圍巖穩(wěn)定性是指隧道開挖后,圍巖自身在不支護條件下的穩(wěn)定程度。 研究圍巖的穩(wěn)定性有助于判斷施工難易程度,作為投資依據(jù)和結構分析計算的依據(jù)。而影響圍巖穩(wěn)定性的依據(jù)又可以分為地質(zhì)因素和人為因素。文章對此作出詳細介紹,可供參考。
一、基本概念
隧道工程?所賦存的地質(zhì)環(huán)境的內(nèi)涵很廣。包括地層特征,地下水狀況,開挖隧道前就存在于地層中的原始地應力狀態(tài),以及地溫梯度等。但對隧道工程來說,zui關心的問題則是地層被挖成隧道后的穩(wěn)定程度。這是不言而喻的,因為地層穩(wěn)定就意味著開挖隧道所引起的地層向隧道內(nèi)的變形很小,而且在較短的時間內(nèi)就可基本停止,這對施工過程和支護結構都是非常有利的。地層被挖成隧道后的穩(wěn)定程度稱為隧道圍巖的穩(wěn)定性,這是一個反映地質(zhì)環(huán)境的綜合指標。因此,研究隧道工程地質(zhì)環(huán)境問題,歸根到底就是研究隧道圍巖的穩(wěn)定性 。
根據(jù)坑道開挖實踐,坑道開挖后的穩(wěn)定性大體上可分為以下幾類:
1、充分穩(wěn)定的
坑道在長時間內(nèi)有足夠的自穩(wěn)能力,無需任何人為支護而能維持穩(wěn)定,無坍塌、偶爾有掉塊。
2、基本穩(wěn)定的
坑道會因爆破、巖塊結合松弛等而產(chǎn)生局部掉塊,但不會引起坑道的坍塌,坑道是穩(wěn)定的,層間結合差的平緩巖層頂板可能彎曲、斷裂。此時應采取局部支護或輕型的支護。
3、暫時穩(wěn)定的
大多數(shù)坑道是屬于這個類型的??拥篱_挖后呈現(xiàn)出不同程度的坍塌現(xiàn)象,坍塌后的坑道呈拱形而處于暫時穩(wěn)定狀態(tài)。在外界(如爆破、重新更換支撐等)和內(nèi)部(如地下水等)條件的影響下,坑道如不及時支護,會進一步喪失穩(wěn)定。因此,在這種圍巖中,必須采取各種類型的支護措施。
4、不穩(wěn)定的
坑道在不支護條件下是難以開挖的,隨挖隨坍,常常要先支后挖,坑道的坍塌發(fā)生迅速、影響范圍大,有時可坍塌到地表,或在地面形成塌盆地。在有水的情況下,土體流動造成極大的荷載。在這種情況下,需要采取專門的支護措施和施工方法來保證坑道的穩(wěn)定。
二、影響圍巖穩(wěn)定的因素
1、地質(zhì)因素
地質(zhì)因素是客觀因素,從5個方面來分析:巖體結構特征、結構面性質(zhì)和空間的組合、巖石的力學性質(zhì)、地下水的影響、圍巖的初始應力狀態(tài)。
(1)巖體結構特征
指巖體的破碎程度或完整狀態(tài)。
破碎程度:裂隙率、裂隙間距。裂隙是廣義的:包括層理、節(jié)理、斷裂及夾層等結構面。
完整狀態(tài):整塊狀、大塊狀等。
(2)結構面性質(zhì)和空間組合
性質(zhì)
① 結構面的成因
② 結構面的光滑程度
③ 結構面的物質(zhì)組成
④ 結構面的規(guī)模
⑤ 結構面的密集度
空間組合
指結構面的相互位置狀態(tài)。
(3)巖石的力學性質(zhì)
主要指巖石的單軸飽和極限抗壓強度Rb。巖石強度越高,隧道越穩(wěn)定。
(4)圍巖的初應力狀態(tài)
初始應力是隧道圍巖變形、破壞的根本作用力。已初步將初始應力考慮進圍巖分級之中。在高的初始應力場條件下,圍巖級別應適當降低。
(5)地下水的影響
① 軟化圍巖
② 減少層間摩阻力促使巖塊滑動
③ 具膨脹性的圍巖,遇水后產(chǎn)生膨脹等
2、人為因素
(1)隧道形狀和尺寸
(2)支護結構類型
(3)施工方法
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