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2019一级造价工程师《土建工程》考点:地下工程围岩的稳定性

来源:长理培训发布时间:2019-06-29 17:30:48

   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。

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