地下洞室围岩稳定性课件

第第8章章 地下洞室地下洞室围岩岩稳定性定性 地下洞室（工程）地下洞室（工程）指在岩体或土指在岩体或土层中修中修建的通道和各种建的通道和各种类型的地下建筑物。型的地下建筑物。以任何方式修建，最以任何方式修建，最终使用于使用于地地表以下的条形建筑物表以下的条形建筑物，其，其内部空洞内部空洞净空空断面在断面在2m2m2 2以上者均以上者均为隧道隧道。地下工程指从事研究和建造各种隧道及地下工程的规划、勘测、设计、施工和养护的一门应用科学和工程技术，是土木工程的一个分支。1.第8章 地下洞室围岩稳定性 地下洞室（工程）指在概述 2.概述 2.概述 隧道及地下工程的隧道及地下工程的类类型型 1.按用途分:交通运输：铁路、道路、地下铁道、水底隧道矿山：煤炭、有色金属等采矿、储存和生产等用途的 地下矿井和巷道工程市政工程：地下人行道、地下商场、给排水设施、天然气管道、电缆管道水利发电工程：地下发电厂房以及其他各种水工隧道等军工与人防工程：各种国防坑道，地下厂房和仓库、地下核试验场、防空洞、核废料的储存等3.概述 隧道及地下工程的类型 1.按用途分:交通运输：铁路、道 山岭隧道 城市隧道 水底隧道概述 2.按地层分(经过的地层)：岩石(软、硬)隧道土质隧道 3.按所处位置分:4.山岭隧道 城市隧道 水底隧道概 圆形隧道 矩形隧道 马蹄形隧道 概述 4.按施工方法分:钻爆法隧道 明挖法隧道机械法隧道 沉埋法隧道 5.按断面形状分:5.圆形隧道 矩形隧道 马蹄形隧道 概述 特大断面（100m2）大断面（50100m2）中等断面（1050m2）小断面（310m2）极小断面（100m2）大断面（50100m 公路：特长隧道L3000m 长隧道3000L1000m 中长隧道1000L500m 短隧道L500m概述 7.按隧道长度分(山岭隧道):铁路：特长隧道L10000 m 长隧道10000L3000 m 中长隧道3000L500m 短隧道L 500m7.公路：特长隧道L3000m 长隧道308.8.9.9.10.10.11.11.12.12.概述13.概述13.概述 14.概述 14.概述 15.概述 15.北京复兴门车站16.北京复兴门车站16.二滩电站的大坝：高240米17.二滩电站的大坝：高240米17.二滩电站的引水隧道18.二滩电站的引水隧道18.二滩电站的尾水隧道19.二滩电站的尾水隧道19.20.20.水工隧道水工隧道21.水工隧道21.地下地下电缆隧洞隧洞22.地下电缆隧洞22.概述 23.概述 23.隧洞开挖隧洞开挖图24.隧洞开挖图24.地下式水地下式水电站洞室布置剖面示意站洞室布置剖面示意图25.地下式水电站洞室布置剖面示意图25.鲁布革水布革水电站隧道施工站隧道施工26.鲁布革水电站隧道施工26.二滩地下厂房平面布置及典型剖面图27.二滩地下厂房平面布置及典型剖面图27.二滩地下厂房立体透视图28.二滩地下厂房立体透视图28.有有压及无及无压隧洞隧洞29.有压及无压隧洞29.8.1 地下工程位置地下工程位置选择的工程地的工程地质评价价 地下建筑位置的地下建筑位置的选择，除取决于工程目的要求，除取决于工程目的要求外，需要考外，需要考虑区域区域稳定、山体定、山体稳定及地形、岩性、定及地形、岩性、地地质构造、地下水及地构造、地下水及地应力力等因素的影响。等因素的影响。关于关于区域区域稳定性及山体的定性及山体的稳定定。一般要求，。一般要求，建洞建洞地区地区应是区域地是区域地质构造构造稳定，无区域性大断裂通定，无区域性大断裂通过，附近没有附近没有发震构造，地震基本烈度震构造，地震基本烈度应小于小于8度。度。理理想的建洞山体想的建洞山体应具具备以下条件：以下条件：1)建洞区地建洞区地质构造构造简单；2)岩体岩体坚硬完整，岩硬完整，岩层厚、厚、节理理组数少，数少，间距大，距大，无影响整个山体无影响整个山体稳定的断裂定的断裂带；3)地形完整，没有滑坡、塌方等早期埋藏和近期地形完整，没有滑坡、塌方等早期埋藏和近期破坏的地形。无岩溶或岩溶很不破坏的地形。无岩溶或岩溶很不发育；育；4)地下水影响小；地下水影响小；5)无有害气体和异常地无有害气体和异常地热。30.8.1 地下工程位置选择的工程地质评价 地下水工隧洞水工隧洞选线的基本原的基本原则 根据隧洞的用途，根据隧洞的用途，结合枢合枢纽总布置，布置，综合考合考虑地形地地形地质、水力学、沿、水力学、沿线建筑物、建筑物、洞洞线长度、施工条件、运行条件、度、施工条件、运行条件、环境影境影响等因素响等因素，从技，从技术和和经济两方面两方面对可能方可能方案案进行比行比较选定。定。31.水工隧洞选线的基本原则 根据隧洞的用途，结合枢 选线应首先首先满足水工隧洞的足水工隧洞的应用要求和枢用要求和枢纽总布置要求，布置要求，同同时，尽可能避开，尽可能避开对隧洞隧洞围岩岩稳定不利的复定不利的复杂的工程地的工程地质、水文地、水文地质条件的条件的区段区段(如沿如沿线深大沟谷深大沟谷发育、地育、地质构造破坏构造破坏强烈、烈、地下水地下水汇集、喀斯特洞穴集、喀斯特洞穴发育等育等)，避开将，避开将对环境境带来来严重重恶化的区段，尽量化的区段，尽量选择较短的路短的路线，对长隧洞隧洞应考考虑施工支洞成洞及施工支洞成洞及进口条件。口条件。在在充分研究上述条件的基充分研究上述条件的基础上，上，洞洞线宜宜选在沿在沿线地形地形较完整、上覆岩体厚度完整、上覆岩体厚度较大、地大、地质构造构造简单、岩石、岩石坚硬、岩体完整、喀斯特不硬、岩体完整、喀斯特不发育、水育、水文地文地质条件条件简单、施工方便的区段。、施工方便的区段。32.选线应首先满足水工隧洞的应用要求和枢纽总布置 8.1.1 地形条件地形条件 在地形上要求在地形上要求山体完整山体完整，洞室周，洞室周围包括洞包括洞顶及傍山及傍山侧应有有足足够的山体厚度的山体厚度。隧洞隧洞进出口地段的出口地段的边坡坡应下陡上下陡上缓，无滑坡、崩塌等无滑坡、崩塌等现象存在。象存在。洞口岩石洞口岩石应直直接出露或坡接出露或坡积层薄，岩薄，岩层最好最好倾向山里以向山里以保保证洞口坡的安全。在地形陡的高洞口坡的安全。在地形陡的高边坡开坡开挖洞口挖洞口时，应不削坡或少削坡即不削坡或少削坡即进洞，必洞，必要要时可做人工洞口先行可做人工洞口先行进洞，以保洞，以保证边坡坡的的稳定性定性。隧洞隧洞进出口不出口不应选在排水困在排水困难的低洼的低洼处，也不，也不应选在冲沟、傍河山嘴及在冲沟、傍河山嘴及谷口等易受水流冲刷的地段。谷口等易受水流冲刷的地段。33.8.1.1 地形条件 8.1.2 岩性条件岩性条件 岩性是影响岩性是影响围岩岩稳定的基本因素之一。定的基本因素之一。如如坚硬完整的岩体，硬完整的岩体，围岩一般是岩一般是稳定的，定的，能适能适应各种断面形状的地下洞室各种断面形状的地下洞室。而。而软弱弱岩体如粘土岩岩体如粘土岩类、破碎及、破碎及风化岩体，吸水化岩体，吸水易膨易膨胀的岩体等，通常力学的岩体等，通常力学强度低，遇水度低，遇水易易软化、崩解及膨化、崩解及膨胀等，不利于等，不利于围岩的岩的稳定。定。此外此外,岩岩层的的组合特征合特征对围岩岩稳定也有定也有重要影响。一般重要影响。一般软硬互硬互层或含或含软弱弱夹层的的岩体，岩体，稳定性差。定性差。层状岩体的状岩体的层次愈多，次愈多，单层厚度愈薄，厚度愈薄，稳定性愈差。定性愈差。均均质厚厚层及及块状岩体状岩体稳定性好。定性好。34.8.1.2 岩性条件 岩性是影响 8.1.3 地地质构造条件构造条件35.8.1.3 地质构造条件35.1岩岩层产状的影响状的影响 (1)洞室洞室轴线与岩与岩层走向垂直。走向垂直。这种情种情况，况，围岩的岩的稳定性定性较好好，特特别是是对边墙稳定有利定有利。当岩当岩层较陡陡时稳定性最好。定性最好。当岩当岩层倾角角较平平缓且且节理理发育育时，在洞，在洞顶易易发生局部岩生局部岩块坍落坍落现象，洞室象，洞室顶部部常出常出现阶梯形超挖。梯形超挖。36.1岩层产状的影响 (1)洞室轴线与岩层单斜岩斜岩层中的地下洞室中的地下洞室37.单斜岩层中的地下洞室37.(2)洞室走向与岩洞室走向与岩层走向平行走向平行 在水平岩在水平岩层中布置洞室中布置洞室时，应尽量使洞室位尽量使洞室位于均于均质厚厚层的的坚硬岩硬岩层中，中，应避免将避免将软弱岩弱岩层置置于洞室于洞室顶部部，因，因为软弱岩弱岩层易于造成易于造成顶板板悬垂或垂或坍塌。坍塌。软弱岩弱岩层位于洞室两位于洞室两侧或底部也不利，它或底部也不利，它容易引起容易引起边墙或底板鼓或底板鼓胀变形或被形或被挤出出。在在倾斜岩斜岩层中，一般中，一般说来是不利的。来是不利的。当洞身当洞身通通过软硬相硬相间或破碎的或破碎的倾斜岩斜岩层时，顺倾向一向一侧的的围岩易于岩易于变形或滑形或滑动，造成很大的偏，造成很大的偏压，逆逆倾向一向一侧围岩岩侧压力小，有利于力小，有利于稳定。定。因此，在因此，在倾斜岩斜岩层中最好将洞室中最好将洞室选在均一完整在均一完整坚硬的岩石中。硬的岩石中。此外，岩此外，岩层的的倾角角对围岩的岩的稳定性也有影响。定性也有影响。38.(2)洞室走向与岩层走向平行38.水平及水平及倾斜岩斜岩层中的地下洞室中的地下洞室39.水平及倾斜岩层中的地下洞室39.陡立岩陡立岩层中的地下洞室中的地下洞室40.陡立岩层中的地下洞室40.2褶褶皱的影响的影响 褶褶皱剧烈地区，一般断裂也很烈地区，一般断裂也很发育，特育，特别是是褶褶皱核部岩核部岩层完整性最差完整性最差。在背斜核部，岩在背斜核部，岩层呈上拱形，呈上拱形，虽岩岩层破碎，然犹如石砌的拱形破碎，然犹如石砌的拱形结构，能将上覆岩构，能将上覆岩层的荷重的荷重传递至两至两侧岩体中岩体中去，所以有利于洞去，所以有利于洞顶的的稳定。洞定。洞顶虽张裂隙裂隙发育，然岩育，然岩块呈上呈上宽下窄形，不易掉下窄形，不易掉块。向斜核向斜核部岩部岩层呈倒拱形，呈倒拱形，顶部被部被张裂隙切割的岩裂隙切割的岩块上上窄下窄下宽易于坍落。易于坍落。另外，向斜核部往往是承另外，向斜核部往往是承压水水储存的存的场所，地下洞室开挖所，地下洞室开挖时地下水会突然地下水会突然涌人洞室。涌人洞室。因此，在向斜核部不宜修建地下洞因此，在向斜核部不宜修建地下洞室。室。因此，在布置地下洞室因此，在布置地下洞室时，原，原则上上应避开褶避开褶皱核部。核部。若必若必须在褶在褶皱岩岩层地段修建地下工程，地段修建地下工程，可以将洞室放在褶可以将洞室放在褶皱的两翼的两翼。41.2褶皱的影响 褶皱剧烈地区，一般断裂也很发育地下洞室地下洞室轴线与褶与褶皱的关系的关系42.地下洞室轴线与褶皱的关系42.3断裂的影响断裂的影响 断断层破碎破碎带及断及断层交交汇区，区，稳定性定性极差。极差。地下掘地下掘进如遇如遇较大大规模的断模的断层，几乎都要几乎都要产生塌方甚至冒生塌方甚至冒顶(洞洞顶大大规模模突然坍塌破坏突然坍塌破坏)。一般情况下，。一般情况下，应避免洞避免洞室室轴线沿断沿断层带布置。如洞室布置。如洞室轴线垂直垂直或近于垂直断裂或近于垂直断裂带，则所需穿越的不所需穿越的不稳定地段定地段较短，但也可以短，但也可以产生塌方或大量生塌方或大量地下水涌入。因此，地下水涌入。因此，在在选址址时应尽量避尽量避开大断开大断层。43.3断裂的影响 断层破碎带及断断断层对地下洞室地下洞室选线的影响的影响44.断层对地下洞室选线的影响44.8.1.4 地下水地下水 在在选址址时最好最好选在地下水位以上的干燥在地下水位以上的干燥岩体内，地下水量不大、无高岩体内，地下水量不大、无高压含水含水层的的岩体内。岩体内。45.8.1.4 地下水 在选址时最好8.1.5 地地应力力 地下洞室开挖前，岩体内的地下洞室开挖前，岩体内的应力状力状态称称为初始初始应力状力状态。开挖后，由于洞室周。开挖后，由于洞室周围岩体失岩体失去了原有的支撑，破坏了原来的受力平衡状去了原有的支撑，破坏了原来的受力平衡状态，围岩将向洞内岩将向洞内产生松生松胀位移，从而引起洞周位移，从而引起洞周围一定范一定范围内岩体的内岩体的应力重新力重新调整，形成新的整，形成新的应力状力状态。该应力称力称重分布重分布应力、二次力、二次应力或力或围岩岩应力力。直接影响直接影响围岩岩稳定的是二次定的是二次应力状力状态，它，它与岩体的初始与岩体的初始应力状力状态、洞室断面形状及岩体、洞室断面形状及岩体特性等因素有关。特性等因素有关。一、开挖后一、开挖后围岩保持岩保持弹性性时的重分布的重分布应力力46.8.1.5 地应力 地下洞室开挖前，岩体内的圆形洞室形洞室围岩重分布岩重分布应力力计算算简图47.圆形洞室围岩重分布应力计算简图47.洞室周洞室周边围岩岩应力力弹性重分布性重分布计算公式算公式48.洞室周边围岩应力弹性重分布计算公式48.用用弹性理性理论计算算圆形洞室周形洞室周边应力重分布力重分布49.用弹性理论计算圆形洞室周边应力重分布49.地下洞室地下洞室围岩岩应力（力（弹性、性、弹塑性）重分布塑性）重分布50.地下洞室围岩应力（弹性、弹塑性）重分布50.各种断面形状的洞体应力状态比较51.各种断面形状的洞体应力状态比较51.二、开挖后二、开挖后围岩中出岩中出现塑性圈塑性圈时的重分的重分 布布应力力 洞室开挖后洞室开挖后围岩的岩的稳定性，取决于二定性，取决于二次次应力与力与围岩岩强度之度之间的关系。如果洞周的关系。如果洞周边应力小于岩体的力小于岩体的强度，度，围岩岩稳定。否定。否则，周周边岩石将岩石将产生破坏或生破坏或较大的塑性大的塑性变形。形。围岩一旦松岩一旦松动，如不加支，如不加支护，则会向深部会向深部发展，形成具有一定范展，形成具有一定范围的的应力松弛区力松弛区，称称为塑性松塑性松动圈圈。在松。在松动圈形成圈形成过程中，程中，原来周原来周边集中的高集中的高应力逐力逐渐向深向深处转移，移，形成新的形成新的应力增高区力增高区，该区岩体被区岩体被挤压紧密，称密，称为承承载圈圈。此圈之外。此圈之外为初始初始应力区力区。52.二、开挖后围岩中出现塑性圈时的重分 洞室洞室围岩岩应力重分布力重分布对比比图53.洞室围岩应力重分布对比图53.隧洞隧洞选线的的实例例 鲁布革布革水水电站有站有压引水隧洞的引水隧洞的选线。该电站位于我国珠江水系上游黄泥河，装机容量站位于我国珠江水系上游黄泥河，装机容量60万万kW，已建成投，已建成投产。引水隧洞。引水隧洞长9387m，洞，洞径径8m，分布岩，分布岩层为三叠系石灰岩、白云岩三叠系石灰岩、白云岩夹少少量泥量泥质岩。岩。在在规划划阶段曾比段曾比选了左、右岸布置了左、右岸布置方案。方案。鉴于右岸地形异常陡峻，沿于右岸地形异常陡峻，沿线交通及施交通及施工布置工布置难度很大，且隧洞末段将通度很大，且隧洞末段将通过砂砂页岩岩软弱岩弱岩层；而左岸洞；而左岸洞线地形地形较为开开阔，便于施工，便于施工布置，隧洞末端及地下厂房枢布置，隧洞末端及地下厂房枢纽区白云岩、石区白云岩、石灰岩山体雄厚，岩性灰岩山体雄厚，岩性坚硬完整，同硬完整，同时洞洞线比右比右岸短岸短12km，因此因此选择了左岸引水方案了左岸引水方案。54.隧洞选线的实例 鲁布革水电站有压引水隧洞的选线 隧洞区地隧洞区地质条件条件较为复复杂，分布有，分布有与河流近平行的与河流近平行的F201、F205、F113、F268等等规模模较大的断大的断层；石灰岩、白云；石灰岩、白云岩喀斯特岩喀斯特发育，地表喀斯特洼地直径可育，地表喀斯特洼地直径可达达100m以上，在地下也以上，在地下也发现了高达了高达4050m的大溶洞；石灰岩、白云岩中的大溶洞；石灰岩、白云岩中夹有有软弱的泥弱的泥质岩岩层。55.隧洞区地质条件较为复杂，分布有与河流近平行的针对上述不利的地上述不利的地质条件，左岸隧洞条件，左岸隧洞选线考考虑了以下四条原了以下四条原则：第一第一，尽量避开大断，尽量避开大断层或以或以较大的交角穿大的交角穿过断断层破碎破碎带较窄、胶窄、胶结较好的好的地段；地段；第二，第二，避开喀斯特洞穴避开喀斯特洞穴强烈烈发育地段，育地段，而从喀斯特而从喀斯特发育相育相对微弱的地段通微弱的地段通过；第三，第三，隧洞尽量少穿隧洞尽量少穿软弱的泥弱的泥质岩岩层；第四，第四，隧洞隧洞线路路较短。短。经过前期前期设计阶段的地段的地质测绘，地，地质构造、喀斯特及水文地构造、喀斯特及水文地质专门调查，钻探以及探以及施工初期利用施工支洞施工初期利用施工支洞导洞延伸勘探平洞等手洞延伸勘探平洞等手段，收集了大量段，收集了大量实际资料，料，进行了深入研究分行了深入研究分析，析，洞洞线在初在初设拟定的基定的基础上遵照上述原上遵照上述原则经过两次两次调整后才最整后才最终选定。定。56.针对上述不利的地质条件，左岸隧洞选线考虑了以下四条原则：第一开挖后引水隧洞地开挖后引水隧洞地质条件良好，条件良好，I、类围岩岩占占91.5，类围岩占岩占5.5，、V类围岩岩仅占占3；施工；施工顺利，利，进展快，展快，1984年年11月开始月开始掘掘进，经两年施工全两年施工全线贯通，平均月通，平均月进尺尺220m，最高月，最高月进尺达尺达3735m；665洞段采用了洞段采用了薄型薄型(厚厚40cm)素混凝土素混凝土衬砌，砌，335采用采用钢筋混凝土筋混凝土衬砌，投砌，投资比初比初设节省省3250万元，比万元，比招招标设计节省省 600万元，表明引水隧洞的万元，表明引水隧洞的选线和定和定线是成功的。是成功的。57.开挖后引水隧洞地质条件良好，I、类围岩占91.5，8.2 围岩岩变形破坏的特点形破坏的特点 由于岩体在由于岩体在强度和度和结构方面的差异，洞室构方面的差异，洞室围岩岩变形与破坏的形式多种多形与破坏的形式多种多样，主要的形式，主要的形式有脆性破裂、有脆性破裂、块体滑移、弯曲折断、松体滑移、弯曲折断、松动解脱、解脱、塑性塑性变形等。形等。1坚硬完整岩体的脆性破裂硬完整岩体的脆性破裂 在在坚硬完整的岩体中开挖地下洞室，硬完整的岩体中开挖地下洞室，围岩岩一般是一般是稳定的。但是在高地定的。但是在高地应力地区，力地区，经常常产生岩爆生岩爆现象。象。岩爆岩爆是是储存有很大存有很大弹性性应变能能的岩体，在开挖卸荷后，能量突然的岩体，在开挖卸荷后，能量突然释放所形成放所形成的的，它与岩石性，它与岩石性质、地、地应力力积聚水平及洞室断聚水平及洞室断面形状等因素有关。面形状等因素有关。58.8.2 围岩变形破坏的特点 围岩失稳机制及破坏形式59.围岩失稳机制及破坏形式59.围岩变形破坏的常见形式60.围岩变形破坏的常见形式60.2块体滑移体滑移 块体滑移是体滑移是块状状结构构围岩常岩常见的破的破坏形式。坏形式。这类破坏常以破坏常以结构面交切构面交切组合合成不同形状的成不同形状的块体滑移、塌落等形式出体滑移、塌落等形式出现。分离。分离块体的体的稳定性取决于定性取决于块体的形体的形状有无状有无临空条件、空条件、结构面的光滑程度及构面的光滑程度及是否是否夹泥等。泥等。61.2块体滑移 块体滑移是块状结坚硬岩体中的硬岩体中的块体滑移体滑移62.坚硬岩体中的块体滑移62.块状结构岩体的块体滑移63.块状结构岩体的块体滑移63.三三类典型的分离体典型的分离体64.三类典型的分离体64.3层状弯折和拱曲状弯折和拱曲 岩岩层的弯曲折断的弯曲折断，是，是层状状围岩岩变形形失失稳的主要形式。的主要形式。平平缓岩岩层，当岩，当岩层层次很薄或次很薄或软硬相硬相间时，顶板容易下沉弯曲折断板容易下沉弯曲折断。在在倾斜斜层状状围岩中，当岩中，当层间结合不合不良良时，顺倾向一向一侧拱脚以上部分岩拱脚以上部分岩层易易弯曲折断，弯曲折断，逆逆倾向一向一侧边墙或或顶拱易滑拱易滑落掉落掉块。在陡在陡倾或直立岩或直立岩层中，因洞周的切向中，因洞周的切向应力与力与边墙岩岩层近于平行，所以近于平行，所以边墙容容易凸邦弯曲。易凸邦弯曲。65.3层状弯折和拱曲 岩层的弯曲折断层状状结构构围岩岩变形破坏特征形破坏特征66.层状结构围岩变形破坏特征66.4碎裂岩体的松碎裂岩体的松动解脱解脱 碎裂碎裂结构岩体在构岩体在张力和振力和振动力作用下力作用下容易松容易松动、解脱，在洞、解脱，在洞顶则产生崩落，在生崩落，在边墙上上则表表现为滑塌或碎滑塌或碎块的坍塌。的坍塌。5松松软岩体岩体 一般一般强烈烈风化、化、强烈构造破碎或新近烈构造破碎或新近堆堆积的土体，在重力、的土体，在重力、围岩岩应力和地下水力和地下水作用下常作用下常产生冒落及塑性生冒落及塑性变形。常形。常见的塑的塑性性变形和破坏的形式有形和破坏的形式有边墙挤入、底鼓及入、底鼓及洞径收洞径收缩等。等。67.4碎裂岩体的松动解脱 碎碎裂岩体松动解脱68.碎裂岩体松动解脱68.碎裂碎裂结构构围岩塌方示意岩塌方示意图69.碎裂结构围岩塌方示意图69.散体散体结构岩体构岩体发生塑性生塑性挤出的几种情形出的几种情形70.散体结构岩体发生塑性挤出的几种情形70.8.3 围岩分岩分类8.3.1 工程岩体分工程岩体分级标准准(GB50218-94)之方案之方案第第6章章 已已经介介绍了我国了我国“工程岩体分工程岩体分级标准准”中的岩体中的岩体基本基本质量量BQ的确定方法，地下工程岩体的分的确定方法，地下工程岩体的分级还应考考虑来自地下水、主要来自地下水、主要软弱弱结构面构面产状以及初始状以及初始应力状力状态的影响，必的影响，必须根据上述三个因素根据上述三个因素对基本岩体基本岩体质量分量分级进行修正。其修正的行修正。其修正的BQ值按下式按下式计算：算：BQ=BQ-100（K1+K2+K3）式中式中 BQ岩体基本岩体基本质量指量指标修正修正值；BQ岩体基本岩体基本质量指量指标；K1地下水影响修正系数；地下水影响修正系数；K2主要主要软弱弱结构面构面产状影响修正系数；状影响修正系数；K3初始初始应力状力状态影响修正系数。影响修正系数。71.8.3 围岩分类8.3.1 工程岩体分级标准(GB5028.3.2 地下工程岩体自稳能力72.8.3.2 地下工程岩体自稳能力72.8.4 山山(围)岩岩压力力 8.4.1 围岩岩压力的概念力的概念 围岩岩压力也称山岩力也称山岩压力力，是指是指围岩的岩的强度适度适应不了不了围岩岩应力而力而产生塑性生塑性变形或破坏形或破坏时，作用在支，作用在支护或或衬砌上的力砌上的力。确定山岩确定山岩压力的大小在工程上具有重要的力的大小在工程上具有重要的意意义。如果取如果取值过大，大，则衬砌需要做得很厚，砌需要做得很厚，造成浪造成浪费。反之，取反之，取值太小，太小，衬砌做得很薄，砌做得很薄，承受不了承受不了实际的山岩的山岩压力，造成力，造成衬砌的破坏砌的破坏和和围岩失岩失稳。73.8.4 山(围)岩压力 8.4.1 围岩压力的概念影响影响围岩岩压力的因素力的因素 地地质因素因素 1.1.岩体初始岩体初始应力状力状态 2.2.岩石力学性岩石力学性质 3.3.岩体岩体结构面构面 4.4.地下水等地下水等 工程因素工程因素 1.1.施工方法施工方法 2.2.支支护设置置时间 3.3.支支护本身本身刚度度 4.4.隧道断面形状等隧道断面形状等74.影响围岩压力的因素 地质因素 74.8.4.2 山岩山岩压力的力的类型型 根据山岩根据山岩压力形成机理，可分力形成机理，可分为变形山形山压、松、松动山山压和冲和冲击山山压几种几种类型。型。(1)变形山形山压是由于是由于围岩的岩的弹性恢复或塑性性恢复或塑性变形所形所产生的生的围岩岩压力。力。一般塑性一般塑性变形主要有塑性形主要有塑性挤入、膨入、膨胀内鼓及弯折内鼓等，内鼓及弯折内鼓等，变形山形山压具有随具有随时间延延长而增大的特点。而增大的特点。(2)松松动山山压是由于是由于围岩拉裂塌落、岩拉裂塌落、块体滑移、体滑移、碎裂松碎裂松动等所引起的等所引起的。松。松动山山压仅限于限于围岩岩产生松生松动脱落的局部范脱落的局部范围内。它是以重力的形式作用在内。它是以重力的形式作用在衬砌上，其大小取决于脱落岩石的重量。砌上，其大小取决于脱落岩石的重量。(3)冲冲击山山压是由于岩体中是由于岩体中积聚的聚的弹性性应变能能突然突然释放所引起的，具有放所引起的，具有产生岩爆的条件生岩爆的条件时才能才能产生冲生冲击山山压。75.8.4.2 山岩压力的类型 根据山岩压力形成机1.围岩岩压力的确定方法力的确定方法 直接量直接量测法法 理理论估算法估算法 统计法（法（经验法、工程法、工程类比法）比法）76.1.围岩压力的确定方法76.2松松动山岩山岩压力的确定方法力的确定方法 普氏普氏压力拱理力拱理论。M.M.普普罗托季托季亚科科诺夫根据夫根据对一些一些矿山坑道的山坑道的观察和松散介察和松散介质的模型的模型试验于于1907年提出了平衡拱理年提出了平衡拱理论。普氏。普氏认为，由于断由于断层、节理的切割，使洞室理的切割，使洞室围岩成岩成为类似松散介似松散介质的散粒体。由于洞室开的散粒体。由于洞室开挖挖应力重分布，使洞力重分布，使洞顶破碎岩体逐破碎岩体逐渐坍坍塌，最后塌落成一个拱形才塌，最后塌落成一个拱形才稳定下来定下来。所以所以普氏普氏认为，洞，洞顶的山岩的山岩压力就是拱力就是拱形塌落体的重量形塌落体的重量。这个拱称个拱称为塌落拱、塌落拱、平衡拱或平衡拱或压力拱。力拱。77.2松动山岩压力的确定方法 普氏压力拱理论自然拱78.自然拱78.用普氏平衡拱理用普氏平衡拱理论计算山岩算山岩压力力79.用普氏平衡拱理论计算山岩压力79.围岩岩应力的力的现场量量测 直接量直接量测 间接量接量测80.围岩应力的现场量测 直接量测 80.81.81.82.82.83.83.84.84.8.5 洞室洞室围岩失岩失稳的防治措施的防治措施85.8.5 洞室围岩失稳的防治措施85.隧道支隧道支护技技术临时支支护形式：形式：1木支撑木支撑 2钢支撑支撑 3钢筋混凝土支撑筋混凝土支撑 4锚杆支撑及杆支撑及喷射混凝土支撑射混凝土支撑86.隧道支护技术临时支护形式：86.初期支初期支护 锚喷支支护 锚杆支杆支护 喷射混凝土支射混凝土支护 喷射混凝土射混凝土锚杆杆联合支合支护 喷射混凝土射混凝土钢筋网筋网联合支合支护 喷射混凝土与射混凝土与锚杆及杆及钢筋网筋网联合支合支护 喷钢纤维混凝土与混凝土与锚杆及杆及钢筋网筋网联合支合支护以以及上述几种及上述几种类型加型加设型型钢（或（或钢拱架）而成的拱架）而成的联合支合支护等。等。87.初期支护 锚喷支护 87.一、支一、支护与与衬砌砌88.一、支护与衬砌88.衬砌砌类型示意型示意图89.衬砌类型示意图89.二、二、喷锚支支护 当地下洞室开挖后，当地下洞室开挖后，围岩岩总是逐是逐渐地向洞内地向洞内变形。形。喷锚支支护就是在洞室开就是在洞室开挖后，及挖后，及时地向地向围岩表面岩表面喷一薄一薄层混凝混凝土土(一般厚度一般厚度为520cm)，有有时再增加一再增加一些些锚杆，从而部分地阻止杆，从而部分地阻止围岩向洞内岩向洞内变形，以达到支形，以达到支护的目的。的目的。1.喷射混凝土射混凝土90.二、喷锚支护 当地下洞室开挖后，喷射混凝土的作用射混凝土的作用91.喷射混凝土的作用91.92.92.93.93.94.94.喷锚支支护与常与常规衬砌支砌支护比比较示意示意图95.喷锚支护与常规衬砌支护比较示意图95.楔楔缝式及楔式及楔头式式锚杆杆96.楔缝式及楔头式锚杆96.胀壳式及砂壳式及砂浆粘粘结式式预应力力锚杆杆97.胀壳式及砂浆粘结式预应力锚杆97.2.锚杆的作用杆的作用 锚杆有楔杆有楔缝式金属式金属锚杆、杆、钢丝绳砂砂浆锚杆、杆、普通砂普通砂浆金属金属锚杆、杆、预应力力锚杆及木杆及木锚杆等。杆等。目前在大中型工程中，常用的是目前在大中型工程中，常用的是楔楔缝式金属式金属锚杆和砂杆和砂浆金属金属锚杆杆两种。两种。锚杆的作用可概括杆的作用可概括为下述三个方面。下述三个方面。(1)悬吊作用吊作用。(2)组合作用合作用。对于于层状岩状岩层，锚杆可以将杆可以将数数层薄的岩薄的岩层组合合联成整体，成整体，类似似锚钉加固的加固的组合梁，提高了岩合梁，提高了岩层整体的抗震、抗剪、抗弯整体的抗震、抗剪、抗弯能力。能力。(3)加固作用加固作用。为了防止了防止锚杆之杆之间岩岩块的坍落，可采用的坍落，可采用喷层和和钢丝网来配合。网来配合。98.2.锚杆的作用 锚杆有楔缝式金属锚杆、支支护时间与支与支护压力关系力关系图99.支护时间与支护压力关系图99.喷射混凝土射混凝土 喷射混凝土是用射混凝土是用喷射机把渗有速凝射机把渗有速凝剂的粗的粗细骨料混凝土以适当的骨料混凝土以适当的压力，高力，高速速喷射到隧道岩壁表面凝射到隧道岩壁表面凝结而成的混凝而成的混凝土。土。(一一)喷射混凝土的特点射混凝土的特点 1.充填裂隙加固充填裂隙加固围岩岩 2.封封闭围岩壁面防止岩壁面防止风化化 3.喷射混凝土与射混凝土与围岩岩组成共同承成共同承载体系体系100.喷射混凝土 喷射混凝土是用喷射机把渗有速(二二)喷射混凝土的射混凝土的优缺点缺点优点：点：1.柔性支柔性支护 2.支支护及及时 3.不用模板、拱架不用模板、拱架 4.施工工施工工艺简单 缺点：缺点：回回弹量大、止水性弱。量大、止水性弱。101.(二)喷射混凝土的优缺点优点：101.喷射混凝土的机械射混凝土的机械(具具)设备 机械手102.喷射混凝土的机械(具)设备 机械手102.喷射混凝土的机械射混凝土的机械(具具)设备 混凝土喷射三联机103.喷射混凝土的机械(具)设备 混凝土喷射三联机103.4 4、锚喷支支护的特点的特点104.4、锚喷支护的特点104.(四四)喷射凝土的材料及其射凝土的材料及其组成成1.喷射混凝土的材料射混凝土的材料 (1)水泥。水泥。喷射混凝土射混凝土对所采用水泥的基本要求是：所采用水泥的基本要求是：掺入速凝入速凝剂后凝后凝结快、保水性好、早期快、保水性好、早期强度增加快、收度增加快、收缩小。小。采用采用425号以上的普通硅酸号以上的普通硅酸盐水泥。水泥。(2)砂砂子子 (3)石子石子 (4)速凝速凝剂。一般。一般为水泥水泥质量量的的24（喷拱部拱部时可用可用34，喷边墙时可用可用23）。）。水泥水泥浆初凝初凝应不大于不大于5min，终凝凝应不大于不大于10min。105.(四)喷射凝土的材料及其组成105.2.喷射混凝土配合比和水灰比射混凝土配合比和水灰比 质量比量比水泥：中砂或中粗砂：石子，水泥：中砂或中粗砂：石子，对于于隧道隧道边墙采用采用1:(22.5):(22.5)；对于隧道拱于隧道拱部采用部采用1:2:(1.52.0)较为合适。合适。水灰比水灰比一般一般为0.40.5(五五)喷射混凝土的机械射混凝土的机械(具具)设备 混凝土混凝土喷射机、上料机、射机、上料机、搅拌机、机械手、混凝土运送拌机、机械手、混凝土运送搅拌拌车、混凝土、混凝土喷射三射三联机等。机等。106.2.喷射混凝土配合比和水灰比 106.工字型工字型钢拱架拱架107.工字型钢拱架107.钢架架格格栅网构网构钢架架 特点：u 质量轻，制作容易，架设方便，省工省料；u 与喷射混凝土结合良好，能形成整体钢筋混凝土结构；u 易与锚杆、超前小导管形成整体。钢架的纵向间距应根据所支护的围岩而定，一般为0.751.2m，两榀钢架之间设置直径为2022mm的纵向钢拉杆。108.钢架格栅网构钢架 特点：质量轻，制作容易，架设方便，省工省格格栅网构网构钢架架 109.格栅网构钢架 109.新奥法的基本概念新奥法的基本概念一、名称由来与一、名称由来与产生的背景生的背景 1963年，由奥地利学者年，由奥地利学者 L.V.Rabcewiez教授命名教授命名为“新奥地利隧道施工法（新奥地利隧道施工法（New Astrian Tunnelling Method）”，简称称“新新奥法（奥法（NATM）”正式出台。正式出台。产生背景：生背景：1.锚杆支杆支护在在20世世纪初出初出现。2.喷射混凝土机在射混凝土机在1940年代末研制成功。年代末研制成功。3.岩石力学的理岩石力学的理论发展展为新奥法提供了科新奥法提供了科学依据。学依据。110.新奥法的基本概念一、名称由来与产生的背景 二、新奥法的基本概念二、新奥法的基本概念新奥法新奥法:用薄用薄层支支护手段来保持手段来保持围岩岩强度，度，控制控制围岩岩变形，以形，以发挥围岩的自承岩的自承载能能力，并通力，并通过施工施工监控量控量测来指来指导隧道工隧道工程的程的设计与施工。与施工。新奥法的三大要素：新奥法的三大要素：控制爆破控制爆破 喷锚支支护 监控量控量测 三三项作作业：开挖开挖 初次支初次支护 二次二次支支护111.二、新奥法的基本概念新奥法:用薄层支护手段来保持围岩强度，控新奥法原理的要点新奥法原理的要点u 1.承载体系：支护结构+围岩 u 2.少扰动围岩 u 3.既允许又限制围岩的变形 u 4.复合式衬砌（初期支护和二次衬砌）u 5.初期支护应尽量做成柔性的 u 6.要尽可能使结构做得圆顺 u 7.进行有效的监控量测 u 8.通过“排堵措施”解决衬砌渗水 112.新奥法原理的要点 1.承载体系：支护结构+围岩 112.新奥法的施工技术 施工基本原施工基本原则“少少扰动，早支，早支护，勤量，勤量测，紧封封闭”113.新奥法的施工技术 施工基本原则“少扰动，早支护，勤量测，谢谢观看！谢谢观看！