围岩分类及木坡水电站引水隧洞地质构造等

木坡水电站引水隧洞地质构造与地层岩性 木坡水电站围岩划分标准 岩体自稳能力

名词解释

隧道中围岩指的是什么？

隧道衬砌结构周围的地层或岩体称为围岩。

地下洞室周边由于开挖受到扰动和影响的那一局部〔即产生破坏圈、松动圈和松驰圈〕岩体〔地质体〕通常称为围岩。建立围岩分类系统的目的主要是解决地下工程支护设计问题，在围岩分类的框架内总结已有的工程经验。其实用价值，已为国内外地下工程界所公认。围岩分类能把自已遇到的工程情况与别人遇到过的工程情况联系起来进展类比，这样的分类系统实际上起着一种桥梁作用。我们的工程地质工作，即使作了力求详尽的地质描述，获取了力求准确的岩石物理力学指标，而不与支护设计相结合，对围岩的整体稳定性进展分类处理和评价，这样的零散资料堆积，设计工程师是无法应用的。

需工程地质工作者解决的三大稳定之一：隧道围岩的稳定

隧道围岩不稳定性一般有：坍方、剥落、滑移、岩爆、碎裂松动、塑流涌出，膨胀内鼓等等，隧道稳定性就是指抵抗上述破坏，保持隧道围岩稳定，安全的力学性质。它与地质、气候、水文、人为活动等因素相关。目前围岩稳定性的研究方法主要包括：理论分析法、模拟研究法和现场试验法等。

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围岩分类

围岩分类就是从工程应用的目的出发，依据岩体的稳定性进展的分类。 岩体开挖后，洞室周围岩体应力发生变化，导致岩体应力重新分布。将应力发生显著变化区域的岩体〔围岩〕根据工程地质成因、岩体结构、地质构造进展综合分析，以评定洞室围岩性质，判断围岩是否稳定，确定山岩压力，提出支护设计方案和确定施工方法。目前我国地下工程施工设计中经常采用的围岩分类主要有五种。

1 国家标准中的围岩分类。GB50086-2001《锚杆喷射混凝土支护技术规X》〔该规X是分级与围岩的分类等同使用〕，该规X由冶金工业部主编。冶金、煤炭工业系统多采用该规X中围岩分类法。GB50287-99《水利水电工程地质勘察规X》。

2 普氏分类法。原苏联M.M普罗托奇雅可诺夫根据岩石巩固系数和岩体弱化系数A，对围岩进展分类，我国20世纪70年代以前在巩固岩体中大多采用普氏分类法。

3 比耶涅夫斯地体地质力学分类。该分类法的优点是综合考虑岩石的单轴抗压强度、RQD、节理状态、节理间距、地下水等五个综合因素，确定围岩等级，再根据节理产状进展修正，最后确定将围岩分成五个等级，具有工程意义。

4 巴顿分类。挪威著名人士N.巴顿根据岩石质量对围岩进展定量评价、分类。在我国，20世纪60-80年代很多工程多采用巴顿围岩分类法。

5 水利水电地下工程围岩分类。水利水电地下工程围岩分类是根据围岩稳定性与其变形破坏机理，来判断洞室周围岩体特性。在对围岩进展分类前，该方法首先根据洞室围岩变形破坏根本类型、形式、岩体完整性、岩石强度、岩体结构

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和地下水等综合因素影响，定性评价围岩分类，然后再根据各有关要素指标对围岩进展定量分类。各有关要素指标根本上和巴顿岩体质量指标评价中考虑的因素影响相类似。所不同的是对水文地质的影响考虑更进一步，对地下水渗透量、涌水状态压力水头值都深入研究，而最后确定水电地下工程详细围岩分类。

本工程采用《中小型水利水电工程地质勘察规X》SL55-2005

关于超前地质预报与超前勘探

根据《水利水电工程施工地质勘察规程》SL313-2004

5.2.5施工期间，对未开挖洞段可能遇到的影响洞室施工安全或围岩稳定的重大工程地质问题时，应提出超前勘探的建议。

5.3地质预报与建议

遇以下情况时，应进展超前地质预报 1深埋隧洞和长隧洞。

2开挖揭露的地质情况与前期工程地质勘察资料有较大出入。

3预计开挖前进方向可能遇到重大不良地质现象〔断层破碎带、喀斯特、软弱层带、含有害气体的地层、突泥、突水等〕。

5.3.2遇以下现象时，应对其产生原因、性质和可能的危害作出分析判断，并与时进展预报：

1围岩不断掉块，洞室内灰尘突然增多，支撑变形或连续发生响声。 2围岩顺裂缝错位、裂缝加宽、位移速率加大。 3出现片帮、岩爆或严重鼓胀变形。

4出现涌水、涌砂、涌水量增大、涌水突然变浑浊现象，地下水化学成分产

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生明显变化。

5枯燥岩质洞段突然出现地下水流，渗水点位置突然变化，破碎带水流活动加剧，土质洞段含水量明显增大。

6地温突然发生变化，洞内突然出现冷空气对流。

7钻孔时，纯钻进速度加快且钻进回水消失，经常发生卡钻。 5.3.3施工地质预报应包括以下内容：

1未开挖洞段的地质情况和可能出现的工程地质问题。

2可能出现坍塌、崩落、岩爆、臌胀、涌沙、突泥、突水的位置、规模与开展趋势，含有害气体地层的位置。 5.3.4围岩处理措施建议应包括以下内容：

1开挖处理的位置、X围、深度和体积。 2置换、回填处理的位置、X围和深度。 3固结灌浆的X围和深度。 4支护的类型、X围和时机。

5防渗帷幕、排水孔〔洞〕的位置、深度方向。 6地下水的排、截、堵、引。

隧洞施工超前地质预报方法浅探

一、超前地质预报工作概况 ⑴超前地质预报工作概况

超前地质预报为掘进施工中隧洞地质监测的重要组成局部，它包括隧洞围岩描述、水文地质监测、施工地质测绘、围岩变形监测、围岩类别判别、仪器现场量测、不良地质体预报与相应的地质、测试资料分析和成果整理等工作，并与时

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提供超前地质预报成果资料。

⑵超前地质预报工作实施特点

超前地质预报工作主要是对围岩与水文地质条件进展监测、对不良地质体进展预报，与时获取现场第一手地质资料和仪器测试数据，是地质预报工作成败的关键，同时现场地质工作和仪器测试与隧洞掘进施工相互干扰、又相辅相成。因此，进展超前地质预报的地质工程师要在充分了解前期地质工作的根底上，对隧洞的工程与水文地质条件进展认真的调查，时时跟进施工，在检修维护的空隙时间里与时的进展仪器测试，保证采集的资料、数据准确无误，并尽快提供分析成果，为围岩支护和不良地质体的超前处理提供依据。

二、超前地质预报工作项目和内容

超前地质预报工作包括：隧洞围岩描述、围岩监测、水文地质监测、施工地质测绘、围岩类别判别等常规地质预报和超前地质勘探、超前仪器现场量测、不良地质体长距离预报等超前地质预报，以与相应的地质、测试资料分析和成果整理等工作。

⑴常规地质预报是指：对已开挖洞段与时进展地质编录、测绘、取样与试验，依据围岩的风化、裂隙发育状况与开挖石渣的粒径、形状、质量状况和较大渗水点的渗水量、水温、ph值、导电性等条件，预报掌子面前方未开挖地段的地质情况、可能出现的不良地质体与围岩类别。

⑵超前地质预报是指：为防止掘进时遭遇未知的不良地质体而进展的超前地质勘察、超前勘探钻孔、超前仪器测试等，对隧洞掌子面前方长距离X围内的不良地质体进展预报。所采用的主要手段为：地面地质预测、超前钻孔、地质雷达测试、地震波超前测试等，然后将采集的数据进展整理，从而对不良地质体可能

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被揭示的位置进展预报。

三、超前地质预报的方法和步骤浅析

超前地质预报依据预报距离可分为长期〔长距离〕和短期〔短距离〕两种预报形式。

3．1 长期超前地质预报

长期超前地质预报分为两个局部：地面不良地质体预报勘察和隧洞内长距离仪器探测，它是由两种或两种以上的勘察技术手段和技术进展的综合预报。

⑴地面超前地质预报工作方法

①首先收集、整理工程区区域地质资料，结合地质调查进展资料分析，研究区域断裂发育规律，从而判断工程区优势断裂发育方向、规模与可能出现的地质灾害；

②仔细分析前期地质资料，并进展现场复核和勘察，在地表准确鉴别不良地质体的性质、位置、岩体质量，准确调查和测量不良地质体空间展布参数；

③应用地面地质界面和地质体的延展规律与推算理论进展室内分析； ④依据前述的分析结果，对可能出现不良地质体的性质和位置进展初步预报。

⑵隧洞内仪器超前探测

隧洞内仪器超前探测是在隧洞掘进中的维护保养期间，使用探测仪器进展探测，主要仪器有：tsp系列隧洞地震探测仪、浅层地震仪等。

①首先在隧道内人工制造一系列有规那么排列的轻微震源，震源发出的地震波逼到地层界面、特别是断层破碎带等不良地质体时产生的反射波，其传播速度、延迟时间、波形、强度和方向等均与相关地质体的性质密切相关，并通过不同的

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数据表现出来；

②通过震源反射波的数据采集系统〔传感器和记录仪〕进展数据采集，将数据输入带有处理软件的电脑，并经过计算机数学计算进展数据处理；

③将采集的数据资料转换为反响相关地质体反射能量的影视图像或隧道平面、剖面图；

④进展室内数据资料处理、分析，由工程技术人员进展解译，对隧道掌子面前方不良地质体的性质、位置和规模等予以超前地质预报。

最大探测距离可达掌子面前方500m，有效探测距离150m，最高分辨率1m。 3．2 短期超前地质预报

短期超前地质预报是在长期超前地质预报的根底上进展的，预报距离为掌子面前方15～50m。对于短期超前地质预报，主要是通过开挖石渣识别、掌子面地质素描，更重要的是采用地质雷达或超前钻孔进展探测。前者是通过对不同地质体标志确实认，以与不良地质体出现前的前兆标志，对不良地质体可能出露的位置进展预测和判断，必要时辅助进展超前地质钻探；后者地质雷达探测属于电磁波物探技术，通过电磁波的反射波和透射波的分时采集和数据组合分析，对不良地质体的类型、规模、位置进展预测。

⑴一般性超前地质预报

一般性超前地质预报是根据掘进的石渣〔常规钻爆法还包括掌子面〕、洞壁揭露的结构面与岩层与地表结构面与岩层的对应关系、以与揭露的不良地质体的特征，通过类比、推测预报掌子面前方是否存在不良地质体。

不良地质体在被揭露之前往往表现出一些明显或不明显前兆标志，这些标志的出现，预示着隧洞即将临近不良地质体，它们是超前地质预报的重要信息，因

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此，仔细观察、描述开挖石渣、洞壁结构面与岩层形态、量测结构面与岩层特征参数，是正确进展超前地质预报的关键。一些不良地质体的前兆标志：

①断层破碎带前兆标志：节理裂隙组数与密度剧增、岩石强度降低、出现压裂岩、碎裂岩、岩石风化相对强烈、泥质含量增加等。

②突水、突泥前兆标志：节理裂隙渗水量和组数增加、且常常含有泥质物或浑浊〔常规钻爆法的炮孔中的涌水量剧增、且夹有泥沙或碎石〕等。

③岩爆前兆标志：“饼〞状开挖石渣的数量增加、洞壁在短时间内出现“饼〞状脱落体或出现“片邦〞现象，以与轻微的岩石崩裂声等，严重时洞壁出现飞石。

⑵地质雷达探测预报

地质雷达探测预报属于电磁波物探技术，电磁波通过天线向掌子面前方发射，遇到不同阻抗介质时，将产生反射波和透射波，接收机利用分时采样原理和数据组合方式，把天线接收的信号转化为数字信号，主机系统再将数字信号转化为模拟信号或彩色线迹信号，并以时间剖面的形式显示出来，供解译人员分析预报不良地质体位置、规模与可能出现的施工地质灾害类型。

⑶进展超前钻孔探测

超前钻孔探测是通过携带的超前钻机或专门的地质钻机的钻探资料整理分析，包括：钻进速度、孔内情况、涌水量、岩芯描述等，分析、判断不良地质体的位置。

⑷短期超前地质预报的特点

①由于短期预报是在长期预报的根底上进展的，所以，预报的精度一般要超过长期超前地质预报，特别是对不良地质体性质的预报。

②短期超前地质预报针对性较强，一般不适合在隧洞全程进展，结合长期地

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质预报适时进展

3．3 施工地质灾害的警报

施工地质灾害警报是在短期超前地质预报根底上进展的，是隧洞超前地质预报的成果，对可能出现的施工地质灾害的类型、规模、位置，进展较为准确的警报，并将警报通知掘进操作手，与时采取应对措施。

⑴施工地质灾害警报的方法和步骤

①通过施工中出现的不良地质体前兆标志，作出正确的判断；

②与时提交书面的预警报告，内容包括不良地质体的前兆特征、识别的标志、准确定位、准确定性、预测地质灾害类型与规模和造成的影响程度等。

⑵施工地质灾害类型

施工地质灾害主要类型有：断层与破碎带塌方、涌水或突水、突泥，围岩不稳定结构体坍塌，片邦或岩爆，以与岩体蚀变、围岩大变形等等。

四、结语

超前地质预报是深埋长大隧洞掘进施工中，减少施工地质灾害、顺利进展施工的关键，但由于对不良地质体的认识和判别存在主观偏差，再加上勘测、测试手段的局限性和人为解译的差异性，因此，有时难以保证超前地质预报的准确和与时。

木坡水电站引水隧洞地质构造

1、两河口背斜〔Ⅰ4〕：分布于小金县抚边以北—两河口—四姑娘山岩东侧理县毕棚沟、牛棚子附近。西段轴线呈N50°W方向展布，核部为三叠系侏倭组砂板岩，两翼为新都桥组板岩夹砂岩，轴面和两翼向NE倒转，向SW倾斜，倾角50°～70°。中段呈向南凸出的弧形，核部为三叠系杂谷脑组厚块状砂，翼部为侏

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倭组，北翼倾向正北方向，倾角88°，南翼倾向正南方向，倾角73°。构成轴面直立的对称背斜。往NE轴面呈N70°E方向展布，至小金县双桥沟红杉林被燕山期四姑娘山花岗岩侵入破坏。东段被印支期牛心沟云闪正长岩体阻挡。1号支洞上游0+845

2、抚边倒转向斜〔Ⅰ5〕：分布于小金县抚边—斯德波—中海子至理县毕棚沟一带。西段轴向呈为N70°～50°W方向展布，轴面与两翼同向NE倒转，倾向SW，倾角68°～75°。翼部次级压性断层发育，棋盘格式剪切裂隙明显。中段呈向南微凸的弧形，北翼地层倾向S8°W，倾角73°，南翼地层倾向正北方向，倾角65°，构成轴面直立的对称向斜，向东延伸至双桥沟被鹿耳冲塘断层破坏。通往1号支洞钢架桥附近，桩号2+503。

3、长五间倒转背斜〔Ⅰ6〕：分布于小金县长五间—长河坝—木尔寨沟一带。轴线自西向东由N65°E逐渐转为N35°E，到日尔寨尾再变为EW向展布。轴面与两翼地层在长五间一带向NE倒转，向SW倾斜，倾角60°～68°；在长河坝一带两翼对称，呈对称背斜，核部与两翼地层分别为三叠系侏倭组砂板岩、新都桥组板岩夹砂岩。4号支洞上游，桩号6+508。

4、木坡向斜〔Ⅰ7〕：分布于工区中部，西起小金县大沟，经木坡、四道棚子、双桥沟东至理县毕棚沟。西段轴向呈N65～35°E方向展布，两翼地层倾角约70°，构成对称向斜，翼部次级斜歪褶曲发育，破劈理明显。轴线往西交于燕山万里城岩体，构成北陡南缓不对称向斜。向斜槽部与两翼地层分别为三叠系新都桥组和侏倭组。木坡通往4、5号支洞的钢架桥下游，从原勘察剖面图上了解为尖顶褶曲，岩层倾角较陡，围岩稳定性相对较好，但现场踏勘为圆顶褶曲，向斜核部地层水平，裂隙很发育，又是蓄水构造，地下水丰富对围岩稳定不利。桩号8+480。

T3x黑色与深灰色炭质板岩，粉砂质板岩与绢云板岩、夹褐灰色与灰色薄层细粒变质石英砂岩与粉砂岩。

T3zh灰～深灰色中厚层状变质细粒砂岩与灰色薄中层变质粉砂岩、含炭绢云板岩、粉砂质板岩不等厚韵律互层。

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简单介绍我国岩体力学创始人谷德振教授的地层加构造——不同的地层岩性具有不同的工程地质特点。

木坡水电站围岩类别划分标准

1、在围岩类别预报时，Ⅲ类围岩的划分标准为：岩体新鲜、微风化中厚层砂岩夹板岩，裂隙多闭合，偶有轻微锈染，岩体较破碎，一般发育2～3组结构面，结构面平均间距0.5～2m。层间结合一般～好或结合差，其结构类型为中、薄层状结构、块状结构或中厚层状结构，地下水活动轻微～中等〔渗水、滴水或大量滴水线状水流〕。

2、在围岩类别预报时，Ⅳ类围岩的划分标准为：岩石微风化或弱风化、弱卸荷，中厚层砂岩、板岩互层，发育3组以上结构面，岩体破碎，结构面平均间距0.1～0.5m，主要发育结构面间结合面的结合程度一般或结合差，其结构类型为碎裂状结构或层间结合不良的薄层、中厚层和软硬岩互层结构、散块状结构与块状结构和层间结合较好的中厚层或厚层状结构，个别裂面可见锈染、微X，岩体结构较松弛。地下水活动强度中等〔大量滴水线状水流〕，隧洞过沟浅埋段。

3、在围岩类别预报时，V类围岩的划分标准为：岩石强风化、强卸荷岩体、构造破碎带，褶曲轴部，板岩集中洞段，岩性软弱或岩体完整性极差，结构面杂乱无序或结构面平均间距＜0.1m，结合力很差，呈镶嵌碎裂结构～散体状结构，或上覆岩体单薄段，地下水活动中等～强烈〔大量线状流水或大量涌水〕。

4、开挖时塌落高度h〔参考值〕： Ⅲ类围岩：h=〔0.17～0.33〕B； Ⅳ类围岩：h=〔0.33～0.66〕B；

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Ⅴ类围岩：h=〔0.66～1.2〕B或更大。B：开挖跨度。〔以上参考值来源于《工程地质勘察规X与强制性条文实施手册》〕

5、一般初期支护措施建议：

Ⅲ类围岩局部稳定性较差，可采用喷砼或喷锚支护，拱顶系统锚杆；Ⅳ类围岩不稳定，开挖后宜与时支护，可采用挂网喷锚，必要时可全部衬砌或设钢拱架；V类围岩极不稳定，成洞条件差，建议遵循\"超前预加固，短进尺，弱爆破，强支护，勤量测，必要时衬砌紧跟\"的施工原那么；与支洞相交处，当为Ⅲ、Ⅳ类围岩时其上下游各10m建议降低一个围岩类别进展初期支护。

浅谈塌方：

造成隧道坍方的因素有哪些？

答：造成隧道坍方有地质因素，也有人为因素。其中地质因素有：

1隧道穿过断层与其破碎带，一经开挖，潜在应力释放，承压快、围岩失稳○

造成坍塌。

2当通过各种堆积体时，由于结构松散，颗粒之间无胶结或胶结差，开挖后○

引起坍塌。

3在挤压破碎带，岩脉穿插、节理裂隙密集带等破碎结构地层中，岩块间互○

相挤压钳制，一经开挖那么失稳，常见围岩掉块、坍落。在软弱结构面发育的情况下，或泥质充填物过多，均易产生较大的坍塌。

4薄层岩体在构造运动的作用下形成的小褶曲、○错动发育地段，施工中常常

发生坍方。

5岩层软硬相间或有软弱夹层的岩体，○在地下水的作用下，软弱面的强度大

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大降低，岩体间的互锁能力减弱，因而产生滑坍。

6地下水的软化、浸泡、冲蚀、溶解等作用加剧岩体的失稳和坍落。 ○

7极大的地应力〔仅在高地应力区出现〕○。

造成隧道坍方的人为因素有：

1施工方法选择不当，或工序间距安排不合理。各工序间距拉得较长，地层○

暴露时间过久，引起围岩松动、风化，招致坍方的发生。

2喷锚不与时，或喷混凝土质量厚度不符合要求。 ○

3采用钢支撑时，支撑架设质量欠佳，支撑与围岩不密贴，两者间的空隙填○

塞不密实，或联接不够结实，不能满足围岩压力所需要的强度要求。

4有时支护已出现受力过大的现象而未加与时加固。 ○

5爆破作业不当，用药量过多。 ○

6处理危石措施不当，引起危石坠落，牵动岩层坍塌。 ○

隧道坍方有哪些征兆和预防措施？ 答：坍方前的征兆：

1量测信息所反响的围岩变形速度或数值超过允许值； ○

2喷射混凝土产生纵横向的裂纹或龟裂； ○

3在拱顶或侧壁发现不断掉下土块、岩块； ○

4岩层的层理、节理缝或裂隙变大、X开。 ○

5隧道内渗水、滴水突然加剧或变浑。 ○

预防坍方的施工措施：

1地下水:“排、堵、截、引〞。 ○

2短开挖。各部开挖工序间的距离要尽量缩短，以减少围岩暴露时间。 ○

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3弱爆破。用浅、密炮眼，并严格控制用药量或用微差毫秒爆破。 ○

4强支护。针对地压情况，确保支护结构有足够的强度。 ○

5快衬砌。衬砌工作须紧跟开挖工作面进展，力求衬砌尽快成环。 ○

6勤检查、勤量测。对围岩发现有变形或异状，要立即采取有效措施与时处○

理隐患。

处理隧道坍方需采取怎样的步骤？

答：坍方发生后，首先应防止坍方X围继续扩大，措施如下：

1在坍方X围的顶部与侧壁危石与大裂缝，应先行去除或锚固。 ○

2加强原有支护。对坍方X围前后原有的支护进展加固，以防止坍方扩大。○ 3在坍方X围内架设支撑或喷射混凝土，必要时加设锚杆。 ○

4加快衬砌，○防止工程地质条件的进一步恶化。对坍方端头部位应尽快作好

局部衬砌，以保证坍方不再扩大。

处理坍方通常采用“小塌清、大塌穿〞的方法：

15号支洞小塌方的处理。 ○

2大塌方情况较复杂，○一般隧道衬砌后需要回填，因此原那么上暂不去除衬

砌断面线外的塌渣；为了保护塌体上部的围岩，应采取先护后挖，慎重施工，稳妥前进。如4号支洞的塌方处理。

工程岩体分级标准

PGB 50218—94

国 家 技 术 监 督 局 中华人民##国建设部 地下工程岩体自稳能力表E.0.1

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岩体级别 Ⅰ 自稳能力 跨度≤20m，可长期稳定，偶有掉块，无塌方 跨度10～20m，可根本稳定，局部可发生掉块或小塌方； Ⅱ 跨度＜10m，可长期稳定，偶有掉块 跨度10～20m，可稳定数日～1月，可发生小～中塌方； Ⅲ 距度5～10m，可稳定数月，可发生局部块体位移与小～中塌方； 跨度＜5m，可根本稳定 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，进而开展为中～大塌方。埋深小时，以拱部松动破坏为主，埋Ⅳ 深大时，有明显塑性流动变形和挤压破坏； 跨度≤5m，可稳定数日～1月 Ⅴ 无自稳能力 注：①小塌方：塌方高度＜3m，或塌方体积＜30m3； ②中塌方：塌方高度3～6m，或塌方体积30～100m3； ③大塌方：塌方高度＞6m，或塌方体积＞100m3。

以上通过对围岩分类、围岩超前地质预报、木坡水电站引水隧洞地质构造、木坡水电站围岩划分标准与岩体自稳能力的探讨，旨在抛砖引玉。

假设有不妥之处，敬请指正。

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