由于隧道工程未开挖地质条件的不可预测性、独立密封性和复杂性,断层破碎带等因素对岩体的强度、完整性和隧道围岩稳定性等有较大的影响,容易造成隧道冒顶和塌方,也加大了围岩分级和围岩预测预报的难度。复杂地质条件下的隧道围岩分级、预测预报及围岩稳定性研究是一项急于解决的问题。针对复杂地质条件下浅埋隧道的围岩分级问题,传统的围岩分级往往具有局限性及不确定性,考虑的影响因素也不够全面,难以准确地进行围岩分级。本文基于岩石力学及地质力学等原理,抓住岩体抗剪切抗滑移、塌方失稳模式及围岩稳定性等关键,分析了围岩分级的难点,考虑定量分级指标的分散性和随机性,分析软弱结构面和破碎带对围岩分级的影响,提出了一个修正的BQ分级公式,进一步结合工程实例,用三维楔形体极限平衡法和有限元模拟方法对隧道围岩的稳定性进行分析,讨论了围岩稳定性与围岩分级之间的相互关系。通过研究,主要得到了如下新的成果:(1)提出对掌子面岩体进行分区和高度关注岩体破碎带、软弱层和岩体结构面的影响,引入3个调整系数α、β、ξ,提出了一个修正的BQ分级公式,给出了浅埋隧道围岩分级的流程图并进行了实例分析;讨论了围岩分级与围岩自稳能力、掘进进尺、加固支护方式等的对应关系;围岩分级还要与跟综地质调查、超前地质预报和监控量测的结果相比对,各方面综合分析,相互印证,提高分级的准确性。(2)用三维楔形体极限平衡方法对隧道围岩的稳定性进行了分析。结合岩石工程中的“结构控制论”,重点分析断层破碎带与软弱夹层或节理裂隙所组成的可能失稳块体的稳定性,失稳块体所在的区域是隧道开挖和支护的关键,也是围岩分级的关键。要考虑对稳定性影响较大的结构面区域的参数进行打折处理,对稳定性影响很大的可能失稳块体区域的围岩分级结果甚至要进行降级处理。进一步强调了修正的BQ分级方法的准确性和实用性。(3)用Midas/GTS软件对浅埋的LH隧道进行有限元模拟,分析偏应力和拱顶孔洞对变形和应力的影响。计算可见,对不同的埋深,随着隧道上方覆盖层倾角(0°~45°)越大,偏应力越大,竖向位移由12mm增大至33mm,水平位移由4mm增大至10mm。应力由500kN/m~2增大到800kN/m~2。即随着偏应力的增大,隧道的应力和位移都增大。位移增大值与跨度之比为1.4‰。当隧道拱顶的孔洞大小不同时,半径由2m增大至4m时,竖向位移由15mm增大至35mm,水平位移由8mm增大至12mm。应力由600kN/m~2增大到800kN/m~2。即随着塌方范围的增大,隧道的应力和位移也增大,位移增大值与跨度之比为1.3‰。隧道开挖过程中,应及时对围岩进行加固处理和加强支护。这进一步说明在复杂地质条件下浅埋隧道围岩分级及围岩稳定性分析的重要性。