隧道围岩分级体系及隧道主体与附属构造

公路隧道的设计与施工需以科学的围岩分级为基础，结合合理的构造设计，才能确保隧道结构安全、运营稳定。本文系统梳理公路隧道围岩分级标准、判定方法，以及隧道主体与附属构造的核心设计要点，为隧道工程的前期勘察、方案设计及现场施工提供全面参考。

一、公路隧道围岩分级

隧道围岩分级是确定施工方法、衬砌结构、劳动定额及材料消耗标准的核心依据，直接影响隧道工程的安全性与经济性。分级体系通过 “定性特征 定量指标” 结合的方式，将围岩划分为六个级别，具体如下：

（一）分级标准

1.  Ⅰ 级围岩

主要定性特征： 岩石坚硬且岩体完整，无明显裂隙或仅有少量闭合裂隙，整体稳定性极佳，开挖后无需额外支护即可短期保持稳定。

围岩基本质量指标（BQ）： 大于 550，是工程中稳定性最优的围岩类型，常见于完整的花岗岩、玄武岩等坚硬岩地层。

2. Ⅱ 级围岩

主要定性特征： 分为两类情况 —— 一是岩石坚硬但岩体较完整（存在少量微张开裂隙，裂隙间距较大）；二是岩石较坚硬（如砂岩、石灰岩）且岩体完整，整体稳定性良好，开挖后短期可能出现局部微小掉块，需简单支护。

围岩基本质量指标（BQ）： 550～451，适用于多数坚硬岩或较坚硬岩的完整地层。

3. Ⅲ 级围岩

主要定性特征： 同样包含两类情况 —— 一是岩石坚硬但岩体较破碎（裂隙较发育，裂隙间距中等，部分裂隙张开）；二是岩石较坚硬且岩体较完整（裂隙少量发育，闭合为主），稳定性中等，开挖后易出现局部块体塌落，需及时支护。

围岩基本质量指标（BQ）： 450～351，常见于中等风化的坚硬岩或微风化的较坚硬岩地层。

4. Ⅳ 级围岩

主要定性特征： 涵盖多种岩性与状态 —— 岩石坚硬但岩体破碎（裂隙发育，多为张开裂隙，块体间连接薄弱）；较坚硬岩且岩体较破碎；此外，粘性土、砂性土、黄土、碎卵石土、大块石土等土体也归为此类，稳定性较差，开挖后易发生塌方或较大变形，需加强支护。

围岩基本质量指标（BQ）： 350～251，是隧道工程中需重点关注的围岩类型，施工时需控制开挖速度并及时跟进支护。

5. Ⅴ 级围岩

主要定性特征： 以软质岩为主，具体为较软岩（如泥岩、页岩）且岩体破碎（裂隙极发育，块体细小，连接极差），或软岩（如全风化砂岩）且岩体较破碎，稳定性差，开挖后易出现大变形甚至整体塌方，需采用强支护措施。

围岩基本质量指标（BQ）： 小于 250，常见于强风化岩层或松软土层，施工难度较 高。

6. Ⅵ 级围岩

主要定性特征： 为稳定性最差的类别，多为软塑状黏性土（如淤泥质黏土）、潮湿或饱和状态的粉细砂层，以及各类软土（如泥炭土、淤泥），这类围岩无自稳能力，开挖后瞬间可能发生坍塌，需采用特殊施工方法（如超前支护、盾构法）并加强支护结构。

围岩基本质量指标（BQ）：无明确数值（因土体或极软岩难以通过常规指标量化），需通过现场勘察结合经验判定。

（二）围岩分级的判定方法

1. 初步分级：两步综合评判

隧道围岩分级需遵循  “先定性后定量、先基本后修正”  的原则，初步分级按以下两步进行：

第一步：根据岩石坚硬程度（如坚硬岩、较坚硬岩、较软岩、软岩）和岩体完整程度（完整、较完整、较破碎、破碎）两个核心因素，结合现场勘察的定性特征（如岩石颜色、裂隙发育情况、岩体块度），确定初步分级方向。

第二步：通过现场取样或原位测试，获取岩体基本质量指标（BQ），结合定性特征综合判定初步围岩级别，确保分级结果的客观性与准确性。

2. 详细定级：指标修正情形

初步分级后，若遇以下三种特殊情况，需对岩体基本质量指标（BQ）进行修正，以确保分级结果符合实际工程条件：

情况一：有地下水：地下水会降低岩体强度（尤其软岩或破碎岩），增加围岩透水性，可能导致围岩失稳，需根据地下水位高度、涌水量大小调整 BQ 值。

情况二：软弱结构面控制稳定性：若围岩中存在一组起主导作用的软弱结构面（如断层、节理密集带、泥化夹层），其产状（走向、倾角）与隧道轴线关系会直接影响围岩稳定性，需按结构面的抗剪强度、间距等参数修正 BQ 值。

情况三：存在高初始应力：深埋隧道（通常埋深超过 500m）或地质构造复杂区域可能存在高初始应力，易引发岩爆或大变形，需根据应力测试结果修正 BQ 值。

二、公路隧道的构造

公路隧道构造分为主体构造与附属构造两类，主体构造承担隧道结构安全与行车基本功能，附属构造保障隧道运营管理与维护需求，具体设计要点如下：

（一）主体构造

主体构造包括洞身衬砌与洞门构造物，是隧道结构的核心承载部分，直接抵抗围岩压力与外部荷载。

1. 洞门构造物

洞门是隧道与路基的衔接部位，核心作用是保护洞口边、仰坡的岩（土）体稳定，防止崩塌、落石威胁行车安全，并对边、仰坡进行护坡处理。

洞门类型： 根据地形、地质条件及美观需求，常见类型包括 端墙式洞门（适用于地形平缓、围岩稳定的洞口）、翼墙式洞门（适用于边坡较陡、需加强边坡支护的洞口）、环框式洞门（适用于围岩坚硬完整、洞口开挖量小的情况）、柱式洞门（美观性强，适用于城市或旅游公路隧道）、台阶式洞门（适用于洞口地形高差较大的情况）、削竹式洞门（流线型设计，减少空气阻力，适用于高速公路隧道）、遮光式洞门 （适用于隧道出口紧邻居民区或对光线敏感区域，减少强光对驾驶员的刺激）等。

洞门构造关键参数： 为确保结构安全，洞门设计需满足以下要求 —— 洞口仰坡坡脚至洞门墙背的水平距离不应小于 1.5m，避免仰坡土体压溃洞门墙；洞门端墙与仰坡之间的水沟，其沟底至衬砌拱顶外围的高度不应小于 1.0m，确保排水畅通不浸泡衬砌；洞门墙顶应高出仰坡坡脚 0.5m 以上，防止雨水冲刷或小型落石越过洞门墙。

2. 洞身衬砌

洞身衬砌是隧道内部的承载结构，主要作用是传递围岩压力至地基，保护隧道内部空间稳定，其设计需结合围岩级别确定类型与厚度（如 Ⅰ、Ⅱ 级围岩可采用薄衬砌，Ⅴ、Ⅵ 级围岩需采用厚衬砌或复合衬砌）。

3. 明洞构造

明洞是指隧道洞口段或特殊地段（如覆盖层薄、受塌方威胁区域）采用露天开挖后再浇筑的衬砌结构，适用于以下场景： 一是洞顶覆盖层较薄（通常小于 2m），难以用暗挖法施工；二是洞口或路堑地段受塌方、落石、泥石流、雪害等灾害威胁；三是道路与道路、道路与铁路需立体交叉但不宜修建立交桥 。

明洞类型： 主要分为 拱式明洞与棚式明洞 两大类。

拱式明洞： 按荷载分布可分为路堑对称型（适用于边坡对称、围岩稳定的路堑地段）、路堑偏压型（适用于边坡不对称、一侧压力较大的路堑地段）、半路堑偏压型（适用于地形一侧陡峭、一侧平缓的半路堑地段）、半路堑单压型（适用于一侧边坡较陡、另一侧为山体的地段）。其整体性好，能承受较大垂直压力与侧压力，外墙基础必须稳固，必要时需增设仰拱，常用于抵抗较大塌方推力、滑坡下滑力或支撑边坡稳定。

棚式明洞： 按构造可分为墙式（适用于边坡较缓、侧压力小的情况）、刚架式（适用于地形复杂、需灵活调整结构的情况）、柱式（适用于地基承载力较好、侧压力小的情况）、悬臂式（适用于一侧紧邻山体、另一侧悬空的地段）。其适用条件为受地形、地质限制难以修建拱式明洞，且边坡仅有小量塌落掉块、侧压力较小时；内边墙可采用重力式结构或锚杆式结构（节省材料），外边墙根据受力需求采用墙式、刚架式或柱式结构。

4. 洞身类型及构造

洞身类型：按隧道断面形状划分，常见类型包括曲墙式（适用于 Ⅴ、Ⅵ 级软岩或土体围岩，能更好适应围岩侧压力）、直墙式（适用于 Ⅰ～Ⅳ 级坚硬岩或较坚硬岩围岩，结构简单、施工方便）、连拱式（适用于双线公路隧道或城市隧道，减少占地面积，但结构受力复杂）。

洞身构造组成：主要包括一次衬砌（初期支护，如喷射混凝土、锚杆、钢支撑，及时抵抗围岩初期压力）、二次衬砌（永久支护，通常为模筑混凝土，承担长期围岩压力与外部荷载）、防排水构造（如防水板、止水带、排水管，防止地下水渗入隧道内部）、内装饰（如防火涂料、瓷砖，提升美观性与防火性能）、顶棚（保护内部管线，减少灰尘堆积）及路面（通常为水泥混凝土或沥青混凝土路面，满足行车荷载与抗滑要求）。

（二）附属构造

附属构造是保障隧道正常运营与维护的辅助设施，涵盖运营管理、维修养护、给水排水、供蓄发电、通风、照明、通信、安全等多个系统。例如，通风系统（适用于长隧道，采用机械通风或自然通风，确保洞内空气质量）、照明系统（分为入口段、过渡段、中间段、出口段，避免驾驶员出现 “黑洞效应” 或 “白洞效应”）、安全系统（如应急通道、消防设施、监控摄像头，应对突发事故）、给水排水系统（排除洞内积水与运营废水，供应消防用水）等，各系统需根据隧道长度、交通量、地理位置等因素综合设计。