2019一级造价工程师《土建工程》考点：地下工程围岩的稳定性

 　　地下工程围岩的稳定性

  　　1.地下工程位置选则的影响因素   　　地下工程位置的选择，除取决于工程目的要求外，还需要考虑区域稳定、山体稳定及地形、岩性、地质构造、地下水、地应力等因素的影响。   　　(1)地形条件   　　在地形上要求山体完整，地下工程周围包括洞顶及傍山侧应有足够的山体厚度。如选择隧洞位置时，隧洞进出口地段的边坡应下陡上缓，无滑坡、崩塌等现象存在。洞口岩石应直接出露或坡积层薄，岩层最好倾向山里以保证洞口坡的安全。   　　(2)岩性条件   　　坚硬完整的岩体，围岩一般是稳定的，能适应各种断面形状的地下工程。而软弱岩体，如黏土岩类、破碎及风化岩体、吸水易膨胀的岩体等，通常力学强度低，遇水易软化、崩解及膨胀等，不利于围岩的稳定。   　　因此，地下工程位置应尽量选在坚硬完整岩石中。一般而言，岩浆岩、厚层坚硬的沉积岩及变质岩，围岩的稳定性好，适于修建大型的地下工程。凝灰岩、黏土岩、页岩、胶结不好的砂砾岩、千枚岩及某些片岩，稳定性差，不宜建大型地下工程。   　　(3)地质构造条件   　　1)褶皱的影响。在背斜核部，岩层呈上拱形，有利于洞顶的稳定。向斜核部岩层呈倒拱形，易于塌落。原则上应避开褶皱核部，若必须在褶皱岩层地段修建地下工程，可以将地下工程放在褶皱的两侧。   　　2)断裂的影响。断层破碎带及断层交汇区稳定性极差，地下工程开挖如遇较大规模的断层，基本上都会产生塌方甚至冒顶(洞顶大规模突然坍塌破坏)。一般而言，应避免地下工程轴线沿断层带布置。而地下工程轴线垂直或近于垂直断裂带，所需穿越的不稳定地段较短，但也可能产生塌方。因此，在选址时应尽量避开大断层。   　　3)岩层产状的影响。对于地下工程轴线与岩层走向垂直的情况，围岩的稳定性较好，特别是对边墙稳定有利。在水平岩层中布置地下工程时，应尽量使地下工程位于均质厚层的坚硬岩层中。当洞身穿过软硬相间或破碎的倾斜岩层时，顺倾向一侧的围岩易于变形或滑动，造成很大的偏压，逆倾向一侧围岩侧压力小，有利于稳定。   　　(4)地下水   　　在选址时最好选在地下水位以上的干燥岩体内，或地下水量不大、无高压含水层的岩体内。   　　(5)地应力   　　初始应力状态是决定围岩应力重分布的主要因素。   　　2.围岩的工程地质分析   　　(1)围岩稳定性分析   　　变形与破坏的五种形式：   　　1)脆性破裂，经常产生于高地应力地区。存储有很大弹性应变能的岩体，在开挖卸荷后，能量突然释放形成的。   　　2)块体滑移，是块状结构围岩常见的破坏形式，常以结构面交汇切割组合成不同形状的块体滑移、塌落等形式出现。   　　3)岩层的弯曲折断，是层状围岩变形失稳的主要形式。在倾斜层状围岩中，当层间结合不良时，顺倾向一侧拱脚以上部分岩层易弯曲折断，逆倾向一侧边墙或顶拱易滑落掉块。在陡倾或直立岩层中，因洞周的切向应力与边墙岩层近于平行，所以边墙容易凸邦弯曲。   　　4)碎裂结构岩体在张力和振动力作用下容易松动、解脱，在洞顶则产生崩落，在边墙上则表现为滑塌或碎块的坍塌。当结构面间夹泥时，往往会产生大规模的塌方，如不及时支护，将愈演愈烈，直至冒顶。   　　5)一般强烈风化、强烈构造破碎或新近堆积的土体，在重力、围岩应力和地下水作用下常产生冒落及塑性变形。   　　(2)围岩的分类   　　主要是鉴于围岩的稳定性对围岩进行分类，不同建设行业对围岩的分类尚不尽相同。例如，水利建设行业将围岩分为五类，交通建设行业将围岩分为六类。   　　3.提高围岩稳定性的措施   　　(1)支撑与衬砌。   　　支撑是在地下工程开挖过程中用以稳定围岩用的临时性措施。按照选用材料的不同，有木支撑、钢支撑及混凝土支撑等。在不太稳定的岩体中开挖，需及时支撑以防止围岩早期松动。   　　衬砌是加固围岩的永久性结构，其作用主要是承受围岩压力及内水压力，有混凝土及钢筋混凝土衬砌，也可以用浆砌条石衬砌。   　　(2)喷锚支护。喷锚支护是在地下工程开挖后，及时地向围岩表面喷一薄层混凝土(一般厚度为5～2Ocm)，有时再增加一些锚杆，从而部分地阻止围岩向洞内变形，以达到支护的目的。   　　喷锚支护能使混凝土喷层与围岩紧密结合，并且喷层本身具有一定的柔性和变形特性，因而能及时有效地控制和调整围岩应力的重分布，最大限度地保护岩体的结构和力学性质，防止围岩的松动和坍塌。如果喷混凝土再配合锚杆加固围岩，则会更有效地提高围岩自身的承载力和稳定性。   　　喷混凝土具备以下几方面的作用：   　　首先，能紧跟工作面，速度快，因而缩短了开挖与支护的间隔时间，及时地填补了围岩表面的裂缝和缺损，阻止裂隙切割的碎块脱落松动，使围岩的应力状态得到改善;   　　其次，由于有较高的喷射速度和压力，浆液能充填张开的裂隙，起着加固岩体的作用，提高了岩体的强度和整体性。   　　此外，喷层与围岩紧密结合，有较高的粘结力和抗剪强度，能在结合面上传递各种应力，可以起到承载拱的作用。   　　为了防止锚杆之间的碎块塌落，可采用喷层和钢丝网来配合。   　　(3)各类围岩的具体处理方法。   　　1)对于坚硬的整体围岩，岩块强度高，整体性好，在下工程开挖后自身稳定性好，基本上不存在支护向题。这种情况下喷混凝土的作用主要防止围岩表面风化，消除开挖后表面的凹凸不平及防止个别岩块掉落，其喷层厚度一般3～5cm.当地下工程围岩中出现拉应力区时，应采用锚杆稳定围岩。   　　2)对于块状围岩，这类围岩的坍塌总是从个别石块——“危石”掉落开始，再逐渐发展扩大，只要及时有效地防止个别“危石”掉落，就能保证围岩整体的稳定性。一般而言，对于此类围岩，喷混凝土支护即可，但对于边墙部分岩块可能沿某一结构面出现滑动时，应该用锚杆加固。   　　3)对于层状围岩，在开挖地下工程时，往往不易打成拱形(或圆形)，爆破后顶面经常成平板状，如不加支护，围岩常常先发生弯曲张开，然后逐渐坍塌。因此对于此类围岩，应以锚杆为主要的支护手段。   　　4)对于软弱围岩，相当于围岩分类中的IV类和V 类围岩，一般强度低、成岩不牢固的软岩，破碎及强烈风化的岩石。该类围岩在地下工程开挖后一般都不能自稳，所以必须立即喷射混凝土，有时还要加锚杆和钢筋网才能稳定围岩。