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　　地下工程圍巖的穩(wěn)定性

　　1.地下工程位置選則的影響因素

　　地下工程位置的選擇，除取決于工程目的要求外，還需要考慮區(qū)域穩(wěn)定、山體穩(wěn)定及地形、巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地下水、地應(yīng)力等因素的影響。

　　(1)地形條件

　　在地形上要求山體完整，地下工程周圍包括洞頂及傍山側(cè)應(yīng)有足夠的山體厚度。如選擇隧洞位置時，隧洞進出口地段的邊坡應(yīng)下陡上緩，無滑坡、崩塌等現(xiàn)象存在。洞口巖石應(yīng)直接出露或坡積層薄，巖層最好傾向山里以保證洞口坡的安全。

　　(2)巖性條件

　　堅硬完整的巖體，圍巖一般是穩(wěn)定的，能適應(yīng)各種斷面形狀的地下工程。而軟弱巖體，如黏土巖類、破碎及風(fēng)化巖體、吸水易膨脹的巖體等，通常力學(xué)強度低，遇水易軟化、崩解及膨脹等，不利于圍巖的穩(wěn)定。

　　因此，地下工程位置應(yīng)盡量選在堅硬完整巖石中。一般而言，巖漿巖、厚層堅硬的沉積巖及變質(zhì)巖，圍巖的穩(wěn)定性好，適于修建大型的地下工程。凝灰?guī)r、黏土巖、頁巖、膠結(jié)不好的砂礫巖、千枚巖及某些片巖，穩(wěn)定性差，不宜建大型地下工程。

　　(3)地質(zhì)構(gòu)造條件

　　1)褶皺的影響。在背斜核部，巖層呈上拱形，有利于洞頂?shù)姆�(wěn)定。向斜核部巖層呈倒拱形，易于塌落。原則上應(yīng)避開褶皺核部，若必須在褶皺巖層地段修建地下工程，可以將地下工程放在褶皺的兩側(cè)。

　　2)斷裂的影響。斷層破碎帶及斷層交匯區(qū)穩(wěn)定性極差，地下工程開挖如遇較大規(guī)模的斷層，基本上都會產(chǎn)生塌方甚至冒頂(洞頂大規(guī)模突然坍塌破壞)。一般而言，應(yīng)避免地下工程軸線沿斷層帶布置。而地下工程軸線垂直或近于垂直斷裂帶，所需穿越的不穩(wěn)定地段較短，但也可能產(chǎn)生塌方。因此，在選址時應(yīng)盡量避開大斷層。

　　3)巖層產(chǎn)狀的影響。對于地下工程軸線與巖層走向垂直的情況，圍巖的穩(wěn)定性較好，特別是對邊墻穩(wěn)定有利。在水平巖層中布置地下工程時，應(yīng)盡量使地下工程位于均質(zhì)厚層的堅硬巖層中。當(dāng)洞身穿過軟硬相間或破碎的傾斜巖層時，順傾向一側(cè)的圍巖易于變形或滑動，造成很大的偏壓，逆傾向一側(cè)圍巖側(cè)壓力小，有利于穩(wěn)定。

　　(4)地下水

　　在選址時最好選在地下水位以上的干燥巖體內(nèi)，或地下水量不大、無高壓含水層的巖體內(nèi)。

　　(5)地應(yīng)力

　　初始應(yīng)力狀態(tài)是決定圍巖應(yīng)力重分布的主要因素。

　　2.圍巖的工程地質(zhì)分析

　　(1)圍巖穩(wěn)定性分析

　　變形與破壞的五種形式：

　　1)脆性破裂，經(jīng)常產(chǎn)生于高地應(yīng)力地區(qū)。存儲有很大彈性應(yīng)變能的巖體，在開挖卸荷后，能量突然釋放形成的。

　　2)塊體滑移，是塊狀結(jié)構(gòu)圍巖常見的破壞形式，常以結(jié)構(gòu)面交匯切割組合成不同形狀的塊體滑移、塌落等形式出現(xiàn)。

　　3)巖層的彎曲折斷，是層狀圍巖變形失穩(wěn)的主要形式。在傾斜層狀圍巖中，當(dāng)層間結(jié)合不良時，順傾向一側(cè)拱腳以上部分巖層易彎曲折斷，逆傾向一側(cè)邊墻或頂拱易滑落掉塊。在陡傾或直立巖層中，因洞周的切向應(yīng)力與邊墻巖層近于平行，所以邊墻容易凸邦彎曲。

　　4)碎裂結(jié)構(gòu)巖體在張力和振動力作用下容易松動、解脫，在洞頂則產(chǎn)生崩落，在邊墻上則表現(xiàn)為滑塌或碎塊的坍塌。當(dāng)結(jié)構(gòu)面間夾泥時，往往會產(chǎn)生大規(guī)模的塌方，如不及時支護，將愈演愈烈，直至冒頂。

　　5)一般強烈風(fēng)化、強烈構(gòu)造破碎或新近堆積的土體，在重力、圍巖應(yīng)力和地下水作用下常產(chǎn)生冒落及塑性變形。

　　(2)圍巖的分類

　　主要是鑒于圍巖的穩(wěn)定性對圍巖進行分類，不同建設(shè)行業(yè)對圍巖的分類尚不盡相同。例如，水利建設(shè)行業(yè)將圍巖分為五類，交通建設(shè)行業(yè)將圍巖分為六類。

　　3.提高圍巖穩(wěn)定性的措施

　　(1)支撐與襯砌。

　　支撐是在地下工程開挖過程中用以穩(wěn)定圍巖用的臨時性措施。按照選用材料的不同，有木支撐、鋼支撐及混凝土支撐等。在不太穩(wěn)定的巖體中開挖，需及時支撐以防止圍巖早期松動。

　　襯砌是加固圍巖的永久性結(jié)構(gòu)，其作用主要是承受圍巖壓力及內(nèi)水壓力，有混凝土及鋼筋混凝土襯砌，也可以用漿砌條石襯砌。

　　(2)噴錨支護。噴錨支護是在地下工程開挖后，及時地向圍巖表面噴一薄層混凝土(一般厚度為5～2Ocm)，有時再增加一些錨桿，從而部分地阻止圍巖向洞內(nèi)變形，以達到支護的目的。

　　噴錨支護能使混凝土噴層與圍巖緊密結(jié)合，并且噴層本身具有一定的柔性和變形特性，因而能及時有效地控制和調(diào)整圍巖應(yīng)力的重分布，最大限度地保護巖體的結(jié)構(gòu)和力學(xué)性質(zhì)，防止圍巖的松動和坍塌。如果噴混凝土再配合錨桿加固圍巖，則會更有效地提高圍巖自身的承載力和穩(wěn)定性。

　　噴混凝土具備以下幾方面的作用：

　　首先，能緊跟工作面，速度快，因而縮短了開挖與支護的間隔時間，及時地填補了圍巖表面的裂縫和缺損，阻止裂隙切割的碎塊脫落松動，使圍巖的應(yīng)力狀態(tài)得到改善;

　　其次，由于有較高的噴射速度和壓力，漿液能充填張開的裂隙，起著加固巖體的作用，提高了巖體的強度和整體性。

　　此外，噴層與圍巖緊密結(jié)合，有較高的粘結(jié)力和抗剪強度，能在結(jié)合面上傳遞各種應(yīng)力，可以起到承載拱的作用。

　　為了防止錨桿之間的碎塊塌落，可采用噴層和鋼絲網(wǎng)來配合。

　　(3)各類圍巖的具體處理方法。

　　1)對于堅硬的整體圍巖，巖塊強度高，整體性好，在下工程開挖后自身穩(wěn)定性好，基本上不存在支護向題。這種情況下噴混凝土的作用主要防止圍巖表面風(fēng)化，消除開挖后表面的凹凸不平及防止個別巖塊掉落，其噴層厚度一般3～5cm.當(dāng)?shù)叵鹿こ虈鷰r中出現(xiàn)拉應(yīng)力區(qū)時，應(yīng)采用錨桿穩(wěn)定圍巖。

　　2)對于塊狀圍巖，這類圍巖的坍塌總是從個別石塊——“危石”掉落開始，再逐漸發(fā)展擴大，只要及時有效地防止個別“危石”掉落，就能保證圍巖整體的穩(wěn)定性。一般而言，對于此類圍巖，噴混凝土支護即可，但對于邊墻部分巖塊可能沿某一結(jié)構(gòu)面出現(xiàn)滑動時，應(yīng)該用錨桿加固。

　　3)對于層狀圍巖，在開挖地下工程時，往往不易打成拱形(或圓形)，爆破后頂面經(jīng)常成平板狀，如不加支護，圍巖常常先發(fā)生彎曲張開，然后逐漸坍塌。因此對于此類圍巖，應(yīng)以錨桿為主要的支護手段。

　　4)對于軟弱圍巖，相當(dāng)于圍巖分類中的IV類和V 類圍巖，一般強度低、成巖不牢固的軟巖，破碎及強烈風(fēng)化的巖石。該類圍巖在地下工程開挖后一般都不能自穩(wěn)，所以必須立即噴射混凝土，有時還要加錨桿和鋼筋網(wǎng)才能穩(wěn)定圍巖。

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