圍巖穩定性是指隧道開挖后,圍巖自身在不支護條件下的穩定程度。 研究圍巖的穩定性有助于判斷施工難易程度,作為投資依據和結構分析計算的依據。而影響圍巖穩定性的依據又可以分為地質因素和人為因素。文章對此作出詳細介紹,可供參考。
一、基本概念
隧道工程?所賦存的地質環境的內涵很廣。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,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定程度。這是不言而喻的,因為地層穩定就意味著開挖隧道所引起的地層向隧道內的變形很小,而且在較短的時間內就可基本停止,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定程度稱為隧道圍巖的穩定性,這是一個反映地質環境的綜合指標。因此,研究隧道工程地質環境問題,歸根到底就是研究隧道圍巖的穩定性 。
根據坑道開挖實踐,坑道開挖后的穩定性大體上可分為以下幾類:
1、充分穩定的
坑道在長時間內有足夠的自穩能力,無需任何人為支護而能維持穩定,無坍塌、偶爾有掉塊。
2、基本穩定的
坑道會因爆破、巖塊結合松弛等而產生局部掉塊,但不會引起坑道的坍塌,坑道是穩定的,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、暫時穩定的
大多數坑道是屬于這個類型的。坑道開挖后呈現出不同程度的坍塌現象,坍塌后的坑道呈拱形而處于暫時穩定狀態。在外界(如爆破、重新更換支撐等)和內部(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定。
二、影響圍巖穩定的因素
1、地質因素
地質因素是客觀因素,從5個方面來分析:巖體結構特征、結構面性質和空間的組合、巖石的力學性質、地下水的影響、圍巖的初始應力狀態。
(1)巖體結構特征
指巖體的破碎程度或完整狀態。
破碎程度:裂隙率、裂隙間距。裂隙是廣義的:包括層理、節理、斷裂及夾層等結構面。
完整狀態:整塊狀、大塊狀等。
(2)結構面性質和空間組合
性質
① 結構面的成因
② 結構面的光滑程度
③ 結構面的物質組成
④ 結構面的規模
⑤ 結構面的密集度
空間組合
指結構面的相互位置狀態。
(3)巖石的力學性質
主要指巖石的單軸飽和極限抗壓強度Rb。巖石強度越高,隧道越穩定。
(4)圍巖的初應力狀態
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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