有关隧道围岩的分级

关于隧道围岩的分级

最近一段时间学习了关于隧道围岩分级的问题，逐渐的了解了隧道的施工工艺及工序，也在网上查找了一些关于围岩问题的文章，学习了，很深奥，有很多东西还是不能够理解，希望能交到良师益友向您学习，本文章来自于，我整理了下，其中有些内容是我通过查找规范所得。

《公路隧道设计规范JTGD70-2004》 《公路工程地质勘察规范JTJ064-98》 《岩土工程勘察规范GB50021-2001》 《水工隧洞设计规范》（SL279-2002） 《工程岩体分级标准》（GB50218-94） 《铁路隧道设计规范》(TB10003-2005) 《地铁设计规范》（GB50157-2003）

《锚杆喷射混凝土支护技术规范》(50086-2001) 《公路隧道施工技术规范》（JTJF60-2009） 《工程岩体分级标准》（GB50218-94） 名词解释：

围岩：围岩是隧道开挖后其周围产生的应力重分布范围内的岩体，或指隧道开挖后对其稳定性产生影响的那部分岩体，（这里所指的岩体是土体与岩体的总称）

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在不同的岩体中开挖隧道后岩体所表现出的性态是不同的，可归纳为充分稳定、基本稳定、暂时稳定和不稳定四种。

岩爆：岩体中聚积的弹性变形能在地下工程开挖中突然猛烈释放，使岩石爆裂并弹射出来的现象。轻微的岩爆仅剥落岩片，无弹射现象。严重的可测到4.6级的震级 ，一般持续几天或几个月。发生岩爆的原因是岩体中有较高的地应力，并且超过了岩石本身的强度，同时岩石具有较高的脆性度和弹性。这时一旦地下工程破坏了岩体的平衡，强大的能量把岩石破坏，并将破碎岩石抛出。预防岩爆的方法是应力解除法、注水软化法和使用锚栓-钢丝网-混凝土支护。

在JTJD70-2004《公路隧道设计规范》中关于隧道围岩级别划分为六级，级别越大围岩越差，六级为土，但目前实施中不同，《岩土工程勘察规范GB50021-2001》中规定地下铁道围岩分类应按GB50307-1999《地下铁道，轻轨交通岩土工程勘查规范》, GB50307-1999《地下铁道，轻轨交通岩土工程勘查规范》中的围岩分类方法引自原《铁路隧道设计规范》(TB10003-1999)围岩分级是根据《工程岩体分级标准》（GB50218-94）结合工程经验得来的，勘察是为设计服务的，所以在地铁工程勘察中，如果还利用地铁勘察规范进行围岩分类，易给设计带来不便。

公路隧道围岩分级将围岩分为6级，给出了主要围岩的工程地质特征、结构特征，和完整性等指标并预测了隧道开挖后可能出现的塌方、滑动、膨胀、挤出、岩爆、突然涌水、及瓦斯突出等失稳的部位和地段，给出了相应的工程措施，

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围岩分级的概念

各种围岩的物理性质之间存在一定的内在联系和规律，依照这些联系和规律，可将围岩划分为若干级，这就是围岩分级。

1、 目前，隧道围岩分级是设计、施工的基础（工程类比法就是

建立在围岩分级的基础上的）。

围岩分级的目的是：

① 作为选择施工方法的依据，

② 进行科学管理及正确评价经济效益， ③ 确定结构上的荷载（松散荷载） ④ 给出衬砌结构的类型及其尺寸

⑤ 制定劳动定额、材料消耗标准的基础等等。 比较理想的分级方法是：

① 确定客观，有定量指标，尽量减少因人而异的随机性。 ② 便于操作使用，适于一般勘察单位所具备的技术装备水平。 ③ 最好在挖开地层前得到结论。

人们对围岩的认识是不断深入的从国外的情况：

土石方工程分类法（开挖的难易程度）→岩石的坚固性来分类：如岩石的坚固性系数f→

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RQD →从围岩稳定性出发分类来代替多年沿用的坚固性为基础的分类

从分级指标看： 大多数从定性描述 经验判断和定量描述

以隧道围岩的稳定性为基础进行分级是隧道围岩分级的总趋势。 另外的发展趋势：以岩体为对象、与地质勘探结合、与设计施工结合、定量化。

二、影响围岩稳定性的主要因素 1、地质因素 (1)岩体结构特征

岩体的结构特征可以简单地用岩体的破碎程度或完整性来表示，在某种程度上它反映了岩体受地质构造作用的严重程度。

岩体的破碎程度或完整状态是指构成岩体的岩块的大小及这些岩块的组合排列形态。

（2）结构面性质和空间组合

在块状或层状结构的岩体中，控制岩体破坏的主要因素是如软弱结构面的性质及它们在空间的组合状态。

从下述的5个方面来研究结构面对地下工程围岩稳定性的大小： ① 结构面的成因及其发展史

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② 结构面的平整、光滑程度。

③ 结构面的物质组成及其充填物质的情况 ④ 结构面的规模与方向性 ⑤ 结构面的密实与组数 （3）岩石的力学性质

在整体结构的岩体中，控制围岩稳定性的主要因素是岩石的力学性质，尤其是岩石的强度，一般快来说，岩石强度越高，洞室越稳定。 （4）围岩的初始应力场

围岩的初始应力场是地下工程围岩变形，破坏的根本作用力，它直接影响围岩的稳定性。 （5）地下水状况

地下水对围岩的影响主要表现在： ① 软化围岩 ② 软化结构面 ③ 承压水作用

2、工程活动所造成的人为因素 （1）地下洞室尺寸和形状

在同一级（类）围岩中，洞室跨度愈大，围岩的稳定性就愈差。 地下洞室的形状主要影响开挖后围岩的应力状态。 （2）施工中采用的开挖方法

开挖方法对地下工程围岩性的影响较为明显，在分级（类）中必须予以考虑。

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三、分级（类）的因素指标及其选择 1、单一的岩性指标

包括岩石的抗压和抗拉强度、岩石坚固性系数f、弹性模量等物理力学参数，以及如抗砖性、抗爆性等工程指标。

3、 单一的综合岩性指标

它表明指标是单一的，但反映的因素却是综合的。

“岩石质量指标”（RQD-Rock Quality Designation）也是反映岩体破碎程度和岩石强度的综合指标。所谓岩石质量指标是指钻探时岩芯复原率，或称岩芯采取率。

RQD=（10cm以上岩芯累计长度／单位钻孔长度）×100 洞室围岩自稳的时间t（s）=C×L（1+a） 式中，L——坑道未支护地段的长度。

a——视围岩情况在0-1之间变化，好的岩体可取a=0，极差的a=1.0，

C——视围岩条件而定的系数。 3、复合指标

（1）巴顿等人所提出的“岩体质量Q”Q与6个表明岩体质量的地质参数有关，表示为

Q=（RQD/Jn）·（Jr/Ja）·(Jw/SRF)式中

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RQD为岩石质量标准，Jn为节理组数目，Jr为节理粗糙度，Ja为节理蚀变值，Jw为节理含水折减系数，SRF为初始应力折减系数。

（3） 我国总参工程兵坑道工程围岩分类中所采用的岩体质量指

标Rm和应力比So

Rm=Rc×Kv×Kw×Kj

式中，Rc——岩石单轴饱和极限抗压强度，

Kv——掩体完整性系数，岩体愈完整，取值愈大，变化范围为1.0-0.08，由实测值确定

Kw——地下水影响折减系数，变化范围为1.0-0.4，无水时取1.0，视具体情况由经验确定。

Kj——岩层面产状要素影响折减系数，变化范围为1.0-0.5. S=Rm/m

式中，m——最大垂直地应力。

（3）《水工隧洞设计规范》（SL279-2002）围岩工程地质分类和国标《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB50086-2001）所采用的围岩/岩体强度应力比S，S综合考虑了岩石强度，岩体完整性和地应力的因素。 S=Rc×Kv÷ξm S=Rc×Kv÷ξ1

式中，Rc——岩石饱和单轴抗压强度， Kv——岩体完整性系数。

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ξm——围岩的最大主应力， ξ1——垂直洞轴线的较大主应力，

（4）国标《工程岩体分级标准》（GB50218-94）也采用了两个复合指标-岩体基本质量指标BQ和修正的岩体基本质量指标（BQ）

根据以上对分级（类）指标的分析，可以得到如下结论： ① 应选择对围岩稳定性（主要表现在变形破坏特性上）有重大影响的主要因素，

② 选择测试设备比较简单，人为性小，科学性较强的定量指标， ③ 主要分级（类）指标要有一定的综合性，最好采用复合指标，以便全面、充分地反映围岩的工作性质，并应有足够的实测质料为基础。

四、国内主要地下工程围岩分级（类）标准 （一）《铁路隧道设计规范》的围岩分级

目前铁路隧道围岩分级采用两种方法，即以围岩稳定为基础的分级方法和按弹性波（纵波）速度的分级方法。

1、 围岩分级的基本因素 （1） 岩石坚硬程度

根据单轴饱和极限抗压强度Rc分为5级，即极坚岩、硬质岩、较软岩、软岩、极软岩。

岩石坚硬程度划分

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单轴饱和抗岩石类别 压强度Rc/MPa 硬质岩 极硬岩 ＞60 花岗岩、闪长岩、玄武岩等岩浆岩，硅岩、钙质胶结的砾岩及砂岩、石灰岩、白云岩、硬岩 30-60 等沉积岩、片麻岩、石英岩、大理岩、板岩、片岩等变质岩 较软岩 软岩 极软岩 15-30 5-15 ＜5 凝灰岩等喷出岩，砂砾岩、泥质砂岩、泥质页岩、灰质页岩、泥灰岩、泥岩、煤等沉积岩、 云母片岩或千枚岩等变质岩 代表性岩石 软质岩 （2） 岩体的完整程度

主要是指围岩被各种结构面切割成单元体的特征及其被切割后的块度大小。它是评价围岩稳定程度最直接、最重要的指标。

为了衡量围岩的完整程度要考虑的因素

按照软弱面的产状、贯通性以及充填物的情况、可将围岩分为：完整、较完整、较破碎、破碎、极破碎。

按照围岩受地质构造影响的程度，可将围岩分为：构造变动轻微、较重、严重、很严重。

按照节理（裂痕）发育程度的不同又分为：节理不发育、节理较发育、节理发育及节理很发育。

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按照岩体风化程度的不同将围岩分为：风化轻微、较重、严重、极严重四级。 岩体完整程度划分 完整程度 结构面状态 结构面1-2，以构造型节理或层面为主，密闭性 结构面2-3组，以构造型节理，层较完整 面为主，裂隙多呈密闭型、部分为轻微型，少有充填物 结构面一般为3组，以节理及风化较破碎 裂隙为主，在断层附近受构造作用层状结构、块石影响较大，裂隙以微张性和张开型为主，多有充填物 结构面大于3组，多以风化型裂隙破碎 为主，在断层附近受构造作用影响大，裂隙宽度以张开型为主，多有充填物 结构面杂乱无序，在断层附近受断极破碎 层作用影响大，宽张裂隙全为

散体状结构 ≤0.15 碎石角砾状结构 0.15-0.35 碎石结构 0.35-0.55 块状结构 0.55-0.75 结构类型 巨块状整体结构 岩体完整性指数 完整 ＞0.75 * *

2、 围岩基本分级及其修正 （1） 基本分级 《铁路隧道设计规范》将单、双线铁路隧道的围岩划分为六级。 （2） 隧道级别的修正 地下水影响的修正 根据单位时间的渗水量可将地下水状态分为3级。 铁路隧道围岩分级 级别 围岩主要工程地质条件 主要工程地质特征 硬质岩（单轴饱和极限抗压强度RcⅠ ≥60Mpa）受地质构造影响轻微，节理不发育，无软弱面（或夹层），层状岩层为厚层，层间结合良好 硬质岩Rc＞30Mpa受地质构造影响较重，节理较发育，有少量软弱面（或夹层）和贯通微张节理，但其产状及其组合关系不致产生滑动，层状Ⅱ 岩层为中层或厚层，层间结合一般，很少有分离现象或为硬质岩偶夹软质岩石 硬质岩Rc=30Mpa，受地质构造影响轻微，节理不发育层状岩层为厚层，层间结合良好 硬质岩（Rc＞30Mpa）受地质构造影响较重，节理较发育，有层状软弱面（或夹层）但其产状及组合不致产生滑动层状岩层为中层或薄层，层间Ⅲ 结合差，多有分离现象或为硬、软质岩石互层 软质岩（Rc=5-30Mpa）受地质构造影响较重、节理较发育，层状岩层为薄层、中层或厚层、层间结合一般 Ⅳ 硬质岩（Rc＞30Mpa）受地质构造成大块状砌体结构 呈碎石状压碎结构 拱部无支护时可1.5-3.0 呈块（石）碎（石）状镶岩结构 拱部无支护时可产生小的坍塌侧壁基本稳定、爆破震动过大易坍塌 2.5-4.0 呈巨块状整体结构 呈大块状砌体结构 暴露时间长可能会出现局部小坍塌、侧壁稳定。层间结合差的平缓岩层、极易坍塌 3.5-4.5 呈巨快状整体结构 围岩稳定无坍塌可能产生岩爆 ＞4.5 结构特征和完整状态 围岩开挖后的稳定状态（单线） 围岩弹性纵波速度（Km/s） * *

影响很重，节理很发育层状软弱面（或夹层）以基本被破坏 软质岩（Rc=5-30Mpa）受地质构造影响严重、节理发育 土体：1、略具压密或成岩作用粘性土或砂类土 1和2显大块状压密结构，3呈巨块状整体结构 围岩易坍塌、处理呈角（砾）碎（石）不当会出现大坍状松散结构 塌、侧壁经常小坍塌、浅埋时 易出现地表下沉（陷）或坍塌至地表 围岩极易坍塌变形，有水时土砂常与水一起涌出，钱埋时易坍塌至地表 ＜1.0（饱和状态的土＜1.5 1.0-2.0 2、黄土（Q1、Q2） 3、一般钙质铁质胶结的碎、卵石土大块石土 岩体：软岩，岩体破碎至极破碎，全部及软岩及全部及破碎岩（包括受构造影响严重的破碎带） Ⅴ 土体：一般第四系坚硬，硬塑的粘性土，稍密及以上、稍湿或潮湿的碎石土、卵石土、圆砾土、角砾土、粉土及黄土（Q3、Q4） 岩体：受构造影响很严重呈碎石、角砾及粉末、泥土状的断层带 Ⅵ 土体：软塑状粘性土、饱和的粉土、砂类土 产生较大的坍塌、侧壁有时候失去呈块（石）碎（石）稳定 状镶岩结构 非粘性土呈松散结构、粘性土及黄土呈松散结构 呈松软结构 粘性土呈易蠕动的松软结构、砂性土呈潮湿松软结构 地下水状态的分级 级别 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 状态 干燥或湿润 偶有渗水 经常渗水 渗水量（1/min·10m） ＜10 10-25 25-125 根据地下水状态对围岩级别进行修正。 地下水影响的修正 地下水状态围岩级别 * *

分级 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅰ Ⅰ Ⅰ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅲ Ⅲ Ⅲ Ⅳ Ⅳ Ⅳ Ⅳ Ⅴ Ⅴ Ⅴ Ⅴ Ⅵ Ⅵ Ⅵ —— —— —— 围岩初始地应力状态修正 初始地应力状态评估 初始应力状态 主要现象 硬质岩:开挖过程中有时岩爆发生.有岩块弹出,洞壁岩体发生剥离,新生裂缝多,极高应力 成洞性差. 较质岩:岩芯常有饼化现象,开挖过程中洞壁岩体有剥离,位移极为显著，甚至发生大位移，持续时间长，不易成洞。 硬质岩：开挖过程中可能出现岩爆，洞壁岩体有剥离和掉快现象，新生裂缝较高应力 多，成洞性较差 软质岩：岩芯时有饼化现象，开挖过程中洞壁岩体位移显著，持续时间长，成洞性差 初始地应力 4-7 ＜4 评估基准Rc/ξmax * *

初始地应力状态 极高应力 高应力 Ⅰ Ⅰ Ⅰ Ⅱ Ⅱ Ⅱ 围岩级别 Ⅲ Ⅲ或Ⅳ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅳ或Ⅴ Ⅴ Ⅵ Ⅵ 风化作用的影响 隧道洞深埋深较差，应根据围岩受地表的影响情况进行围岩级别修正。当围岩为风化层时应按风化层的围岩基本分级考虑。围岩仅受地表影响时，应较相应围岩降低1-2级。 （二）国标《工程岩体分级标准》（GB50218-94） 采取两步走的方法：先确定岩体基本质量，再结合具体工程的特点确定岩体级别。 1、 分级因素及其确定方法 本分级标准认为岩体基本质量应有岩体坚硬程度和岩体完整程度两个因素确定。 岩体完整程度可分为：完整、较完整、较破碎、破碎、极破碎、岩体完整程度划分的定量指标采用岩体完整性指数Kv. Kv与定性划分的岩体完整程度的对应关系 Kv 完整程度 2.岩体基本质量分级

＞0.75 完整 0.75-0.55 较完整 0.55-0.55 较破碎 0.35-0.15 破碎 ＜0.15 极破碎 * *

岩体基本质量分级可根据上述的分级因素结合岩体基本质量指标BQ进行。 岩体基本质量指标BQ应根据Rc的兆帕数值和Kv值计算而得。 BQ＝90+3Rc+250Kv 当Rc＞90Kv+30时，应以Rc＝90Kv+30和Kv代入式计算BQ值， 当Kv＞0.04Rc+0.4时，应以Kv＝0.04Rc+0.4和Rc代入式计算BQ值。 岩体基本质量分级 基本质量级别 Ⅰ Ⅱ 岩体基本质量的定性特征 坚硬岩，岩体完整 坚硬岩。岩体较完整，较坚硬眼、岩体完整 坚硬岩、岩体较破碎、较坚硬岩或软Ⅲ 硬岩互层，岩体较完整，较软岩，岩体完整 坚硬岩、岩体破碎，较坚硬岩，岩体Ⅳ 较破碎，破碎，较软岩，或较硬岩互层，且以软岩为主，岩体较完整-较破碎，软岩，岩体完整-较完整 Ⅴ 较软岩，岩件破碎，软岩，岩体较破≤2502、 350-251 450-351 岩体基本质量指标BQ ＞550 550-451 * *

碎-破碎，全部及软岩及全部级破碎岩 3、 工程岩体级别的确定 修正的岩体基本质量指标【BQ】 【BQ】＝BQ-100(K1+K2+K3) 式中，【BQ】——岩体基本质量指标修正值 BQ——岩体基本质量指标 K1——地下水影响修正系数 K2——软弱结构面产状影响修正系数 K3——初始应力状态影响修正系数。 地下水影响修正系数K1 BQ 地下水出水状态 ＞450 潮湿或点滴状出水 淋雨状态或涌流状出水，水压≤0.1Mpa或单位出水量≤10L/（min·m） 淋雨状态或涌流状出水，水压＞0.1Mpa或单位出水量＞10L（min·m） 主要软弱结构面产状影响系数K2 结构面产状及结构面走向与洞结构面走向与其他组合 0.2 0.4-0.6 0.7-0.9 1.0 0.1 0.2-0.3 0.4-0.6 0.7-0.9 0 450-351 0.1 350-251 0.2-0.3 ≤250 0.4-0.6 * *

其与洞轴线的轴线夹角＜30°，洞轴线夹角＞组合关系 结构面倾角为30°-75° K2 0.4-0.6 60°，结构面倾角＞75° 0-0.2 0.2-0.4 初始应力状态影响修正系数K3 初始应力状态 极高应力 高应力区 ＞550 550-451 BQ 450-351 350-251 1.0-1.5 ≤250 1.0 1.0 1.0-1.5 1.0 0.5 0.5 0.5 0.5-1.0 0.5-1.0 根据【BQ】值可重新确定工程岩体的质量级别 4.地下工程岩体自稳能力 地下工程岩体自稳能力 岩体级别 Ⅰ 自稳能力 跨度≤20m，可长期稳定，偶有掉快，无塌方，跨度10-20m，可基本稳定，局部可发生掉快或塌方，跨度＜10m，可长期稳定，偶有掉快 Ⅱ 跨度10-20m，可稳定数日到1个月，可能发生小中塌方，跨度5-10m，可稳定数月，可发生局部块体位* *

移及小-中塌方，跨度＜5m，可基本稳定 Ⅲ 跨度为10-20，可稳定数日到一个月，可能发生小中塌方，跨度5-10m，可稳定数月，可发生局部块体位移及小-中塌方，跨度＜5m，可基本稳定 Ⅳ 跨度＞5m，一般无自稳能力，数日-数月内可发生松动变形，小塌方，小塌方进而发展为中-大塌方，埋深小时，以拱部松动破坏为主，埋深大时，有明显塑性流动变形和挤压破坏，跨径≤5m，可稳定数日至一个月 Ⅴ 无自稳能力 （三）《地铁设计规范》的围岩分级 2003年发布的《地铁设计规范》（GB50157-2003）规定：暗挖结构的围岩分级按现行《铁路隧道设计规范》确定。 （四）《公路隧道设计规范》的围岩分级 《公路隧道设计规范》（JTJGD70-2004）围岩分级的思路、方法和采用的分级指标与国标《工程岩体分级标准》（GB50218-94）完全相同，即采用了两部分级法，只是分级的对象范围更广，包括了土体。 围岩基本质量围岩级别 围岩或土体主要定性特征 指标BQ或修正的围岩基本质量指标【BQ】 * *

Ⅰ 坚硬岩，岩体完整，巨块体状或巨厚层状结构 坚硬岩。岩体较完整，块状或厚层状＞550 Ⅱ 结构 较坚硬岩，岩体完整，块状整体结构 坚硬岩、岩体较破碎、巨块（石）碎550-451 Ⅲ （石）碎石状镶嵌结构 较坚硬岩或软硬岩互层，岩体较完整，块状体或中厚层结构 坚硬岩、岩体破碎，碎裂结构 较坚硬岩，岩体较破碎，破碎，镶嵌碎裂结构 较软岩或较硬岩互层，且以软岩为主，450-351 350-251 Ⅳ 岩体较完整-较破碎，中薄层状结构 土体：（1）压密或成岩作用的粘性土及砂性土 （2）黄土（Q1、Q2） （3）一般钙质岩，铁质胶结的碎石土，卵石土、大块石土 较软岩，岩件破碎。 Ⅴ 软岩，岩体较破碎-破碎， 极破碎各类岩体，碎，裂状，松散结≤250 * *

构 一般第四系坚硬，硬塑的粘性土，稍密及以上、稍湿或潮湿的碎石土、卵石土、圆砾土、角砾土、粉土及黄土（Q3、Q4），非粘性土呈松散结构，粘性土及黄土呈松软结构 土显松软结构 Ⅵ 软塑状粘性土及潮湿，饱和粉细砂层，软土等 （六）《水工隧道设计规范》的围岩分级 规范规定：水工隧道的围岩分类，岩洞按《水利水电工程地质勘查规范》（GB50287-99）的规定执行，土洞按《水工试验规程》（SL237-1999）的规定执行。 《水利水电工程地质勘查规范》的围岩工程地质分类以控制围岩稳定的岩石强度，岩体完整程度，结构面状态、地下水和主要结构面产状5项因素之和的总评分为基本判据，围岩强度应力S为限定判据。 围岩类别 围岩稳定性 围岩总评分T 围岩强度应力比S * *

Ⅰ 稳定，围岩可长期稳定，一般无不稳定块体 Ⅱ T＞85 ＞4 基本稳定，围岩整体稳定，不会产生塑性变形，85≥T局部可能产生掉快 局部稳定性差,围岩强度不足，局部会产生口塑＞65 ＞4 Ⅲ 性变形，不支护可能产生塌方或变形破坏，完整的较软岩，可能暂时稳定 Ⅳ 不稳定，围岩自稳时间较短，规模较大的各种变形任何破坏都可能发生 65≥T＞45 ＞2 45≥T＞25 T≤25 ＞2 Ⅴ 级不稳定。围岩不自稳，变形破坏严重

围岩总评分T是5项因素的评分之和，岩石强度、岩体完整程度、结构面状态、地下水状态、主要结构面产状这5项因素的评分都有一定的评分标准。

（七）《锚杆喷射混凝土支护技术规范》的围岩分级规范规定：围岩规范规定：围岩级别的划分，应根据岩石坚硬性、岩体完整性、结构面特征、地下水和地应力状况等因素综合确定。