《地下洞室工程問題》ppt課件

1、第七章 地下洞室工程問題7.1概述 地下洞室泛指在地表以下巖土體中建筑的各種方式和用途的建筑。 地下洞室的斷面外形：曲線形、折線形和組合型。 圍巖的概念和圍巖穩(wěn)定性。7.2 地下洞室位置的選擇地下洞室位置的選擇：進(jìn)洞山體洞口位置洞軸線7.2.1進(jìn)洞山體的選擇 進(jìn)洞山體的選擇主要思索山體的高度、山形的完好性、巖土體的鞏固性與均勻性和地質(zhì)構(gòu)造構(gòu)造特性等要素。7.2.2 洞口位置的選擇 洞口位置應(yīng)該思索山坡坡度、巖層傾角、洞口頂板的穩(wěn)定性和水流影響等幾方面要素。7.2.3 洞軸線位置的選擇1.地形2.地層與巖性條件3.地質(zhì)構(gòu)造條件4.水文地質(zhì)條件7.3 地下洞室圍巖的變形與破壞7.3.1洞室圍巖的變

2、形1.彈性與塑性變形 導(dǎo)致圍巖變形的根本緣由是地應(yīng)力的存在。 2.構(gòu)造面變形3.圍巖流變變形 固體介質(zhì)在長期靜荷載作用下，應(yīng)力、應(yīng)變隨時(shí)間延伸而變化的性質(zhì)，稱為流變性。蠕變是在一定溫度和應(yīng)力作用下的固體介質(zhì)隨時(shí)間而產(chǎn)生的緩慢、延續(xù)的變形；松弛是產(chǎn)生緩慢、延續(xù)的應(yīng)力減小。4.變形分布規(guī)律7.3.2 圍巖的破壞1.圍巖破壞的方式 洞室圍巖的變形與破壞程度，一方面取決于地下天然應(yīng)力、重分布應(yīng)力及附加應(yīng)力；另一方面與巖土體的構(gòu)造及其工程地質(zhì)性質(zhì)親密相關(guān)。1頂圍懸垂與崩塌2側(cè)圍突出與滑塌3底圍鼓脹與隆坡4圍巖縮徑及巖爆1圍巖縮徑2巖爆2.巖體破壞機(jī)理與漸進(jìn)破壞 1工程巖體的破壞，主要受巖體本身的特性、天

3、然應(yīng)力形狀、工程加荷與卸荷、地下水作用和時(shí)間要素的綜合影響。 破壞方式：剪切破壞重剪、剪斷和復(fù)合，拉斷破壞。2巖體破壞是一個(gè)漸進(jìn)過程：初裂階段漸進(jìn)破壞階段加速破壞階段7.4 地下洞室的圍巖分類7.4.1 巖體質(zhì)量目的分類 巖體質(zhì)量目的RMQ分類法簡稱M法。 影響巖體質(zhì)量優(yōu)劣的地質(zhì)要素主要有：巖體的完好性、巖石質(zhì)量、巖石風(fēng)化程度、巖石軟化性等。巖體質(zhì)量目的： 4個(gè)系數(shù)分別為：巖體完好系數(shù)、巖石質(zhì)量系數(shù)、巖石風(fēng)化程度系數(shù)、巖石軟化系數(shù)。dyVKKSKM7.4.2 巖石質(zhì)量目的分類%100tpLLRQD以鉆孔獲取的大于10cm的巖心斷塊長度與巖心總進(jìn)尺長度之比作為巖石質(zhì)量目的RQD。分為5類。7.4

4、.3 巖體地質(zhì)力學(xué)分類 這種分類法的出發(fā)點(diǎn)是把巖體作為一種由多種多樣構(gòu)造面切割的多裂隙固體介質(zhì)。巖體內(nèi)構(gòu)造面的規(guī)模、性質(zhì)及其組合關(guān)系在很大程度上決議了巖膂力學(xué)作用過程，構(gòu)成不同的力學(xué)介質(zhì)類型。7.4.4 Barton巖體分類 該分類運(yùn)用巖石質(zhì)量目的、節(jié)理組數(shù)、節(jié)理面粗糙程度、節(jié)理面蝕變程度、裂隙水折減系數(shù)、地應(yīng)力的影響等6個(gè)要素：SRFJJJJRQDQwarn7.5 地下洞室的圍巖壓力7.5.1圍巖壓力的概念 由于圍巖的變形與破壞作用在支護(hù)或襯砌構(gòu)造上的壓力，稱為“圍巖壓力。 圍巖壓力是設(shè)計(jì)支護(hù)襯砌的根據(jù)之一。其計(jì)算問題有待處理。7.5.2 圍巖應(yīng)力重分布 由于洞室的開挖，使圍巖中應(yīng)力、應(yīng)變調(diào)

5、整而引起原有天然應(yīng)力大小、方向和性質(zhì)改動(dòng)的過程和景象，稱為圍巖應(yīng)力重分布。 洞室斷面的外形對圍巖應(yīng)力分布有重要影響。7.5.3圍巖應(yīng)力計(jì)算-普氏系數(shù)法 此法以為，洞室開挖后圍巖以部分砂體失去平衡而向下塌落，塌落部位以上和兩側(cè)砂體處于新的平衡形狀而穩(wěn)定，塌落邊境呈拱形。這個(gè)拱便稱為“天然平衡拱。 普氏將此法推行到巖體上，以為被許多裂隙切割的巖體也可以視為具有一定凝聚力的松散體，并以為鞏固系數(shù)為巖石抗壓強(qiáng)度的1/100。7.5.4 洞室圍巖的外水壓力 洞室開挖在有地下水的巖體中，地下水作用在洞室襯砌上的靜水壓力有時(shí)會超越圍巖壓力。洞室設(shè)計(jì)中通常將作用在襯砌上的地下水靜水壓力稱為外水壓力。7.6 維

6、護(hù)地下洞室圍巖穩(wěn)定性的措施 保證圍巖穩(wěn)定性的途徑有二：一是維護(hù)圍巖原有穩(wěn)定性，使之不降低；二是提高巖體整體強(qiáng)度，使其穩(wěn)定性有所提高。前者主要是采用合理的施工和支護(hù)襯砌方案，后者主要是加固圍巖。7.6.1 合理選擇施工方案 隧洞的開挖方式根本上有兩種：一是全斷面開挖法；二是導(dǎo)洞開挖法。全斷面開挖法普通適用于圍巖很穩(wěn)定、無塌方掉石的地域；導(dǎo)洞開挖法適用于斷面較大，巖體又不太穩(wěn)定的地質(zhì)條件。1.導(dǎo)洞開挖法1上下導(dǎo)洞開挖、先拱后墻法2側(cè)導(dǎo)洞開挖，先墻后拱法中心支撐法2.全斷面開挖1新奧法：噴錨構(gòu)造 與常規(guī)支襯方法比較：開挖斷面小、節(jié)省支襯資料、巖體穩(wěn)定性好、施工速度快等優(yōu)點(diǎn)。既適用于鞏固巖石、也適宜于脆弱巖石，特別適宜于破碎、蛻變、易變形的施工困難段，運(yùn)用廣泛。2盾構(gòu)法與盾構(gòu)機(jī) 盾構(gòu)法是用特制機(jī)器開挖隧洞的施工技術(shù)，主要用于第四系松軟地層掘進(jìn)成洞。優(yōu)點(diǎn)：避開干擾，不影響地面建筑和環(huán)境，可充分利用地下空間。掘進(jìn)、出渣、支護(hù)與襯砌融為一體。7.6.2 支撐、襯砌 隧洞的支襯任務(wù)包括支撐和襯砌 支撐任務(wù)是開挖過程中防止圍巖塌方的暫時(shí)性措施；襯砌是維護(hù)圍巖穩(wěn)定的永久性構(gòu)造，用以接受山巖壓力和內(nèi)、外