5.2 地下工程岩体级别的确定

5.2.1 地下工程岩体详细定级，当遇有下列情况之一时，应对岩体基本质量指标BQ进行修正，并以修正后获得的工程岩体质量指标值依据本标准表4.1.1确定岩体级别。
    1. 有地下水；
    2. 岩体稳定性受结构面影响，且有一组起控制作用；
    3. 工程岩体存在由强度应力比所表征的初始应力状态。
5.2.2 地下工程岩体质量指标[BQ]，可按下式计算。其修正系数K₁、K₂、K₃值，可分别按表5.2.2-1、表5.2.2-2和表5.2.2-3确定。

(5.2.2)

  式中：[BQ]——地下工程岩体质量指标；
          K₁——地下工程地下水影响修正系数；
          K₂——地下工程主要结构面产状影响修正系数；
             K₃——初始应力状态影响修正系数。

表5.2.2-1 地下工程地下水影响修正系数K₁

 注：1 p为地下工程围岩裂隙水压(MPa)；
        2 Q为每10m洞长出水量(L／min·10m)。

表5．2．2-2 地下工程主要结构面产状影响修正系数K₂

表5．2．2-3 初始应力状态影响修正系数K₃

5.2.3 对跨度不大于20m的地下工程，岩体自稳能力可按本标准附录E中表E.0.1确定。当其实际的自稳能力与本标准表E.0.1中相应级别的自稳能力不相符时，应对岩体级别作相应调整。
5.2.4 对跨度大于20m或特殊的地下工程岩体，除应按本标准确定基本质量级别外，详细定级时，尚可采用其他有关标准中的方法，进行对比分析，综合确定岩体级别。

条文说明

5.2 地下工程岩体级别的确定

5.2.1 本条规定了地下工程岩体在岩体基本质量级别确定后，作详细定级时应考虑的几个修正因素和修正后的定级原则。
    国内外对地下工程岩体分级做了大量的探索和研究工作，比其他类型的工程岩体分级研究得更深入一些，资料也比较丰富。从表10中可以看出，这些分级方法所考虑的主要因素是比较一致的。本标准分析总结了这些已有的成果，并结合工程实践，将最基本的带共性的岩石坚硬程度(岩石强度)和岩体完整程度，作为岩体基本质量的影响因素，而将另外几项主要影响因素，包括地下水、结构面与洞轴线组合关系、初始应力状态等作为修正因素。
    引入修正因素，对岩体基本质量进行修正后，本条规定仍按表4.1.1进行定级。这是因为本标准分级的标准只有一个，只是岩体基本质量指标BQ和地下工程岩体质量指标[BQ]所包含的影响因素的内容不同。例如，某地下工程在一个地段的岩体基本质量指标BQ＝280，其基本质量属Ⅳ级，由于有淋雨状出水，出水量(25～125)L／min·10m，则修正系数K₁＝0.5，经修正后的[BQ]＝230，按表4.1.1的规定，工程岩体质量应定为Ⅴ级。

表10 国内外部分岩体分级考虑因素情况

5.2.2 本条规定了对地下水影响等三项修正因素的修正方法和修正系数取值原则，并给出了相应的修正系数值。当地下工程岩体质量指标为负值时，修正后的工程岩体质量直接按Ⅴ级岩体考虑。
    1. 地下工程地下水影响修正。地下水是影响岩体稳定的重要因素。水的作用主要表现为溶蚀岩石和结构面中易溶胶结物，潜蚀充填物中的细小颗粒，使岩石软化、疏松，充填物泥化，强度降低，增加动、静水压力等。这些作用对岩体质量的影响，有的可在基本质量中反映出来，如对岩石的软化作用，采用了饱和单轴抗压强度。水的其他作用在基本质量中得不到反映，需采用修正措施来反映它们对岩体质量的影响。
    目前国内外在地下工程围岩分级中，考虑水的影响时主要有四种方法：修正法、降级法、限制法、不考虑。本标准采用修正法，并给出定量的修正系数，这一方法不仅考虑了出水等水的赋存状态，还考虑了岩体基本质量级别。
    表11为现有规范对洞室围岩出水状态的有关描述。在出水量定量描述中，一般以10m洞长渗水量为统计量。为便于现场测量，这里以10m洞长渗水量[单位：L／(min·10m)]代替原标准中单位渗水量。
    关于裂隙水压，原标准中对三种状态下的水压值分别规定为：不计入≤0.1MPa和＞0.1MPa三种条件。本次修订时，对上述三种情况下的水压力值适当提高，分别规定为≤0.1MPa、0.1MPa～0.5MPa和＞0.5MPa三种条件。由表11可看出修订后的水压规定值与表中其他方法规定值相比较，仍相对严格。

表11 地下洞室围岩出水状态的描述

 水对岩体质量的影响，不仅与水的赋存状态有关，还与岩石性质和岩体完整程度有关。岩石愈致密，强度愈高，完整性愈好，则水的影响愈小。反之，水的不利影响愈大。基本质量为Ⅰ级、Ⅱ级的岩体，且含水不多、无水压时，认为水对岩体质量无不利影响，取修正系数K₁＝0；基本质量为Ⅴ级的岩体，呈涌水状出水，水压力较大时，不利影响最大，取K₁＝1.0(即降一级)。对其他中间情况，认同在同一出水状态下，基本质量愈差的岩体，影响程度愈大，因而修正系数也随之加大。
    地下水修正系数的确定，除考虑上述原则外，还参考了国内相关规范规定与研究成果，见表12。
    2. 主要结构面产状修正。主要结构面是就其产状、发育程度及结合程度等因素，对地下工程岩体稳定性起主要影响的结构面。其中，更应注意对稳定影响大、起着控制作用的结构面，如层状岩体的泥化层面、一组很发育的裂隙、次生泥化夹层、含断层泥、糜棱岩的小断层等。
    由于结构面产状不同，与洞轴线的组合关系不同，对地下工程岩体稳定的影响程度亦不同。如层状岩体层面性状较差，为陡倾角且走向与洞轴线夹角很大时，对岩体稳定性影响很小。反之，倾角较缓且走向与洞轴线夹角很小时，就容易发生沿层面的过大变形，甚至发生拱顶坍塌或侧壁滑移。再如一条小断层，当其倾角很陡，且与洞轴线夹角很大时，对洞室稳定影响很小，反之则有很大的影响。这种不利影响在岩体基本质量及其指标中反映不出来。
    为了反映这种组合关系对稳定性的影响，本标准仍采用对基本质量进行修正的方法，其修正系数K₂见本标准表5.2.2-2，该表是根据工程经验、力学分析，并参考表13制定的。所谓“其他组合”，是指结构面倾角＜30°，夹角为任意值；倾角＞30°，夹角为30°～60°；倾角30°～75°，夹角＞60°；倾角＞75°，夹角＜30°四种情况。

表12 地下水影响修正系数汇总

 需指出，这里是指存在一组起控制作用结构面的情况，若有两组或两组以上起控制作用的结构面，组合情况就复杂得多，不能用修正岩体基本质量的方法，而需通过专门的稳定性分析解决。

表12 国内对结构面影响的修正情况

 3. 岩体初始应力状态影响修正。岩体初始应力对地下工程岩体稳定性的影响是众所周知的，特别是高初始应力的存在。岩石强度与初始应力之比R_c／σ_max大于一定值时，可以认为对洞室岩体稳定不起控制作用，当这个比值小于一定值时，再加上洞室周边应力集中的结果，对岩体稳定性或变形破坏的影响就表现得显著，尤其岩石强度接近初始应力值时，这种现象就更为突出。采用降低岩体基本质量指标BQ，从而限制岩体级别的办法来处理，引入修正系数K₃。
    根据工程实践经验，当围岩强度应力比值很小时(相当于极高初始应力条件，本标准规定强度应力比小于4)，对于基本质量为Ⅲ、Ⅳ级的岩体，将会发生不同程度的塑性挤压、流动变形，基本上没有自稳能力，故必须较大幅度地限制岩体的级别。为此，进行了如下处理，如：当BQ＝351～450和BQ＝251～350时，均取K₃＝1.0～1.5。BQ值较小时取较大的修正系数K₃，反之取较小的修正系数。基本质量为Ⅰ、Ⅱ级的岩体在该强度应力比条件下，虽然未丧失自稳能力，但明显地影响了自稳性。对于相当于高初始应力区的强度应力比条件，初始应力对岩体的影响大为减小，但仍影响岩体稳定性，故取较小的修正系数K₃，适当限制其级别。
    对初始应力这一修正因素，采用降低岩体BQ指标的处理办法，可用于经验方法确定支护参数的设计。
    按照这种办法进行修正，修正前后可能仍属同一级，似无意义，其实经修正后可能由原来靠近某级上限而变为处于该级中部或接近下限。不仅如此，若单修正地下水的影响，由某级的上限修正到该级的中部，如果再加上另一个影响因素的修正，就可能降一级。这些修正对于评价地下工程岩体稳定性和选用支护等参数是有意义的，因为有关规范中的支护等参数表，每级都有一定的范围值。对BQ＜250时也作修正，就是据此考虑的。
5.2.3 地下工程岩体的级别是地下洞室稳定性的尺度，岩体级别越高的洞室在无支护条件下的稳定性(即自稳能力)越好。针对跨度不大于20m的地下工程，本条规定了不同级别工程岩体的自稳能力情况。同时，本条还强调，可以将洞室开挖后的实际自稳能力，作为检验原来地下工程岩体定级正确与否的标志。
    地下工程岩体的自稳能力，不仅与工程岩体级别有关，还与洞室跨度有关。对于跨度不大于20m的工程岩体，实践经验比较丰富，经统计分析给出表E.0.1(参见附录E说明)，作为各级别岩体自稳能力的基本评价。
    对照表E.0.1，开挖后岩体的实际稳定性与原定级别不符时，应将岩体级别调整到与实际情况相适应的级别。当开挖后岩体的稳定性比原定级别高时，由低级别调整到高级别须慎重。
5.2.4 对于跨度大于20m的岩石地下工程，通常存在支护条件影响，岩体稳定性应与支护条件结合进行。对于特殊的地下工程，往往有特殊要求，加之行业或专业的特点，对工程施工和运行，进而对工程岩体稳定性评价的要求不尽相同，评价时引入的影响工程岩体稳定性的修正因素及其侧重点也不同。本标准作为通用的基础标准，难以将所有各种影响因素都考虑进去，更难以全面照顾各行业的特殊需要。有关行业标准的规定更具有针对性，更详细些。国内外在实施岩体分级工作时，往往采用几种分级方法进行对比，对大型和特殊的地下工程，为了慎重这样做是适宜的。考虑到这些情况，本条规定在详细定级时尚可应用其他有关标准方法进行对比分析，综合确定岩体级别。