阅读说明：本技术 基于隧道埋深及风化层厚度的围岩分级修正方法及装置 (Surrounding rock grading correction method and device based on tunnel buried depth and weathering layer thickness ) 是由 陈立保 王克金 于 2019-10-14 设计创作，主要内容包括：一种基于隧道埋深及风化层厚度的围岩分级修正方法及装置,所述方法包括：步骤1,对于隧道洞身段全部位于单一风化地层的隧道段落采用规范规定的办法进行基本围岩分级,获得初始围岩级别；步骤2,根据隧道埋深、风化层厚度对初始围岩级别进行分级修正,得到修正后的围岩级别。针对现有技术中围岩分级没有考虑隧道埋深以及风化岩层厚度的影响,本发明提出一种全新的围岩分级修正方法,根据隧道埋深及风化层厚度对初始围岩级别进行分级修正,减少了主观影响,通过围岩级别量化,隧道围岩界别修正效果显著。(A method and a device for correcting surrounding rock grading based on tunnel buried depth and weathered layer thickness are provided, wherein the method comprises the following steps: step 1, carrying out basic surrounding rock grading on tunnel sections of which tunnel body sections are all located in a single weathered stratum by adopting a standard method to obtain an initial surrounding rock grade; and 2, carrying out graded correction on the initial surrounding rock grade according to the tunnel burial depth and the weathering layer thickness to obtain the corrected surrounding rock grade. Aiming at the problem that influence of tunnel buried depth and weathered rock layer thickness is not considered in surrounding rock grading in the prior art, the invention provides a brand-new surrounding rock grading correction method.)

基于隧道埋深及风化层厚度的围岩分级修正方法及装置

技术领域

本发明属于隧道工程技术领域，具体涉及一种基于隧道埋深及风化层厚度的围岩分级修正方法。

背景技术

目前涌现大量城市隧道、山岭短小隧道，它们都有一个共同特点，隧道埋深不大，洞身通过不同风化程度的复合地层，但目前隧道设计规范围岩分级中没有考虑隧道埋深及分化层厚度的影响，地质工程师出于安全考虑，一般均考虑隧道埋深的影响，导致隧道围岩分级存在较大的不确定性。

目前的围岩分级方法存在以下问题：

(1)隧道围岩分级考虑了岩石风化程度的影响，且有具体的岩石风化程度鉴定办法，但目前隧道围岩分级管理办法没有考虑隧道埋深以及风化岩层厚度，缺失复合风化岩层的围岩分级的方法。

(2)目前的围岩分级方法是定量与定性相结合的，一般由地质工程师提出围岩分级，隧道工程师为不同围岩级别提出针对性的工程措施，且考虑隧道埋深及地形偏压程度的影响，但往往出现地质工程师也会考虑隧道埋深的影响，导致围岩级别或者工程措施偏强，造成工程浪费。

(3)高速铁路平面曲线半径均较大，选线过程中出现大量的短小隧道及大段浅埋隧道，往往出现隧道洞身出现不同风化岩层或者隧道上下较近范围出现风化层界面，由于没有规范规定，对其围岩分级存在主观随意性，且由于量大，工程设计措施上可能存在不足或者浪费。

除了特殊水文地质条件的隧道，大部分短小隧道一般只会出现一种地层，隧道围岩的差别主要体现在所处风化地层的不同。

如图1所示为某山岭隧道纵断面，隧道所处地层为太古界大别群(Ar)片麻岩，围岩弹性纵波速度4200～5650m/s，隧道大部分段落位于弱风化地层，按照《铁路隧道设计规范》判断，基本围岩分级主要为Ⅱ、Ⅲ级围岩，而地质专业提供的Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩长度分别为200m、620m和600m，很显然地质专业考虑了隧道埋深对围岩级别的影响。

对于大部分隧道来说，都与上例隧道类似，隧道大多处于一般地应力水平，除了地表有明显水源或者隧道处于断层破碎带或者接触带，无需进行地下水对围岩级别的修正。因此对于大部分隧道来说，一般出现断层破碎带直接归类为Ⅳ、Ⅴ级围岩，其它段落的围岩差异主要体现在风化程度及风化层厚度。

目前的围岩分级没有考虑隧道埋深的影响，但对于地质工程师来说，埋深越小，围岩成拱能力越弱，尤其在设计质量责任终身制的情况下，地质人员对围岩分级适当保守也有体制因素。为避免类似问题，有必要在围岩分级中考虑埋深这一重要因素，减少主观影响。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出一种基于隧道埋深及风化层厚度的围岩分级修正方法，对于隧道洞身段全部位于单一风化地层的隧道段落采用规范规定的办法进行基本围岩分级，再引入基于隧道埋深及风化层厚度的围岩分级修正方法对基本围岩级别进行修正，起到量化、规范隧道围岩分级的作用，本发明的技术方案如下：

作为本发明的第一方面，提供一种基于隧道埋深及风化层厚度的围岩分级修正方法，所述方法包括：

步骤1，对于隧道洞身段全部位于单一风化地层的隧道段落采用规范规定的办法进行基本围岩分级，获得初始围岩级别；

步骤2，根据隧道埋深、风化层厚度对初始围岩级别进行分级修正，得到修正后的围岩级别。

进一步地，步骤1中，对于隧道洞身段全部位于单一风化地层的隧道段落采用规范规定的办法进行基本围岩分级，获得初始围岩级别具体为：

对于隧道洞身位于W1/W2地层进行基本围岩分级，获得初始围岩级别为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ；

对于隧道洞身位于W3地层进行基本围岩分级，获得初始围岩级别为Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ；

对于隧道洞身位于W4地层进行基本围岩分级，获得初始围岩级别为Ⅳ、Ⅴ；

其中，W1-W4表示围岩的风化程度，W1表示未风化，W2表示微风化，W3表示强风化，W4表示全风化。

进一步地，步骤2包括：

对隧道洞身位于W1/W2地层的初始围岩级别Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ根据隧道埋深、风化层厚度进行修正；

对隧道洞身位于W3地层的初始围岩级别Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ根据隧道埋深、风化层厚度进行修正；

对隧道洞身位于W4地层的初始围岩级别Ⅳ、Ⅴ根据隧道埋深、风化层厚度进行修正。

进一步地，对隧道洞身位于W1/W2地层的初始围岩级别Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ根据隧道埋深、风化层厚度进行修正具体包括：

当隧道同级风化层上覆高度大于1B时，不进行修正，仍然按照初始围岩级别Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ进行分级；

当隧道同级风化层上覆高度小于1B、W3地层大于1B且埋深大于3B时，不进行修正，仍然按照初始围岩级别Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ进行分级；

当隧道同级风化层上覆高度小于1B、W3地层小于1B且埋深大于3B时，将初始围岩级别Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ分别修正为Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、V；

当隧道同级风化层上覆高度小于1B、W3地层大于1B且埋深小于3B时，将初始围岩级别Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ分别修正为Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、V；

当隧道同级风化层上覆高度小于1B、W3地层小于1B且埋深小于3B时，将初始围岩级别Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ分别修正为Ⅳ、Ⅳ、Ⅴ、V；

其中，B表示隧道开挖宽度或跨度，单位为m

进一步地，对隧道洞身位于W3地层的初始围岩级别Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ根据隧道埋深、风化层厚度进行修正具体为：

当隧道同级风化层上覆高度大于1B且埋深大于3B时，不进行修正，仍然按照初始围岩级别Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ进行分级；

当隧道同级风化层上覆高度小于1B且埋深大于3B时，将初始围岩级别Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ分别修正Ⅳ、Ⅴ、V；

当隧道埋深小于3B时，将初始围岩级别Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ分别修正Ⅳ、Ⅴ、V；

其中，B表示隧道开挖宽度或跨度，单位为m。

进一步地，对隧道洞身位于W4地层的初始围岩级别Ⅳ、Ⅴ根据隧道埋深、风化层厚度进行修正具体为：

当隧道埋深大于2B，不进行修正，仍然按照初始围岩级别Ⅳ、Ⅴ进行分级；

当隧道埋深小于2B，将初始围岩级别Ⅳ、Ⅴ分别修正V、V；

其中，B表示隧道开挖宽度或跨度，单位为m。

作为本发明的第二方面，提供一种基于隧道埋深及风化层厚度的围岩分级修正装置，所述装置包括基本围岩分级模块和初始围岩修正模块；

基本围岩分级模块用于对于隧道洞身段全部位于单一风化地层的隧道段落采用规范规定的办法进行基本围岩分级，获得初始围岩级别；

初始围岩修正模块用于根据隧道埋深、风化层厚度对初始围岩级别进行分级修正，得到修正后的围岩级别。

进一步地，基本围岩分级模块对于隧道洞身段全部位于单一风化地层的隧道段落采用规范规定的办法进行基本围岩分级，获得初始围岩级别具体为：

对于隧道洞身位于W1/W2地层进行基本围岩分级，获得初始围岩级别为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ；

对于隧道洞身位于W3地层进行基本围岩分级，获得初始围岩级别为Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ；

对于隧道洞身位于W4地层进行基本围岩分级，获得初始围岩级别为Ⅳ、Ⅴ；

其中，W1-W4表示围岩的风化程度，W1表示未风化，W2表示微风化，W3表示强风化，W4表示全风化。

进一步地，初始围岩修正模块根据隧道埋深、风化层厚度对初始围岩级别进行分级修正，得到修正后的围岩级别具体为：

对隧道洞身位于W1/W2地层的初始围岩级别Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ根据隧道埋深、风化层厚度进行修正；

对隧道洞身位于W3地层的初始围岩级别Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ根据隧道埋深、风化层厚度进行修正；

对隧道洞身位于W4地层的初始围岩级别Ⅳ、Ⅴ根据隧道埋深、风化层厚度进行修正；

其中，对隧道洞身位于W1/W2地层的初始围岩级别Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ根据隧道埋深、风化层厚度进行修正具体为：

当隧道同级风化层上覆高度大于1B时，不进行修正，仍然按照初始围岩级别Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ进行分级；

当隧道同级风化层上覆高度小于1B、W3地层大于1B且埋深大于3B时，不进行修正，仍然按照初始围岩级别Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ进行分级；

当隧道同级风化层上覆高度小于1B、W3地层小于1B且埋深大于3B时，将初始围岩级别Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ分别修正为Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、V；

当隧道同级风化层上覆高度小于1B、W3地层大于1B且埋深小于3B时，将初始围岩级别Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ分别修正为Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、V；

当隧道同级风化层上覆高度小于1B、W3地层小于1B且埋深小于3B时，将初始围岩级别Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ分别修正为Ⅳ、Ⅳ、Ⅴ、V；

其中，对隧道洞身位于W3地层的初始围岩级别Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ根据隧道埋深、风化层厚度进行修正具体为：

当隧道同级风化层上覆高度大于1B且埋深大于3B时，不进行修正，仍然按照初始围岩级别Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ进行分级；

当隧道同级风化层上覆高度小于1B且埋深大于3B时，将初始围岩级别Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ分别修正Ⅳ、Ⅴ、V；

当隧道埋深小于3B时，将初始围岩级别Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ分别修正Ⅳ、Ⅴ、V；

其中，对隧道洞身位于W4地层的初始围岩级别Ⅳ、Ⅴ根据隧道埋深、风化层厚度进行修正具体为：

当隧道埋深大于2B，不进行修正，仍然按照初始围岩级别Ⅳ、Ⅴ进行分级；

当隧道埋深小于2B，将初始围岩级别Ⅳ、Ⅴ分别修正V、V；

其中，B表示隧道开挖宽度或跨度，单位为m。

本发明具有以下有益效果：

针对现有技术中围岩分级没有考虑隧道埋深以及风化岩层厚度的影响，本发明提出一种全新的围岩分级修正方法，根据隧道埋深及风化层厚度对初始围岩级别进行分级修正，减少了主观影响，通过围岩级别量化，隧道围岩界别修正效果显著。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种基于隧道埋深及风化层厚度的围岩分级修正方法流程图

图2为本发明实施例提供的某山岭隧道围岩分级示例图；

图3为本发明实施例提供的按照本发明的方法对上述山岭隧道修正的围岩级别示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，作为本发明的第一实施例，提供一种基于隧道埋深及风化层厚度的围岩分级修正方法，所述方法包括：

步骤1，对于隧道洞身段全部位于单一风化地层的隧道段落采用规范规定的办法进行基本围岩分级，获得初始围岩级别；

步骤2，根据隧道埋深、风化层厚度对初始围岩级别进行分级修正，得到修正后的围岩级别。

优选地，步骤1中，对于隧道洞身段全部位于单一风化地层的隧道段落采用规范规定的办法进行基本围岩分级，获得初始围岩级别具体为：

对于隧道洞身位于W1/W2地层进行基本围岩分级，获得初始围岩级别为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ；

对于隧道洞身位于W3地层进行基本围岩分级，获得初始围岩级别为Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ；

对于隧道洞身位于W4地层进行基本围岩分级，获得初始围岩级别为Ⅳ、Ⅴ；

其中，W1-W4表示围岩的风化程度，W1表示未风化，W2表示微风化，W3表示强风化，W4表示全风化。

优选地，步骤2包括：

对隧道洞身位于W1/W2地层的初始围岩级别Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ根据隧道埋深、风化层厚度进行修正；

对隧道洞身位于W3地层的初始围岩级别Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ根据隧道埋深、风化层厚度进行修正；

对隧道洞身位于W4地层的初始围岩级别Ⅳ、Ⅴ根据隧道埋深、风化层厚度进行修正。

其中，对隧道洞身位于W1/W2地层的初始围岩级别Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ根据隧道埋深、风化层厚度进行修正具体如表1所示：

当隧道同级风化层上覆高度大于1B时，不进行修正，仍然按照初始围岩级别Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ进行分级；

当隧道同级风化层上覆高度小于1B、W3地层大于1B且埋深大于3B时，不进行修正，仍然按照初始围岩级别Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ进行分级；

当隧道同级风化层上覆高度小于1B、W3地层小于1B且埋深大于3B时，将初始围岩级别Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ分别修正为Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、V；

当隧道同级风化层上覆高度小于1B、W3地层大于1B且埋深小于3B时，将初始围岩级别Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ分别修正为Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、V；

当隧道同级风化层上覆高度小于1B、W3地层小于1B且埋深小于3B时，将初始围岩级别Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ分别修正为Ⅳ、Ⅳ、Ⅴ、V；

其中，B表示隧道开挖宽度或跨度，单位为m；

表1

其中，对隧道洞身位于W3地层的初始围岩级别Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ根据隧道埋深、风化层厚度进行修正具体如表2所示：

当隧道同级风化层上覆高度大于1B且埋深大于3B时，不进行修正，仍然按照初始围岩级别Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ进行分级；

当隧道同级风化层上覆高度小于1B且埋深大于3B时，将初始围岩级别Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ分别修正Ⅳ、Ⅴ、V；

当隧道埋深小于3B时，将初始围岩级别Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ分别修正Ⅳ、Ⅴ、V；

其中，B表示隧道开挖宽度或跨度，单位为m。

初始围岩级别	Ⅲ	Ⅳ	Ⅴ
				同级风化层上覆高度大于1B且埋深大于3B	Ⅲ	Ⅳ	Ⅴ
同级风化层上覆高度小于1B且埋深大于3B	Ⅳ	Ⅴ	Ⅴ
				埋深小于3B	Ⅳ	Ⅴ	Ⅴ

表2

其中，对隧道洞身位于W4地层的初始围岩级别Ⅳ、Ⅴ根据隧道埋深、风化层厚度进行修正具体如表3所示：

当隧道埋深大于2B，不进行修正，仍然按照初始围岩级别Ⅳ、Ⅴ进行分级；

当隧道埋深小于2B，将初始围岩级别Ⅳ、Ⅴ分别修正V、V；

其中，B表示隧道开挖宽度或跨度，单位为m。

初始围岩级别	Ⅳ	Ⅴ
			埋深大于2B	Ⅳ	Ⅴ
埋深小于2B	Ⅴ	Ⅴ

表3

以前述隧道为例，W2地层可以划分为Ⅲ级，W3地层可以划分为Ⅳ级，W4地层可以划分为Ⅴ级，按照上述方法重新修正图2所示的隧道围岩级别，得到如图3所示的隧道围岩级别。

修正前后的围岩级别统计对比如表4所示：

围岩级别	修正前	修正后	增减比例
				Ⅲ	200	720	36.6％
Ⅳ	620	391	-16.1％
				Ⅴ	600	309	-20.5％
合计	1420	1420

表4

可以看见，通过围岩级别修正，Ⅲ级围岩提高36.6％，Ⅳ、Ⅴ级围岩相应的减少，通过围岩级别量化，隧道围岩界别修正效果显著。

作为本发明的第二实施例，提供一种基于隧道埋深及风化层厚度的围岩分级修正装置，所述装置包括基本围岩分级模块和初始围岩修正模块；

基本围岩分级模块用于对于隧道洞身段全部位于单一风化地层的隧道段落采用规范规定的办法进行基本围岩分级，获得初始围岩级别；

初始围岩修正模块用于根据隧道埋深、风化层厚度对初始围岩级别进行分级修正，得到修正后的围岩级别。

进一步地，基本围岩分级模块对于隧道洞身段全部位于单一风化地层的隧道段落采用规范规定的办法进行基本围岩分级，获得初始围岩级别具体为：

对于隧道洞身位于W1/W2地层进行基本围岩分级，获得初始围岩级别为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ；

对于隧道洞身位于W3地层进行基本围岩分级，获得初始围岩级别为Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ；

对于隧道洞身位于W4地层进行基本围岩分级，获得初始围岩级别为Ⅳ、Ⅴ；

其中，W1-W4表示围岩的风化程度，W1表示未风化，W2表示微风化，W3表示强风化，W4表示全风化。

进一步地，初始围岩修正模块根据隧道埋深、风化层厚度对初始围岩级别进行分级修正，得到修正后的围岩级别具体为：

对隧道洞身位于W1/W2地层的初始围岩级别Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ根据隧道埋深、风化层厚度进行修正；

对隧道洞身位于W3地层的初始围岩级别Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ根据隧道埋深、风化层厚度进行修正；

对隧道洞身位于W4地层的初始围岩级别Ⅳ、Ⅴ根据隧道埋深、风化层厚度进行修正；

其中，对隧道洞身位于W1/W2地层的初始围岩级别Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ根据隧道埋深、风化层厚度进行修正具体为：

当隧道同级风化层上覆高度大于1B时，不进行修正，仍然按照初始围岩级别Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ进行分级；

当隧道同级风化层上覆高度小于1B、W3地层大于1B且埋深大于3B时，不进行修正，仍然按照初始围岩级别Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ进行分级；

当隧道同级风化层上覆高度小于1B、W3地层小于1B且埋深大于3B时，将初始围岩级别Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ分别修正为Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、V；

当隧道同级风化层上覆高度小于1B、W3地层大于1B且埋深小于3B时，将初始围岩级别Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ分别修正为Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、V；

当隧道同级风化层上覆高度小于1B、W3地层小于1B且埋深小于3B时，将初始围岩级别Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ分别修正为Ⅳ、Ⅳ、Ⅴ、V；

其中，对隧道洞身位于W3地层的初始围岩级别Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ根据隧道埋深、风化层厚度进行修正具体为：

当隧道同级风化层上覆高度大于1B且埋深大于3B时，不进行修正，仍然按照初始围岩级别Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ进行分级；

当隧道同级风化层上覆高度小于1B且埋深大于3B时，将初始围岩级别Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ分别修正Ⅳ、Ⅴ、V；

当隧道埋深小于3B时，将初始围岩级别Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ分别修正Ⅳ、Ⅴ、V；

其中，对隧道洞身位于W4地层的初始围岩级别Ⅳ、Ⅴ根据隧道埋深、风化层厚度进行修正具体为：

当隧道埋深大于2B，不进行修正，仍然按照初始围岩级别Ⅳ、Ⅴ进行分级；

当隧道埋深小于2B，将初始围岩级别Ⅳ、Ⅴ分别修正V、V；

其中，B表示隧道开挖宽度或跨度，单位为m。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。