隧道工程完整ppt课件

1、隧道工程，第五章隧道围岩分类和围岩压力，第五章隧道围岩分类和围岩压力5.1隧道围岩分类及其作用5.2围岩压力的确定5.3影响围岩稳定性的因素，围岩：隧道周围一定范围内对其稳定性有影响的岩体；围岩压力：指隧道开挖后围岩对隧道支护施加的压力，是隧道支护或衬砌结构的主要荷载之一。它的性质、大小、方向和发生发展规律对隧道的正确设计和施工有很大影响。地质环境：隧道工程的地质环境具有广泛的内涵，包括地层特征、地下水条件、隧道开挖前地层中存在的原始地应力状态、地温梯度等。5.1隧道围岩分类及其应用目前，隧道围岩分类是设计和施工的基础(工程类比法以围岩分类为基础)。围岩分类的目的是选择施工方法的依据；实行科学

2、管理，正确评价经济效益；确定结构上的载荷(松散载荷)；给出了衬里结构的类型和尺寸。制定劳动定额和材料消耗标准等的依据。人们对围岩的认识在不断加深：从国外情况来看，土石方工程分类(开挖难度)，岩石坚固性分类为：如坚固性系数f，RQD，从围岩稳定性出发，取代多年来使用的坚固性分类，从分类指标来看，大部分都是定性描述，凭经验判断，定量描述， 隧道围岩分类的因素和指标及其选择单一岩性指标一般采用岩石单轴饱和极限抗压强度作为基本分类指标，具有试验简单、数据可靠的优点； 物理和机械参数，如岩石的抗压和抗拉强度、弹性模量和泊松比；岩石的抗钻性、抗爆性等工程指标。岩体弹性波传播速度：弹性波传播速度与岩体的强度

3、和完整性成正比，其指标反映了岩石力学性质和岩体破碎度的综合因素，通常用Kv:岩石质量指标(RQD)来评价：是综合反映岩体强度和破碎度的指标。所谓岩石质量指标是指钻井过程中的岩心采收率，即岩心采收率，即10厘米以上岩心的累计长度为100个钻井长度单位。根据岩石质量分级，RQD()10厘米为高质量；75 RQD 90是好的；50 RQD 75更好；25 RQD 50很差；RQD 25非常差，围岩自稳定时间：隧道开挖后，围岩通常有一段时间的临时稳定，不同地质环境下的自稳定时间不同。劳弗认为隧道围岩的自稳定时间ts可以用以下公式表示：ts=常数L(1a): L隧道无支撑段的长度；a 01之间的变化取决

4、于围岩条件，良好的岩体可视为a=0；根据围岩自稳时间和无支撑段长度，围岩可分为7个等级：稳定、易堵塞、易堵塞、破碎、极破碎、承压和大压力。综合指数是由两个或两个以上的岩性指数或综合岩性指数表示的综合指数。代表性的综合指数分类是巴顿等人提出的岩体质量的质量指数，即：质量(RQD/JH) (JR/JA) (JW/SRF) RQD 3360岩石质量标志；Jh:节理组的数量越多，岩体越破碎，Jh值越大；Jr:接头粗糙度，接头越光滑，Jr值越小；Ja:节理蚀变值越大，Ja值越大，Jw:节理的含水率降低系数越大，水压越高，Jw值越小，SRF:应力降低系数越大，围岩初始应力越高，SRF值越大。选择隧道围岩分

5、类方法在许多现有的围岩分类方法中，有三种基本的分类要素：第一类：与岩性有关的要素。其分类指标是岩石的强度和变形性质，如单轴抗压强度、变形模量或弹性波速度。第二类：与地质结构有关的要素。其分类指标采用岩石质量指数、地质因素二分法等方法。这些指标本质上是对岩体完整性或结构状态的评价。这类指标一般在围岩分类中占有重要地位；类别：与地下水有关的元素。目前，国内外的围岩分类方法，考虑到上述三个基本要素，按其性质主要分为以下几类：以岩石强度或岩石物理指标为代表的分类方法：以岩石强度为单一岩性指标的分类方法：代表了解放前或解放后初期中国的土石分类，即岩石分为硬石、亚硬石、绿松石和土；基于岩石物理性质指标的分

6、类方法：我国工程界广泛采用的岩石坚固性系数数值分类方法具有代表性意义；优点：指标单一，使用方便；缺点：它不能完全反映岩体的固有特性。以岩体结构和岩性特征为代表的分类方法：这种分类方法以早期提出的以台沙为基础的分类为代表。限于当时的条件，它只对不同岩性和构造条件的围岩进行分类。这种分类方法已被各国采用了很长时间，至今仍有广泛的影响。基于岩体综合物理性质的分类20世纪60年代，中国提出了基于岩体综合物理性质的“岩体综合分类”。优点：正确考虑地质构造特征、风化条件、地下水条件等因素对围岩的影响。缺点：分类指数缺乏定量描述。与地质勘探有关的分类方法：根据弹性波(P波)速度的分类方法围岩的弹性波速度是判

7、断岩性和岩体结构的综合指标，它不仅能反映岩石的硬度，还能表达岩体结构的破碎程度。大约在1970年，日本提出了根据围岩的弹性波速度进行分类。自1986年以来，我国也将围岩弹性波速度引入到围岩分类中。以岩石质量为指标的分级方法秩和比法的优点是考虑了许多因素，但分级指标一般是半定量的。缺点：评分判断也是主观的。1974年，挪威地质学家巴顿等提出了“岩体质量Q”的分类方法，岩体质量Q值实质上是岩块尺寸、抗剪强度和作用力的综合指标。岩体可以根据不同的Q值进行分类。以工程对象为代表的分类：优点：目的明确，使用方便，能指导施工；缺点：定性描述是主要的分类指标，人为因素多。如上所述，围岩分类方法有以下发展趋势

8、：分类应以岩体为主要对象。分类应与地质勘探手段有机结合；分类应有明确的工程对象和工程目的。分类应该逐步量化。值得注意的是，近年来，国内外相关学者都提出采用模糊数学分类；根据隧道周围测量的收敛值进行分类；利用人工智能专家系统分类等建议，这些假设将使围岩分类方法日益完善。围岩分类是分阶段进行的，因为它不仅取决于地质条件，还取决于工程规模、形状和施工技术等技术条件。不同阶段的地质调查、实验研究和工作顺序可以用框图表示从分类的指标和因素来看，岩体的结构特征和完整性是评价围岩稳定性最直接、最重要的指标。岩石强度根据岩性、物理力学参数、耐候性和建筑材料要求可分为硬岩和软岩，根据饱和抗压极限强度Rb与工程的

9、关系可分为四种类型。标准岩石和代表性岩石如表所示。在公路隧道围岩分类中，当有地下水时，一般采用降解法进行处理。在整个硬岩中，一般地下水对其稳定性影响很小，不考虑降解；在块状硬岩和整体软岩中，地下水会影响其稳定性，产生局部坍塌，或软化软弱结构面，围岩类别一般可酌情降低一级；在砾石松散结构的岩体中，裂隙中有泥质充填物，地下水对稳定性影响很大。根据地下水的性质、水量、渗流条件、动水和静水压，判断地下水对围岩的危害程度，可降低12个等级；强断裂带或软塑性粘土、潮湿粉细砂，一般含水地质条件的影响已在分类中考虑，不会退化。对于特殊的含水地层，如果已经达到饱和或有较大的承压水，则需要单独处理。公路隧道围岩分

10、类根据以上对分类因素和指标的分析，公路隧道围岩分类将围岩分为六个等级，如下表所示；岩体弹性波(纵波)速度分类和岩体完整性系数。隧道施工中围岩的分类施工阶段围岩的确定具有直接性、可靠性和重要性。评价因子包括三个因子：围岩硬度、围岩完整性和地下水状态，共分为十三个子因子，即313个评价因子。在这三个因素中，最困难的是围岩的完整性评价，研究的重点是如何根据工作面的地质资料来评价围岩的完整性。根据国内外对施工阶段围岩分类的研究，对围岩完整性的分类应采用多种方法，并应采用定性和定量的方法。例如，可采用以下指标：5.2围岩压力的测定1。围岩压力的概念围岩压力是指引起地下开挖空间周围岩体和支护变形或破坏的力

11、。它包括地应力引起的围岩应力和因围岩变形受阻而作用于支护结构的力。狭义上，围岩压力是指围岩对支护结构施加的压力。在工程中，一般研究狭窄围岩压力。根据作用力的形式，围岩压力一般可分为以下几种类型：(1)松散压力：指因开挖而松动或坍塌的岩体压力，它以重力的形式直接作用于支护结构上。它通常通过以下三种情况发生：(1)在整体稳定的岩体中，可能出现个别的松散岩石；在松散软弱岩体中，隧道顶部和两侧坍塌；在节理发育的裂隙岩体中，围岩的某些部分会沿弱面坍塌，如剪切破坏或拉伸破坏。变形压力是指在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，因为围岩的变形受到锚杆、锚喷等紧密附着支护的约束。变形压力

12、不仅与围岩应力状态有关，还与支护时间和支护刚度有关。膨胀压力：指围岩因吸水膨胀崩解而产生的压力。它和变形压力的基本区别在于它是由吸水和膨胀引起的。顽童隧道开挖引起的围岩松动和破坏范围差异很大。对于一般裂隙岩体中的深埋隧道，其扩展范围仅限于隧道周围一定深度，作用在支护结构上的围岩松动压力远远小于上覆岩层自重产生的压力，这可以用围岩的拱效应来解释。以下描述了水平岩层中矩形隧道开挖后围岩从变形到坍塌成拱的整个变形过程。成拱过程：隧道开挖后，在围岩应力重新分布的过程中，顶板开始下沉，出现拉伸断裂线，可视为变形阶段；顶板裂缝继续发展和张开，并因结构面切割等原因逐渐变为松动，可视为松动阶段；顶板岩体依其强

13、度逐渐垮落，可视为垮落阶段；当屋顶坍塌并达到一个新的平衡时，界面形成一个近似的拱形，可以认为是拱阶段。除上述围岩地质条件、支护结构的架设时间和刚度及其与围岩的接触状态外，自然拱的范围还取决于以下因素：隧道的形状和大小：拱圈越平，跨度越大，自然拱越高，围岩的松动压力越大；隧道埋深：实践证明，只有当隧道埋深超过一定临界值时，才能形成自然拱。传统上，这种隧道被称为深埋隧道，否则它是浅埋隧道。施工因素：爆破引起的振动往往是滑坡的重要原因之一，导致围岩压力过大，局部开挖引起的围岩多次扰动也会导致围岩失稳，增加自然拱的范围。确定围岩压力的方法目前确定围岩压力的方法有三种：直接测量法，这是一种实用的方法，是

14、隧道工程的研究和发展方向；然而，由于受测量设备和技术水平的限制，目前还没有得到广泛应用。经验法或工程类比法：根据对以往工程大量实际数据的统计和总结，根据不同围岩等级提出围岩压力的经验值，作为确定后期修建隧道工程围岩压力的依据。目前有多种用途。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很多，这些因素本身及其组合也有一定的偶然性，因此很难建立一个完善的、适用的围岩压力通用理论和计算方法。在理论计算方法中，考虑了几个主要因素，使计算结果与实际围岩压力较为接近，这是目前隧道工程设计中广泛采用的方法。深埋隧道围岩压力的确定(工程类比法)围岩垂直均匀压力q计算如下：q=0.45 2s-1 (kN/m2)，其中：s为围岩级别，如为S2二级；围岩体积密度(kn/m2)；1 i(B-5)宽度影响系数；隧道宽度b，(m)。我以B5m为基准，b增加或减少1m时围岩压力的增减率。当b为5m时，取i 0.1。适用条件为：H/B 1.7，其中H为隧道高度；深埋隧道；一般隧道不会产生显著的偏心压力和膨胀力；钻爆法施工隧道。新铁路规范：qh，h=0.411.79S，是从我国1046条铁路隧道中获得的经验公式，其中s规定了围岩分类。围岩水平均匀分布压力e的确定应根据下表中的经验公式进行计算。下面