中文名 | 圍巖 | 外文名 | surrounding rock |
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定????義 | 重分布應(yīng)力影響范圍內(nèi)的巖體 | 分類標(biāo)準(zhǔn) | 按里面所含地殼物質(zhì)分類 |
大????小 | 6r | 所屬學(xué)科 | 地質(zhì)學(xué) |
隧道工程所賦存的地質(zhì)環(huán)境的內(nèi)涵很廣。包括地層特征,地下水狀況,開挖隧道前就存在于地層中的原始地應(yīng)力狀態(tài),以及地溫梯度等。
但對(duì)隧道工程來說,最關(guān)心的問題則是地層被挖成隧道后的穩(wěn)定程度。這是不言而喻的,因?yàn)榈貙臃€(wěn)定就意味著開挖隧道所引起的地層向隧道內(nèi)的變形很小,而且在較短的時(shí)間內(nèi)就可基本停止,這對(duì)施工過程和支護(hù)結(jié)構(gòu)都是非常有利的。
地層被挖成隧道后的穩(wěn)定程度稱為隧道圍巖的穩(wěn)定性,這是一個(gè)反映地質(zhì)環(huán)境的綜合指標(biāo)。
圍巖在開挖隧道時(shí)的穩(wěn)定程度乃是巖體力學(xué)性質(zhì)的一種表現(xiàn)形式。因此,影響巖體力學(xué)性質(zhì)的各種因素在這里同樣起作用,只是各自的重要性有所不同。
1、巖體結(jié)構(gòu)特征
巖體的結(jié)構(gòu)特征是長時(shí)間地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)物,是控制巖體破壞形態(tài)的關(guān)鍵。從穩(wěn)定性分類的角度來看,巖體的結(jié)構(gòu)特征可以簡單地用巖體的破碎程度或完整性來表示。在某種程度上它反映了巖體受地質(zhì)構(gòu)造作用嚴(yán)重的程度。實(shí)踐證明,圍巖的破碎程度對(duì)坑道的穩(wěn)定與否起主導(dǎo)作用,在相同巖性的條件下,巖體愈破碎,坑道就愈容易失穩(wěn)。因此,在近代圍巖分類法中,都已將巖體的破碎或完整狀態(tài)作為分類的基本指標(biāo)之一。
2、結(jié)構(gòu)面性質(zhì)和空間的組合
在塊狀或?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)的巖體中,控制巖體破壞的主要因素是軟弱結(jié)構(gòu)面的性質(zhì),以及它們在空間的組合狀態(tài)。對(duì)于隧道來說,圍巖中存在單一的軟弱面,一般并不會(huì)影響坑道的穩(wěn)定性。只有當(dāng)結(jié)構(gòu)面與隧道軸線相互關(guān)系不利時(shí),或者出現(xiàn)兩組或兩組以上的結(jié)構(gòu)面時(shí),才能構(gòu)成容易墮落的分離巖塊。例如有兩組平行但傾問相反的結(jié)構(gòu)面和一組與之垂直或斜交的陡傾結(jié)構(gòu)面,就可能構(gòu)成屋脊形分離巖塊。至于分離巖塊是否會(huì)塌落或滑動(dòng),還與結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度以及巖塊之間的相互聯(lián)鎖作用有關(guān)。
3、巖石的力學(xué)性質(zhì)
在整體結(jié)構(gòu)的巖體中,控制圍巖穩(wěn)定性的主要因素是巖石的力學(xué)性質(zhì),尤其是巖石的強(qiáng)度。一般來說,巖石強(qiáng)度越高坑道越穩(wěn)定。在圍巖分類中所說的巖石強(qiáng)度指標(biāo),都是指巖石的單軸飽和極限抗壓強(qiáng)度。因?yàn)檫@種強(qiáng)度的試驗(yàn)方法簡便,數(shù)據(jù)離散性小,而且與其它物理力學(xué)指標(biāo)有良好的換算關(guān)系。
4、圍巖的初始應(yīng)力場
圍巖的初始應(yīng)力場是隧道圍巖變形、破壞的根本作用力,它直接影響圍巖的穩(wěn)定性。
5、地下水狀況
隧道施工的實(shí)踐證明,地下水是造成施工坍方,使隧道圍巖喪失穩(wěn)定的最重要因素之—,因此,在圍巖分類中切不可忽視。
施工等人為因素也是造成圍巖失穩(wěn)的重要條件。其中尤其以坑道的尺寸(主要指跨度)形狀以及施工中所采用的開挖方法等影響較為顯著。
1、坑道尺寸和形狀
實(shí)踐證明,在同—類圍巖中,坑道跨度愈大,坑道圍巖的穩(wěn)定性就愈差,因?yàn)閹r體的破碎程度相對(duì)加大了。
2、 施工中所采用的開挖方法
從施工技術(shù)水平來看,開挖方法對(duì)隧道圍巖穩(wěn)定性的影響較為明顯,在分類中必須予以考慮。例如,在同一類巖體中,采用普通的爆破法和采用控制爆破法,采用礦山法和采用掘進(jìn)機(jī)法,采用全斷面一次開挖和采用小斷面分部開挖,對(duì)隧道圍巖的影響都各不相同。所以,大多數(shù)圍巖分類法都是建立在相應(yīng)的施工方法的基礎(chǔ)上的。
工程地質(zhì)學(xué)中把重分布應(yīng)力影響范圍內(nèi)的巖體稱為圍巖。絕大部分為6r(r為洞室半徑 )。
一、地質(zhì)學(xué)名詞,相對(duì)于某種地殼物質(zhì)周圍的巖石。常見的有巖漿的圍巖和礦體的圍巖。煤層圍巖指的是煤層周圍一定范圍內(nèi),對(duì)煤層的穩(wěn)定有影響的巖(土)體。
二、在巖石地下工程中,由于受開挖影響而發(fā)生應(yīng)力狀態(tài)改變的周圍巖體。
圍巖是洞室四周圍繞的巖石,這個(gè)洞室可以是人工開鑿的(例如各種隧道、地下倉庫等等),也可以是天然形成的(例如山洞、溶洞等等)。
隧道圍巖等級(jí)與分類的關(guān)系。比如說 V級(jí)圍巖=V類圍巖 還是V級(jí)圍巖=二類圍巖
老規(guī)范將隧道圍巖分成六類,分別是Ⅵ、Ⅴ、Ⅳ、Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ,數(shù)字越大的圍巖性質(zhì)越好。新規(guī)范將隧道圍巖分成六級(jí),分別是Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ,數(shù)字越小的圍巖性質(zhì)越好。所以老規(guī)范中的海類圍巖就是新規(guī)范中的Ⅱ級(jí)...
隧道圍巖等級(jí)與分類的關(guān)系。比如說 V級(jí)圍巖=V類圍巖 還是V級(jí)圍巖=二類圍巖
老規(guī)范將隧道圍巖分成六類,分別是Ⅵ、Ⅴ、Ⅳ、Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ,數(shù)字越大的圍巖性質(zhì)越好。新規(guī)范將隧道圍巖分成六級(jí),分別是Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ,數(shù)字越小的圍巖性質(zhì)越好。這樣我們就知道,老規(guī)范中的Ⅴ類圍巖就是新...
可參考巖溶或采空區(qū)頂板穩(wěn)定性分析方法進(jìn)行評(píng)價(jià),頂板巖層厚度只有2-4m,而跨度是7米,只要巖層有裂隙開挖后就會(huì)不穩(wěn)定? 隧道圍巖分級(jí)中隱含了頂板穩(wěn)定性問題,如:IV級(jí)圍巖拱部無支護(hù)時(shí)可產(chǎn)生較大的坍塌;...
圍巖的工程性質(zhì),—般包括三個(gè)方面:物理性質(zhì)、水理性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)。而對(duì)圍巖穩(wěn)定性最有影響的則是力學(xué)性質(zhì),即圍巖抵抗變形和破壞的性能。圍巖既可以是巖體、也可以是土體。
巖體是在漫長的地質(zhì)歷史中,經(jīng)過巖石建造、構(gòu)造形變和次生蛻變而形成的地質(zhì)體。它被許許多多不同方向、不同規(guī)模的斷層面、層理面、節(jié)理面和裂隙面等各種地質(zhì)界面切割為大小不等,形狀各異的各種塊體。
工程地質(zhì)學(xué)中將這些地質(zhì)界面稱之為結(jié)構(gòu)面或不連續(xù)面,將這些塊體稱之為結(jié)構(gòu)體,并將巖體看作是由結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體組合而成的具有結(jié)構(gòu)特征的地質(zhì)體。
所以,巖體的力學(xué)性質(zhì)性質(zhì)主要取決于巖體的結(jié)構(gòu)特征、結(jié)構(gòu)體巖石的特征以及結(jié)構(gòu)面的特性。
環(huán)境因素尤其是地下水和地溫對(duì)巖體的力學(xué)性質(zhì)影響也很大。在眾多的因素中,哪個(gè)起主導(dǎo)作用需視具體條件而定。
圍巖分類的原則有多種,它是在人們對(duì)隧道工程的不斷實(shí)踐和對(duì)圍巖的地質(zhì)條件逐漸加深了解的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。不同的國家,不同的行業(yè)都根據(jù)各自的工程持點(diǎn)提出了各自的圍巖分類原則。現(xiàn)行的許多圍巖分類方法中,作為分類的基本要素大致有三大類:
第Ⅰ類
與巖性有關(guān)的要素。例如分為硬巖、軟巖、膨脹性巖等,其分類指標(biāo)是采用巖石強(qiáng)度和變形性質(zhì)等,如巖石的單軸抗壓強(qiáng)度、巖石的變形模量或彈性波速度等。
第Ⅱ類
與地質(zhì)構(gòu)造有關(guān)的要素。如軟弱結(jié)構(gòu)面的分布與性態(tài)、風(fēng)化程度等。其分類指標(biāo)采用巖石質(zhì)量指標(biāo)、地質(zhì)因素評(píng)分法等等。這些指標(biāo)實(shí)質(zhì)上是對(duì)巖體完整性或結(jié)構(gòu)狀態(tài)的評(píng)價(jià)。這類指標(biāo)在劃分圍巖的類別中一般占有重要的地位。
第Ⅲ類
與地下水有關(guān)的要素。
(一)以巖石強(qiáng)度或巖石的物性指標(biāo)為代表的分類方法
1、以巖石強(qiáng)度為基礎(chǔ)的分類方法
這種圍巖分類單純以巖石的強(qiáng)度為依據(jù),例如我國解放前及解放初期(如修建成渝線時(shí))的土石分類法。即把巖石分為堅(jiān)石、次堅(jiān)石、松石及土四類。并設(shè)計(jì)出相應(yīng)的四種隧道襯砌結(jié)構(gòu)類型。
2、以巖石的物性指標(biāo)為基礎(chǔ)的分類方法
在這種分類方法中,具有代表性的是前蘇聯(lián)普洛托季雅柯諾夫教授提出的“巖石堅(jiān)固性系數(shù)”分類法(或稱“”值分類法,也叫普氏分類法)。它把圍巖分成10類。這種分類法曾在我國的隧道工程中得到廣泛的應(yīng)用。
(二)以巖體構(gòu)造、巖性特征為代表的分類方法
1、這種分類法以泰沙基分類法為代表
此法是在早期提出的,限于當(dāng)時(shí)的條件僅把不同巖性、不同構(gòu)造條件的圍巖分成九類,每類都有一個(gè)相應(yīng)的地壓范圍值和支護(hù)措施。在考慮問題時(shí)是以坑道有水的條件為基礎(chǔ)的,當(dāng)確認(rèn)無水時(shí),4~7類圍巖的地壓值應(yīng)降低50%。這一分類方法曾長期被各國所采用,仍有廣泛的影響。
2、以巖體綜合物性為指標(biāo)的分類方法
60年代我國在積累大量鐵路隧道修建經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,提出了以巖體綜合物性指標(biāo)為基礎(chǔ)的“巖體綜合分類法”,并于1975年經(jīng)修正后正式作為鐵路隧道圍巖分類方法,1986年再作修訂后列入我國現(xiàn)行的《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》。
(三)與地質(zhì)勘探手段相聯(lián)系的分類方法
1、按彈性波(縱波)速度的分類方法
隨著工程地質(zhì)勘探方法,尤其是物探方法的進(jìn)展。1970年前后,日本提出了按圍巖彈性波速度進(jìn)行分類的方法。圍巖彈性波速度是判斷巖性、巖體結(jié)構(gòu)的綜合指標(biāo),它既可反映巖石軟硬,又可表明巖體結(jié)構(gòu)的破碎程度。根據(jù)巖性、地質(zhì)狀況及土壓狀態(tài),將圍巖分成七類。我國從1986年起也開始將圍巖彈性波(縱波)速度引入我國分類法中。
2、以巖石質(zhì)量為指標(biāo)的分類方法
所謂巖石質(zhì)量指標(biāo)是指鉆探時(shí)巖芯的復(fù)原率,或稱巖芯采取率,這是美國伊利諾大學(xué)迪爾等人提出的,認(rèn)為鉆探獲得的巖芯其完整程度與巖體的原始裂隙、硬度、均質(zhì)性等狀態(tài)有關(guān),因此可用巖芯復(fù)原率來表達(dá)巖體質(zhì)量。
指引起地下開挖空間周圍巖體和支護(hù)變形或破壞的作用力。它包括由地應(yīng)力引起的圍巖力以及圍巖變形受阻而作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的作用。
從廣義來理解,圍巖壓力既包括圍巖有支護(hù)的情況,也包括圍巖無支護(hù)的情況;既包括作用在普通傳統(tǒng)支護(hù),也包括錨噴和壓力灌漿等現(xiàn)代支護(hù)的方法中所顯示的力學(xué)性質(zhì)。
從狹義來理解,圍巖力是指圍巖作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的壓力。
人們從開挖洞穴后圍巖變形和坍塌,襯砌或支護(hù)產(chǎn)生變形和開裂等現(xiàn)象,逐步認(rèn)識(shí)到圍巖壓力的存在。影響圍巖壓力的因素有:洞室形狀或大小、地質(zhì)構(gòu)造、支護(hù)型式和剛度、洞室埋深,以及時(shí)間因素和施工方法等。圍巖壓力的性質(zhì)、大小和分布規(guī)律是正確進(jìn)行隧道和洞室支護(hù)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和選擇施工方案的重要依據(jù)。
洞室開挖前,巖體處在相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài),其中任何一點(diǎn)的巖土都受到周圍地層的擠壓,稱為初始應(yīng)力狀態(tài)或一次應(yīng)力狀態(tài)。它是由上覆地層自重、地殼運(yùn)動(dòng)的構(gòu)造應(yīng)力以及地下水流動(dòng)等因素所決定的。
洞室開挖以后,解除了部分圍巖的約束,原始的應(yīng)力平衡和穩(wěn)定狀態(tài)被破壞,圍巖中出現(xiàn)了應(yīng)力的重分布,進(jìn)入二次應(yīng)力狀態(tài)。圍巖向洞室內(nèi)部空間變形,并力圖達(dá)到新的平衡。
由彈塑性理論和現(xiàn)場量測表明,隧道開挖后的圍巖應(yīng)力狀態(tài)可概括為三個(gè)區(qū)域:
應(yīng)力降低區(qū)
在松軟圍巖中,巖體的強(qiáng)度很小,不能承受開挖后急劇增大的洞室周邊應(yīng)力而產(chǎn)生塑性變形,沿坑道周邊圍巖應(yīng)力松弛而形成一個(gè)應(yīng)力降低了的區(qū)域,高應(yīng)力向圍巖深部轉(zhuǎn)移。
擾動(dòng)了的巖體向坑道內(nèi)變形,如果變形超過一定數(shù)值就會(huì)出現(xiàn)圍巖失穩(wěn)和坍塌。
在堅(jiān)硬而完整的圍巖中,由于巖體強(qiáng)度大,坑道周邊未達(dá)到開裂和坍塌,故無應(yīng)力降低區(qū),這種洞室往往是自穩(wěn)的。
應(yīng)力升高區(qū)
圍巖深部應(yīng)力升高的區(qū)域,但其強(qiáng)度尚未被破壞,相當(dāng)于一個(gè)承載環(huán)??拥郎戏叫纬沙休d拱,承受上覆地層的自重,并將荷載向兩側(cè)地層傳遞。此即圍巖的成拱作用。
初始應(yīng)力區(qū)
距離坑道較遠(yuǎn)的巖體所受開挖的影響較小,仍處于初始的一次應(yīng)力狀態(tài)。
松動(dòng)壓力
由于開挖而松動(dòng)或坍塌的巖體以重力形式直接作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的壓力稱為松動(dòng)壓力。松動(dòng)壓力按作用在支護(hù)上的力的位置不同,分為豎向壓力和側(cè)向壓力。
形變壓力
圍巖變形受到支護(hù)約束而產(chǎn)生的壓力。除與圍巖應(yīng)力有關(guān)外,還與支護(hù)時(shí)間及其剛度有關(guān)。柔性支護(hù)可產(chǎn)生一定位移而使形變壓力減小,宜大力推廣。但需及時(shí)設(shè)置襯砌,以免圍巖位移過大而形成松動(dòng)壓力,不利于結(jié)構(gòu)受力和正常施工。
按圍巖的本構(gòu)特性(主要指巖土材料的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系)和受力程度,可以有彈性、塑性和粘性等不同性質(zhì)的形變壓力。
松動(dòng)壓力和形變壓力經(jīng)常同時(shí)存在。但以地質(zhì)條件、支護(hù)類型和施工方法等不同而以某一種為主。
如在松散地層中采用現(xiàn)澆混凝土襯砌而回填不密實(shí)時(shí),通常以松動(dòng)壓力為主,及時(shí)作柔性的噴錨支護(hù)則以形變壓力為主。形變壓力常隨時(shí)間推移而逐漸加大,最終才趨于穩(wěn)定。
膨脹壓力
當(dāng)巖體具有吸水、應(yīng)力解除等膨脹性特征時(shí),由于圍巖膨脹所引起的壓力稱為膨脹壓力。它與變形壓力的基本區(qū)別在于它是有吸水、應(yīng)力解除等膨脹引起的。
沖擊壓力
圍巖產(chǎn)生巖爆或瓦斯突發(fā),在支護(hù)結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生的動(dòng)壓力。其特點(diǎn)是沖擊地壓大小與巖爆規(guī)模、巖爆強(qiáng)烈程度和支護(hù)結(jié)構(gòu)的剛度有關(guān),另外沖擊壓力總體上是一種瞬間壓力。
在20世紀(jì)20年代以前,主要是古典理論階段。認(rèn)為作用在支護(hù)上的壓力是支護(hù)結(jié)構(gòu)上方覆蓋巖層的全部重量,如海姆和蘭金理論。
其后,出現(xiàn)了各種散體理論,即認(rèn)為使圍巖塌落拱以內(nèi)的巖體重量作用于襯砌,如泰爾扎吉和普羅托季亞科諾夫理論。塌落拱的高度和洞室跨度及圍巖性質(zhì)有關(guān)。當(dāng)掘進(jìn)和支護(hù)所需時(shí)間較長,支護(hù)與圍巖又不能緊密貼接,就會(huì)使圍巖最終有一部分破壞塌落而形成松動(dòng)壓力。
50年代起,彈塑性理論被運(yùn)用于隧道的計(jì)算,如芬納、卡斯特納公式等。同時(shí),開始研究圍巖壓力和變形的時(shí)間效應(yīng)。
60年代末,出現(xiàn)了考慮地下結(jié)構(gòu)與地層相互作用的彈塑性理論。由于將圍巖與襯砌視為一個(gè)統(tǒng)一的結(jié)合整體,圍巖壓力不再單獨(dú)進(jìn)行計(jì)算。
70年代以來,將工程地質(zhì)和數(shù)學(xué)計(jì)算相結(jié)合,出現(xiàn)了研究塊狀和層狀巖體的塊體力學(xué)理論。
現(xiàn)行圍巖壓力理論包括:
巖土柱理論
開挖坑道以后,由于支護(hù)或拱圈向坑道內(nèi)部位移,引起其頂部上覆巖土柱的下沉,兩側(cè)地層對(duì)柱體產(chǎn)生與下沉反向的摩擦力,故上覆巖層重量減去巖土柱兩側(cè)的摩擦力即為圍巖壓力。
中國鐵路部門的方法認(rèn)為:拱頂土柱的下沉,將帶動(dòng)兩側(cè)三棱體下滑,由三角楔體的平衡條件求出與土柱間的摩阻力,土柱重量減去此摩阻力即為土體豎直壓力。
該理論多用于淺埋隧道,但也可推廣用于深埋隧道。當(dāng)隧道埋置極淺或遇軟土層時(shí),土柱兩邊的摩阻力接近于零,故圍巖壓力直接為土柱全重。
壓力拱理論
對(duì)埋置較深的隧道,頂部巖體失去穩(wěn)定,產(chǎn)生坍塌而形成不延向地表的局部破裂區(qū)。該區(qū)內(nèi)的巖體自重即洞室支護(hù)上的荷載。破裂區(qū)上部邊界線有拋物線、橢圓、半圓和三角形等不同假定,如科默雷爾巖體破碎理論等。
中國在50年代初期以來,曾廣泛采用普氏地壓理論。假定巖體為松散體,其壓力拱承受上覆土柱的全部均布重量,根據(jù)散粒材料不能承受拉應(yīng)力,即彎矩為零的條件,得到拱形為拋物線,其矢高h(yuǎn)=b/f(b為壓力拱跨度之半,f為巖層堅(jiān)固系數(shù))。塌落拱巖體重量即為豎直地層壓力。
彈塑性理論
利用彈塑性理論可求出沿洞室周邊地層內(nèi)產(chǎn)生塑性區(qū)的范圍。設(shè)置襯砌后,利用地下結(jié)構(gòu)與地層的位移協(xié)調(diào)條件,可求得塑性區(qū)半徑和圍巖壓力值。
極限平衡理論
巖體內(nèi)有各種各樣的結(jié)構(gòu)面。開挖坑道后,洞周的圍巖出現(xiàn)與整個(gè)巖體相脫離的巖塊。它的自重對(duì)襯砌產(chǎn)生壓力。故用地質(zhì)分析法時(shí),需先查明斷層、節(jié)理和軟弱夾層的分布情況及其組合。自重減去結(jié)構(gòu)面阻力即為地層壓力,必要時(shí)也可計(jì)及圍巖應(yīng)力對(duì)地壓的影響,采用赤平極射投影方法,確定巖石塊體的空間位置和形狀。
當(dāng)分離體由數(shù)組平行節(jié)理面組成時(shí),可用裂隙巖石的極限平衡理論計(jì)算;當(dāng)節(jié)理呈隨機(jī)分布時(shí),可用塊體力學(xué)理論計(jì)算。
數(shù)值解法
除簡單邊界條件的圓形洞室有較嚴(yán)格的解析解以外,對(duì)其他斷面形狀的洞室可采用有限元法或其他數(shù)值方法計(jì)算彈性、彈塑性或粘彈與粘(彈)塑性的圍巖壓力值。
如已給出垂直壓力,則側(cè)向壓力可視具體情況采用主動(dòng)、靜止和被動(dòng)抗力等理論進(jìn)行計(jì)算。如底部地層較差而承載力不好,處于極限狀態(tài),產(chǎn)生塑流,巖土將向洞室底部隆起;或遇膨脹地層時(shí),均需要考慮底部圍巖的隆起壓力。
由于地層初始?jí)毫蛶r土參數(shù)不易準(zhǔn)確測定,上述各種地壓理論,實(shí)際應(yīng)用時(shí)會(huì)受到一定限制,因此還較多地采用工程類比法。在對(duì)已建成洞室的圍巖壓力大小和分布規(guī)律觀察統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上,全面分析研究其影響因素,得出圍巖壓力的經(jīng)驗(yàn)公式,用以確定作用在襯砌上的圍巖壓力。
長期以來,人們都想通過量測作用在隧道上的圍巖壓力及圍巖和襯砌的變形,得出可靠的圍巖壓力分布和數(shù)值。近期興起的綜合量測方法,如以洞徑位移量測為主的收斂約束法,強(qiáng)調(diào)施工期間進(jìn)行量測,并反饋信息而后修改原設(shè)計(jì),稱為現(xiàn)場監(jiān)控法。
依靠實(shí)測來求得圍巖壓力值是當(dāng)前的發(fā)展方向。圍巖壓力理論雖有很大的發(fā)展,但仍未臻完善。圍巖性質(zhì)千變?nèi)f化,支護(hù)形式多種多樣,施工方法各不相同,故應(yīng)綜合經(jīng)驗(yàn)、理論和實(shí)測的成果,針對(duì)不同情況,采用不同的理論和方法。2100433B
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龍王坪隧道圍巖監(jiān)控量測 - 1 - 1 龍王坪隧道圍巖監(jiān)控量測實(shí)施方案 龍王坪隧道地處秦嶺山地寧陜境內(nèi)汶水河畔,隧道最大埋深 150 米,堆積節(jié)理發(fā)育、 圍巖較破碎。隧道上行線 SK116+145~+795,全長 650 米,圍巖類別分別為Ⅱ類 15米、Ⅲ 類 70米、Ⅳ類 155 米、Ⅴ類 410 米。隧道下行線 XK116+120~+731,全長 611 米,圍巖類 別分別為Ⅲ類 111 米、Ⅳ類 170 米、Ⅴ類 330米。 龍王坪隧道的不良地質(zhì)有崩塌、滑坡、滑塌、地表風(fēng)化層較厚,全風(fēng)化層和強(qiáng)風(fēng)化層 累計(jì)深度可達(dá) 20米以上。因此在隧道施工過程中必須加強(qiáng)圍巖監(jiān)控量測。 圍巖施工量測是指在隧道施工過程中,對(duì)包括圍巖狀況、地質(zhì)結(jié)構(gòu)、支護(hù)結(jié)構(gòu)在內(nèi)的 全面跟蹤觀測,通過監(jiān)測分析,全面了解、掌握可能影響施工的不利因素,并判斷分析結(jié) 構(gòu)的安全穩(wěn)定性。據(jù)此指導(dǎo)施工,優(yōu)化設(shè)計(jì),保證施工安全、順利
直接量測法是指采用各種壓力盒量測圍巖作用在襯砌或支護(hù)結(jié)構(gòu)上的接觸壓力的方法。這種方法是將壓力盒(或稱壓力傳感器)放置在襯砌或支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖之間,并緊密接觸,使二者之間的壓力直接由壓力盒反映出來。用于這種量測的壓力盒主要有電阻式、電容式、電壓式和振弦式等幾種。
通過對(duì)襯砌或支護(hù)及圍巖的應(yīng)力或應(yīng)變的量測來推求圍巖壓力的方法稱為間接量測法。其中最為常用的方法是對(duì)圍巖變形(位移)的量測,在反演圍巖壓力的同時(shí),用于評(píng)價(jià)圍巖的穩(wěn)定性以及確定圍巖松弛帶的范圍。 2100433B
圍巖壓力問題是與圍巖的穩(wěn)定性問題相關(guān)聯(lián)的,穩(wěn)定性越好的圍巖所產(chǎn)生的圍巖壓力就越小。因此,影響圍巖穩(wěn)定性的因素也就是影響圍巖壓力的因素。影響圍巖壓力的因素很多,通??煞譃閮纱箢悺R活愂堑刭|(zhì)因素,它包括原始應(yīng)力狀態(tài)、巖石力學(xué)性質(zhì)、巖體結(jié)構(gòu)面等;另一類是工程因素,它包括施工方法、支護(hù)設(shè)置時(shí)間、支護(hù)本身剛度、坑道形狀等。
不論何種圍巖,在隧道開挖后的暴露時(shí)間均是越短越好?!靶聤W法”的原則中指出,隧道開挖后應(yīng)盡快施作初期支護(hù)(噴錨支護(hù)),及時(shí)封閉圍巖,防止圍巖的松動(dòng)、風(fēng)化,也防止圍巖強(qiáng)度的喪失。然后通過監(jiān)控量測掌握圍巖的收斂變形動(dòng)態(tài)規(guī)律,當(dāng)圍巖的變形基本穩(wěn)定后再施作永久性襯砌。應(yīng)該指出,這一原則是建立在圍巖具有良好的自穩(wěn)性能的基礎(chǔ)上的,如果圍巖不具有良好的自穩(wěn)性能,將會(huì)由變形而出現(xiàn)塑性破壞,這種情況下不能僅依靠初期支護(hù)來維持圍巖的穩(wěn)定,而必須及時(shí)施作永久性襯砌,給圍巖提供所需的支護(hù)力,有效地阻止圍巖變形的發(fā)展,防止圍巖的松動(dòng)坍塌而形成的松動(dòng)壓力對(duì)支護(hù)的作用。因此,支護(hù)的是否及時(shí)就成為了圍巖壓力性質(zhì)及大小的一個(gè)關(guān)鍵性的重要因素。
圍巖壓力的確定方法一般有:現(xiàn)場量測法、理論計(jì)算法、統(tǒng)計(jì)法等。量測法是運(yùn)用儀器實(shí)地量測圍巖壓力的大小,應(yīng)該說是最具有說服力。但因量測技術(shù)手段方面的因素影響,量測的結(jié)果往往不能充分反映真實(shí)情況。理論計(jì)算是在對(duì)洞室圍巖及地質(zhì)環(huán)境作一些簡化假設(shè)的條件下運(yùn)用一些成熟的計(jì)算理論對(duì)圍巖壓力進(jìn)行計(jì)算,但由于圍巖的地質(zhì)條件復(fù)雜多變,計(jì)算時(shí)所用的各種參數(shù)難免與實(shí)際不符,因此現(xiàn)階段理論計(jì)算方法往往還需要配合其它方法進(jìn)行驗(yàn)證和校核。通過對(duì)實(shí)際工程的圍巖壓力值的統(tǒng)計(jì)分析而形成的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算方法,因具有簡單、可靠等特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。在實(shí)際工程中往往采用上述幾種方法互相驗(yàn)證。