地下洞室工程问题课件

1、地下洞室工程问题1 第七章 地下洞室工程问题 7.1概述 地下洞室泛指在地表以下岩 土体中修建的各种形式和用途的 建筑。 地下洞室的断面形状：曲线 形、折线形和组合型。 围岩的概念和围岩稳定性。 地下洞室工程问题2 7.2 地下洞室位置的选择 地下洞室位置的选择： 进洞山体 洞口位置 洞轴线 地下洞室工程问题3 7.2.1进洞山体的选择 进洞山体的选择主要考虑山 体的高度、山形的完整性、岩土 体的坚硬性与均匀性和地质结构 构造特性等因素。 地下洞室工程问题4 7.2.2 洞口位置的选择 洞口位置应该考虑山坡坡度、 岩层倾角、洞口顶板的稳定性和 水流影响等几方面因素。 地下洞室工程问题5 7.2

2、.3 洞轴线位置的选择 1.地形 2.地层与岩性条件 3.地质构造条件 4.水文地质条件 地下洞室工程问题6 7.3 地下洞室围岩的变形与破坏 7.3.1洞室围岩的变形 1.弹性与塑性变形 导致围岩变形的根本原因是地应 力的存在。 地下洞室工程问题7 2.结构面变形 3.围岩流变变形 固体介质在长期静荷载作用下，应 力、应变随时间延长而变化的性质， 称为流变性。蠕变是在一定温度和 应力作用下的固体介质随时间而产 生的缓慢、连续的变形；松弛是产 生缓慢、连续的应力减小。 4.变形分布规律 地下洞室工程问题8 7.3.2 围岩的破坏 1.围岩破坏的形式 洞室围岩的变形与破坏程度， 一方面取决于地下

3、天然应力、重 分布应力及附加应力；另一方面 与岩土体的结构及其工程地质性 质密切相关。 地下洞室工程问题9 （1）顶围悬垂与崩塌 （2）侧围突出与滑塌 （3）底围鼓胀与隆坡 （4）围岩缩径及岩爆 1）围岩缩径 2）岩爆 地下洞室工程问题10 2.岩体破坏机理与渐进破坏 （1）工程岩体的破坏，主要受 岩体本身的特性、天然应力状态、 工程加荷与卸荷、地下水作用和 时间因素的综合影响。 破坏方式：剪切破坏（重剪、剪 断和复合），拉断破坏。 地下洞室工程问题11 （2）岩体破坏是一个渐进过程： 初裂阶段 渐进破坏阶段 加速破坏阶段 地下洞室工程问题12 7.4 地下洞室的围岩分类 7.4.1 岩体质量

4、指标分类 岩体质量指标（RMQ）分类法 简称M法。 影响岩体质量优劣的地质因素主 要有：岩体的完整性、岩石质量、 岩石风化程度、岩石软化性等。 地下洞室工程问题13 岩体质量指标： 4个系数分别为：岩体完整系数、 岩石质量系数、岩石风化程度系 数、岩石软化系数。 dyV KKSKM 地下洞室工程问题14 7.4.2 岩石质量指标分类 %100 t p L L RQD 以钻孔获取的大于10cm的岩 心断块长度与岩心总进尺长 度之比作为岩石质量指标 RQD。分为5类。 地下洞室工程问题15 7.4.3 岩体地质力学分类 这种分类法的出发点是把岩体作 为一种由多种多样结构面切割的 多裂隙固体介质。岩

5、体内结构面 的规模、性质及其组合关系在很 大程度上决定了岩体力学作用过 程，形成不同的力学介质类型。 地下洞室工程问题16 7.4.4 Barton岩体分类 该分类使用岩石质量指标、节理 组数、节理面粗糙程度、节理面 蚀变程度、裂隙水折减系数、地 应力的影响等6个因素： SRF J J J J RQD Q w a r n 地下洞室工程问题17 7.5 地下洞室的围岩压力 7.5.1围岩压力的概念 由于围岩的变形与破坏作用 在支护或衬砌结构上的压力，称 为“围岩压力”。 围岩压力是设计支护衬砌的 依据之一。其计算问题有待解决。 地下洞室工程问题18 7.5.2 围岩应力重分布 由于洞室的开挖，使

6、围岩中应力、 应变调整而引起原有天然应力大 小、方向和性质改变的过程和现 象，称为围岩应力重分布。 洞室断面的形状对围岩应力分布 有重要影响。 地下洞室工程问题19 7.5.3围岩应力计算-普氏系数法 此法认为，洞室开挖后围岩以部 分砂体失去平衡而向下塌落，塌落 部位以上和两侧砂体处于新的平衡 状态而稳定，塌落边界呈拱形。这 个拱便称为“天然平衡拱”。 普氏将此法推广到岩体上，认为 被许多裂隙切割的岩体也可以视为 具有一定凝聚力的松散体，并认为 坚固系数为岩石抗压强度的1/100。 地下洞室工程问题20 7.5.4 洞室围岩的外水压力 洞室开挖在有地下水的岩体 中，地下水作用在洞室衬砌上的 静

7、水压力有时会超过围岩压力。 洞室设计中通常将作用在衬砌上 的地下水静水压力称为外水压力。 地下洞室工程问题21 7.6 保护地下洞室围岩稳定性的措施 保障围岩稳定性的途径有二： 一是保护围岩原有稳定性，使之 不降低；二是提高岩体整体强度， 使其稳定性有所提高。前者主要 是采用合理的施工和支护衬砌方 案，后者主要是加固围岩。 地下洞室工程问题22 7.6.1 合理选择施工方案 隧洞的开挖方式基本上有两 种：一是全断面开挖法；二是导 洞开挖法。全断面开挖法一般适 用于围岩很稳定、无塌方掉石的 地区；导洞开挖法适用于断面较 大，岩体又不太稳定的地质条件。 地下洞室工程问题23 1.导洞开挖法 （1）

8、上下导洞开挖、先拱后墙法 （2）侧导洞开挖，先墙后拱法 （核心支撑法） 地下洞室工程问题24 2.全断面开挖 （1）新奥法：喷锚结构 与常规支衬方法比较：开挖 断面小、节省支衬材料、岩体稳 定性好、施工速度快等优点。既 适用于坚硬岩石、也适合于软弱 岩石，特别适合于破碎、变质、 易变形的施工困难段，应用广泛。 地下洞室工程问题25 （2）盾构法与盾构机 盾构法是用特制机器开挖隧 洞的施工技术，主要用于第四系 松软地层掘进成洞。优点：避开 干扰，不影响地面建筑和环境， 可充分利用地下空间。掘进、出 渣、支护与衬砌融为一体。 地下洞室工程问题26 7.6.2 支撑、衬砌 隧洞的支衬工作包括支撑和衬砌 支撑工作是开挖过程中防止围岩 塌方的临时性措施；衬砌是维护 围岩稳定的永久性结构，用以承 受山岩压力和内、外水压力。 地下洞室工程问题27 7.6.3 灌浆与加固 裂隙严重的岩体和极不稳定的第 四纪堆积物中开挖洞