4.3隧道围岩压力

围岩压力王贵珍01围岩压力的概念及分类02围岩压力的影响因素03围岩压力的确定04围岩压力的计算05围岩压力的量测PART-01围岩压力的概念及分类一、围岩压力的概念及分类

隧道开挖后，因围岩变形或松散等原因，作用于洞室周边岩体或支护结构上的压力。从狭义上来理解，围岩压力是指围岩作用在支护结构上的压力。在工程中一般研究狭义的围岩压力。(一)围岩压力的概念(二)围岩压力的分类（按作用力发生形态）01松散压力是指由于开挖而松动或坍塌的岩体以重力形式直接作用在支护结构的压力。常通过下列三种情况发生：02形变压力是指由于围岩变形受到与之密贴的支护的抑制，而使围岩与支护结构共同变形过程中，围岩对支护结构施加的接触压力。①在整体稳定的岩体中，可能出现个别松动掉块的岩石；②在松散软弱的岩体中，坑道顶部和两侧片帮冒落；③在节理发育的裂隙岩体中，围岩某些部位沿弱面发生剪切破坏或拉坏等局部塌落。(二)围岩压力的分类（按作用力发生形态）03膨胀压力是指由于围岩吸水而膨胀崩解所引起的压力。04冲击压力是指围岩中积累了大量的弹性变性能之后，由于隧道的开挖，围岩的约束被解除，能量突然释放所产生的压力。冲击压力是岩体能量的积累与释放问题，所以它与弹性模量直接相关。弹性模量较大的岩体，在高地应力作用下，易于积累大量的弹性变形能，一旦遇到适宜条件，就会突然猛烈的大量释放。PART-02围岩压力的影响因素二、围岩压力的影响因素围岩压力问题是与围岩的稳定性问题相关联的，稳定性越好的围岩所产生的围岩压力就越小。因此，影响围岩稳定性的因素也就是影响围岩压力的因素。前面已阐述影响因素的两个方面：1主要包括原始应力状态、岩石的力学性质、岩体的结构特征等地质因素2包括施工方法、支护结构的刚度及支护施作的时间、洞室形状和尺寸、埋置深度等。工程因素二、围岩压力的影响因素不论何种围岩，在隧道开挖后的暴露时间均是越短越好。如果围岩不具有良好的自稳性能，将会由变形而出现塑性破坏，这种情况下不能仅依靠初期支护来维持围岩的稳定，而必须及时施作永久性衬砌，给围岩提供所需的支护力，有效地阻止围岩变形的发展，防止围岩的松动坍塌而形成的松动压力对支护的作用。因此，支护的是否及时就成为了围岩压力性质及大小的一个关键性的重要因素。PART-03围岩压力的确定围岩压力的确定010203(一)确定的方法围岩压力的确定目前常用有下列三种方法：●直接量测法是一种切合实际的方法，对隧道工程而言，也是研究发展的方向；但由于受量测设备和技术水平的制约，目前还不能普遍常用。●经验法或工程类比法是根据大量以前工程的实际资料的统计和总结，按不同围岩分级提出围岩压力的经验数值，作为后建隧道工程确定围岩压力的依据的方法。是目前使用较多的方法。●

理论估算法是在实践的基础上从理论上研究围岩压力的方法。由于地质条件的不确定性，影响围岩压力的因素多，企图建立一种完善的和适合各种实际情况的通用围岩压力理论及计算方法是困难的。(二)一般规定Ⅰ－Ⅳ级围岩中的深埋隧道，围岩压力主要为形变压力，其值可按释放荷载计算。12Ⅳ－Ⅵ级围岩中深埋隧道的围岩压力为松散荷载时，其垂直均布压力及水平均布压力可按下列公式计算：q=0.45×2s-1×γω(kN/m2)应用该公式时，必须同时具备下列条件：H/B<1.7不产生显著偏压及膨胀力的一般围岩。PART-04围岩压力的计算四、围岩压力的计算(一)浅埋隧道（1）深埋和浅埋隧道的判定原则：隧道埋深不同，确定围岩压力的计算方法不同，应以隧道顶部覆盖层能否形成“自然拱”为原则。深埋隧道围岩松散压力值是以施工坍方平均高度(等效荷载高度值)为根据，为了形成此高度值，隧道上覆岩体就有一定的厚度。根据经验，这个深度通常为2～2.5倍的坍方平均高度值。（2）判别公式：Hp＝（2～2.5）hq在矿山法施工的条件下：I一III级围岩取Hp＝2hqIV～VI级围岩取Hp＝2.5hq；当隧道覆盖层厚度H≥Hp时为深埋，H＜Hp时为浅埋。（3）浅埋隧道围岩压力计算公式01埋深(H)小于或等于等效荷载高度hq时，荷载视为均布竖向压力q=γH侧向压力e，按匀布考虑时，其值为：

e=γ(H+1/2Hi)tg2(450–Φ/2)02埋深大于hq、小于等于Hp时，采用松散介质极限平衡理论进行分析，即：围岩松动压力=滑动岩体重量－滑面上的阻力；q浅＝Q浅/B=γH（1－H/B·λtgθ）e=γ(H＋h)λ/2令dq浅/dH=0，可得qmax时的深度H：HP=B/(2λtanθ)；qmax=γB/(4λtanθ)(二)偏压隧道围岩压力的计算0102偏压隧道围岩压力的计算应按其产生偏压的原因分别考虑。根据以往经验，一般在Ⅳ级及以上围岩以地形引起的偏压为主进行计算；而在Ⅲ级及以下围岩，因地质构造影响较大，则以地质构造的具体条件进行计算。偏压隧道围岩压力的计算产生偏压的原因①地形上，洞顶覆盖层较薄，地面横坡显著有倾斜的松散、软质或土质围岩，多见于洞口浅埋地段或傍山浅埋地段。②地质上，围岩为倾斜层状结构，层间粘结力差伴随以有害节理裂隙切割或洞身有倾角较陡的软弱结构面，围岩一部分较软，一部分较硬。③施工期间因各种原因造成一侧塌方，形成显著偏压。由地形引起偏压的计算方法傍山浅隧道施工时，因支撑或衬砌下沉，以及超挖、回填不实等原因，引起洞身上部围岩的下沉及隧道两侧地表开裂，在岩体内形成两个非对称的滑动面。假定偏压分布的图形与地面坡一致。由地质构造引起偏压的检算多发生在多裂隙层状或块状岩体中，其情况复杂，尚无确定的计算方法，当需要检算时，应注意以下几点：A、必须查明围岩可能产生偏压的被割裂或松动的范围大小B、尽量取得控制弱面的强度计算指标。C、当为块体运动时，可近似地按岩块刚体平衡的方法计算。当一部分为软层，另一部分为硬层时，可分别取用不同的指标计算。(三)其他一些确定围岩压力的方法以坑道上方形成平衡拱为基础的方法普氏理论：在松散介质中开挖隧道，在其上方会形成一抛物线平衡拱，这个平衡拱实际上就是破坏范围，这个范围内的围岩重量就是隧道支护结构所要承受的荷载：以松散介质平衡理论为基础的计算方法太沙基理论为代表：岩体为有一定粘结力的松散介质，当坑道开挖后，围岩下沉时由于侧压力的作用，对下沉围岩将产生摩阻力，水平应力与垂