紋狀的3.0

C?平滑、波紋狀2.0

D?滑面、波紋狀1.5

E?粗糙或不規(guī)則、平坦1.5

F?平滑、平坦1.0

(b)10cm剪切位移0.5

時接觸的情況注：如節(jié)理的平均間距大于3.0m以上時，加1.0

(c)巖層不接觸的情H?巖層完全不接觸，有厚的粘土夾層1.0

況J?巖層完全不接觸，有厚的砂狀、砂礫狀或破碎狀1.0

夾層

節(jié)理面變質(zhì)度Ja<t>°

(a)巖層面接A?十分堅硬、強度大、無軟化、不透水0.75

觸的情況性物質(zhì)，如石英等

B-只有表面污染、性質(zhì)不變的節(jié)理面1.025?35

C?稍變質(zhì)的節(jié)理面、無軟質(zhì)礦物覆蓋，2.025?30

有些砂狀物質(zhì)等

D?有砂質(zhì)粘土覆蓋、粘土的小破片3.020?25

E-為軟質(zhì)或低摩橡系數(shù)的粘土礦物覆4.08?16

蓋、如云母等

(b)10cm剪切F?分解為砂狀物質(zhì)、游離粘土的巖石4.025?30

位移時接觸G-為固結(jié)充分，無軟化的粘土礦物充填6.016?24

的情況（連續(xù)的，厚度在5以下）

H?為中?弱固結(jié)、軟質(zhì)、粘土礦物充填8.012?16

J-為膨脹性粘土充填8.0?-12.06?24

（C）巖層面不K?K.?L?分解的或破碎的巖石夾層6.0-,12.06?24

接觸的情況N?粉砂狀或砂質(zhì)粘土夾層5.0

0?P-R連續(xù)的厚的粘土夾層10.0--20.06?24

節(jié)理內(nèi)水的狀態(tài)水壓(kg/cm2)Jw

A-無水開挖或微小涌水，如小于5以下小于1.01.0

B?有可使節(jié)理充填物沖出的中量涌水或水壓1?1.250.66

C?涌水大，但節(jié)理無充填物，強度充分2.5?100.5

D-有沖出節(jié)理充填物的大量涌水或水壓2.5?100.33

E?爆破時發(fā)生大量涌水或水壓（例外）大于100.2?0.1

F?巖層顯著劣化，大量涌水不間斷或水壓大于100.1-0.05

應(yīng)力狀態(tài)系數(shù)5/55/5SRF

（a）隧道與軟A?有含有粘土或化學分解的軟弱10

弱層交叉，層，周邊圍巖極度松弛

并引發(fā)松弛B?有單一粘土軟弱層或化學分解的5.0

的情況軟弱層（開挖深度50m以下）

C?有單一粘土軟弱層或化學分解軟2.5

弱層（開挖深度50m以上）

D?在有充分強度的圍巖中有一些破7.5

碎帶、周邊圍巖松弛

E?在有充分強度的圍巖中有單一的5.0

破碎帶（開挖深度50m以下）

F?在有充分強度的圍巖中有單一的2.5

破碎帶（開挖深度50m以上）

G?松弛的張開節(jié)理、裂隙或成”角5.()

砂糖“狀

(b)圍巖強度H?低地應(yīng)力、地表附近>200>132.5

充分，但有J?中等地應(yīng)力200-1013?0.661.0

地應(yīng)力問題K?高地應(yīng)力10?50.66?0.330.5?2

的情況L-微弱的巖爆5?2.50.33?0.165?10

M?強烈?guī)r爆<2.5<0.1610-20

(C)高地應(yīng)N?緩慢擠出5?10

力、擠出和0?急劇擠出10?20

塑性流動的

情況

(d)膨脹性圍P?緩慢吸水膨脹5?10

1-1-1

石R?急劇吸水膨脹10?15

挪威法的一個顯著特征就是通過施工中的觀察和量測求出Q值，進行圍巖分級的。日本

根據(jù)Q值將圍巖分為6級(0.001-1000),其劃分的情況如下表。

Q值評價

100-1000極好

10-100好

1-10一般

0.1?1差

0.01~0.1極差

0.001-0.01特差

求出Q值后，根據(jù)結(jié)構(gòu)物的安全系數(shù)(ESR)及坑道尺寸決定支護規(guī)模。

結(jié)構(gòu)物的安全系數(shù)根據(jù)結(jié)構(gòu)物的用途，大致按表7采取。

表7各類結(jié)構(gòu)物的安全系數(shù)(ESR)

開挖空洞的類型ESR

A臨時礦山坑道2?5

B礦山永久坑道、水工隧洞、導坑、等1.6?2.0

C貯備用地下空洞、水處理場、地方道路1.2?1.3

和支線的隧道

D地下發(fā)電站、主要道路和鐵道的隧道、0.9?1.1

隧道洞口及隧道交叉部

E地下原子能發(fā)電站、地下車站、體育場0.5?0.8

等公共地下設(shè)施、地下工廠等

4)RMR(RockMassRaing)法

這也是一種評點法。如表8所示，按各項目賦預(yù)點數(shù)，而后進行評價。簡便的評價采用

了5個要素，而后按節(jié)理方向加以修正。

表8RMR法的分級

A?評價點數(shù)及分級

1新鮮點荷載強度104?102?41?2采用單軸抗壓強度

巖石(MPa)