1、第六章第六章 地下洞室的工程地下洞室的工程 地质问题地质问题Z第一节第一节 概概 述述Z第二节第二节 洞室位置的选择洞室位置的选择Z第三节第三节 洞室围岩压力洞室围岩压力(了解了解)Z第四节第四节 洞室围岩的破坏形式洞室围岩的破坏形式Z第五节第五节 洞室围岩稳定性因素的分析洞室围岩稳定性因素的分析Z第六节第六节 保障洞室围岩稳定性的措施保障洞室围岩稳定性的措施（重点）（重点）Z第七节第七节 岩体的工程分类岩体的工程分类一、定义一、定义地下洞室地下洞室：指在地下或山体内部的各类建筑物。：指在地下或山体内部的各类建筑物。如地下交通运输用的铁道和公路隧道、地下铁道等；如地下交通运输用的铁道和公路隧道
2、、地下铁道等；地下工业用房的地下工厂、电站和变电所及地下矿井巷地下工业用房的地下工厂、电站和变电所及地下矿井巷道、地下输水隧洞等；道、地下输水隧洞等；地下储存库房用的地下车库、油库、水库和物资仓库等；地下储存库房用的地下车库、油库、水库和物资仓库等；第一节第一节 概概 述述一般来说，地下工程所要解决的主要工程地质问题有如一般来说，地下工程所要解决的主要工程地质问题有如下方面：下方面：在选择地下建筑工程位置时，判定拟建工程的区域在选择地下建筑工程位置时，判定拟建工程的区域稳定性和山体岩体的稳定性（包括洞口边坡稳定和洞身稳定性和山体岩体的稳定性（包括洞口边坡稳定和洞身岩体的稳定）。岩体的稳定）。在
3、已选定的工程位置上判定地下建筑工程所在岩体在已选定的工程位置上判定地下建筑工程所在岩体的稳定性。这个阶段除进行一般的岩体稳定评价以外，的稳定性。这个阶段除进行一般的岩体稳定评价以外，还要解决一些与土建设计有关的岩体稳定方面的问题，还要解决一些与土建设计有关的岩体稳定方面的问题，这些问题有：这些问题有：（1）洞室四周岩体的）洞室四周岩体的围岩压力围岩压力的评价（即岩体本身对的评价（即岩体本身对衬砌支护的压力评价）；衬砌支护的压力评价）；（2）岩体内）岩体内地下水压力地下水压力的评价（即地下水对衬砌支护的评价（即地下水对衬砌支护的压力）；的压力）；（3）提出保护围岩稳定性和提高稳定性的）提出保护围
4、岩稳定性和提高稳定性的加固加固措施；措施；围岩：地下洞室周围的围岩土体。围岩：地下洞室周围的围岩土体。即洞室周围受到开挖影响，大体相当于地下洞室宽度即洞室周围受到开挖影响，大体相当于地下洞室宽度或平均直径或平均直径3倍左右范围内的岩土体。倍左右范围内的岩土体。我国几处地下洞室围岩失稳或破坏的典型实例我国几处地下洞室围岩失稳或破坏的典型实例 见下表见下表地铁塌方事故：v北京：2007年3月28日海淀南路地铁10号线工程塌方，6名施工者被埋； v广州：2008年1月17日，珠江大桥引桥下双桥路旁边花圃内地面突然下陷； v深圳：2008年4月1日，龙岗区地铁3号线工地施工时发生坍塌，造成3死2伤。工
5、工 程程 及及 桩桩 号号 塌塌 方方 段段 的的 地地 质质 特特 点点 塌塌 方方 情情 况况 例例号号河河 南南伊伊 河河某某 水水库库 泻泻洪洪 隧隧洞洞 0+170 0+180 玄武岩中。洞顶玄武岩中。洞顶有缓倾的夹泥软有缓倾的夹泥软弱结构面，与其弱结构面，与其他陡倾角的结构他陡倾角的结构面相互切割成楔面相互切割成楔形体，且有水沿形体，且有水沿结构面下滴结构面下滴 每当开挖使软弱结构面每当开挖使软弱结构面暴露时，洞顶软弱结构暴露时，洞顶软弱结构面以下岩体立即坍落。面以下岩体立即坍落。前后共发生过四次前后共发生过四次 1 0+405 0+415 洞顶有一走向平洞顶有一走向平行洞轴、倾角
6、行洞轴、倾角 25 的煌斑岩脉，的煌斑岩脉，由洞顶左侧倾向由洞顶左侧倾向右侧，并于右拱右侧，并于右拱脚出露，为平行脚出露，为平行洞身的陡立小断洞身的陡立小断层切割，构成平层切割，构成平卧楔形体卧楔形体 一次放炮后岩体突然塌一次放炮后岩体突然塌落落 20m ，坍落后顶拱又，坍落后顶拱又处于稳定状态处于稳定状态 2 0+370 0+380 该段处于断层破碎该段处于断层破碎带中，整个边墙为带中，整个边墙为红色断层泥与强烈红色断层泥与强烈破碎的玄武岩组成，破碎的玄武岩组成，并有地下水流出，并有地下水流出，断层带的松散破碎断层带的松散破碎物质处于饱水状态，物质处于饱水状态，高高 10m 的边墙很难的边墙
7、很难保持稳定保持稳定 采取特殊措施后保证了稳采取特殊措施后保证了稳定定 3 福福建建某某 工工程程导导 流流隧隧洞洞 A+40 A+160 洞顶为缓倾角（洞顶为缓倾角（ 8 20 ）夹泥）夹泥节理切割成薄板节理切割成薄板状且与另一陡倾状且与另一陡倾角充水夹泥石英角充水夹泥石英脉破碎带交切，脉破碎带交切，组合成不稳定的组合成不稳定的楔形体楔形体 施工开挖拱脚后，使两施工开挖拱脚后，使两侧岩体失去下部支撑。侧岩体失去下部支撑。前后塌方四次，总方量前后塌方四次，总方量达达 400 500m 3 4 永永 定定 河河 某某 水水 电电 站站 压压 力力 引引 水水 隧隧 洞洞 0+703 0+716
8、硅质灰岩与玢岩硅质灰岩与玢岩中，裂隙十分发中，裂隙十分发育，且有与洞线育，且有与洞线近直交的近直交的 F 68 和和 F 67 两断层切割。两断层切割。 F 67 充填有玢岩充填有玢岩风化物和亚粘土，风化物和亚粘土， F 68 夹有断层泥，夹有断层泥，沿沿 F 67 地下水集地下水集中渗流中渗流 隧洞开挖至隧洞开挖至 F 67 时发生时发生坍塌，并有水涌出，总坍塌，并有水涌出，总塌方量约塌方量约 600 余方余方 5 1+711 1+714 破碎玢岩，裂隙破碎玢岩，裂隙很发育，三组与很发育，三组与洞线近直交、平洞线近直交、平行和斜交的陡倾行和斜交的陡倾角裂隙，一组与角裂隙，一组与洞线近平行的缓
9、洞线近平行的缓倾角裂隙，相互倾角裂隙，相互切割切割 拆除木支撑后未及时衬拆除木支撑后未及时衬砌好而产生塌方砌好而产生塌方 6 3+468 3+481 霏细岩，发育有两霏细岩，发育有两条相距条相距 4m 、倾向、倾向相反的断层，组成相反的断层，组成楔形体。断层充填楔形体。断层充填物为粘土及碎石，物为粘土及碎石，并有滴水并有滴水 木支撑拆除后扩大洞径，木支撑拆除后扩大洞径，正值雨季，断层带涌水量正值雨季，断层带涌水量增大，物质软化产生塌方，增大，物质软化产生塌方，约约 500 m 3 7 7+154 7+157 页岩与玢岩交界带，页岩与玢岩交界带，为断层接触，破碎为断层接触，破碎带宽约带宽约 20
10、 余余 m ，页岩风化破碎成粉页岩风化破碎成粉土状土状 开挖过程中不断掉块，后开挖过程中不断掉块，后因遇到小窑洞暂时停工，因遇到小窑洞暂时停工，由于未对已开挖段进行支由于未对已开挖段进行支撑加固，导致大塌方撑加固，导致大塌方 8 甘甘肃肃某某工工程程导导流流隧隧洞洞 进口段进口段 靠近背斜轴部，靠近背斜轴部，断裂发育，风化断裂发育，风化破碎破碎 多次发生顶拱坍塌，后多次发生顶拱坍塌，后改明挖改明挖 9 0+095 0+110 充水夹泥断裂发充水夹泥断裂发育，多组交切构育，多组交切构成不稳定体成不稳定体 塌方塌方 10 福建某二级引福建某二级引 水隧洞的一段水隧洞的一段 北西向近直立的北西向近直
11、立的大断层在洞内出大断层在洞内出露，宽约露，宽约 50 余余 m ，其中十余条，其中十余条岩脉穿插，节理岩脉穿插，节理发育，风化严重，发育，风化严重，且地下水活动且地下水活动 施工中不断发生塌方，施工中不断发生塌方，大者计四次，最终冒大者计四次，最终冒顶、顶、 80m 岩层全部塌岩层全部塌落，地表陷落落，地表陷落 3 5m 11 模式口引水隧洞进模式口引水隧洞进口段口段 微风化至强风化微风化至强风化的辉绿岩，处于的辉绿岩，处于断层带内，风化断层带内，风化节理甚发育，充节理甚发育，充填粘土，水的活填粘土，水的活动剧烈动剧烈 钢支撑后仍产生塌方，钢支撑后仍产生塌方，将架立的钢支架全部将架立的钢支架
12、全部压垮，自洞顶至地表压垮，自洞顶至地表 20m 岩层全部坍塌，岩层全部坍塌，塌方量达塌方量达 1000 m 3 12 二、分类二、分类成因成因 人工洞室人工洞室 天然洞室天然洞室 过水洞室过水洞室 不过水洞室不过水洞室 有压洞室有压洞室 无压洞室无压洞室第二节洞室位置的选择第二节洞室位置的选择一、地下工程总体位置的选择一、地下工程总体位置的选择在进行地下工程总体位置选择时，在进行地下工程总体位置选择时，首先要考虑区域稳首先要考虑区域稳定性定性，此项工作的进行主要是向有关部门收集当地的，此项工作的进行主要是向有关部门收集当地的有关有关地震地震、区域、区域地质构造史地质构造史及现代及现代构造运动
13、构造运动等资料，等资料，进行综合地质分析和评价。特别是对于区域性深大断进行综合地质分析和评价。特别是对于区域性深大断裂交会处，近期活动断层和现代构造运动较为强烈的裂交会处，近期活动断层和现代构造运动较为强烈的地段，尤其要引起注意。地段，尤其要引起注意。一般认为，具备下列条件是宜于建洞的：一般认为，具备下列条件是宜于建洞的： 1.基本地震烈度一般小于度，历史上地震烈度及震基本地震烈度一般小于度，历史上地震烈度及震级不高，无毁灭性地震；级不高，无毁灭性地震； 2.区域地质构造稳定，工程区无区域性断裂带通过，区域地质构造稳定，工程区无区域性断裂带通过，附近没有发震构造；附近没有发震构造； 3.第四纪
14、以来没有明显的构造活动。第四纪以来没有明显的构造活动。 区域稳定性问题解决以后，即地下工程总体位置选区域稳定性问题解决以后，即地下工程总体位置选定后，进一步就要选择建洞山体，一般认为理想的定后，进一步就要选择建洞山体，一般认为理想的建洞建洞山体山体具有以下条件：具有以下条件： 1.1.在区域稳定性评价基础上，将在区域稳定性评价基础上，将洞室选择在安全可靠的地段；洞室选择在安全可靠的地段； 2.2.建洞区构造简单，岩层厚且产建洞区构造简单，岩层厚且产状平缓，构造裂隙间距大、组数状平缓，构造裂隙间距大、组数少，无影响整个山体稳定的断裂少，无影响整个山体稳定的断裂带；带； 3.岩体完整，成层稳定，且
15、具有岩体完整，成层稳定，且具有较厚的单一的坚硬或中等坚硬的较厚的单一的坚硬或中等坚硬的地层，岩体结构强度不仅能抵抗地层，岩体结构强度不仅能抵抗静力荷载，而且能抵抗冲击荷载；静力荷载，而且能抵抗冲击荷载；地形完整，山体受地表水切割破地形完整，山体受地表水切割破坏少，没有滑坡、塌方等早期埋坏少，没有滑坡、塌方等早期埋藏和近期破坏的地形。藏和近期破坏的地形。4.岩溶很不发育，山体在满足进洞岩溶很不发育，山体在满足进洞生产面积的同时，具有较厚的洞生产面积的同时，具有较厚的洞体顶板厚度作为防护地层；体顶板厚度作为防护地层； 地下水影响小，水质满足建厂要地下水影响小，水质满足建厂要求；求； 5.无有害气体
16、及异常地热；无有害气体及异常地热；二、二、洞口洞口选择的工程地质条件选择的工程地质条件 洞口的工程地质条件，主要是考虑洞口处的洞口的工程地质条件，主要是考虑洞口处的地形地形及及岩岩性、洞口底的标高、洞口的方向性、洞口底的标高、洞口的方向等问题。等问题。至于洞口数量和位置（平面位置和高程位置）的确定至于洞口数量和位置（平面位置和高程位置）的确定必须根据工程的具体要求，结合所处山体的地形、工必须根据工程的具体要求，结合所处山体的地形、工程地质及水文地质条件等慎重考虑，因为出入口位置程地质及水文地质条件等慎重考虑，因为出入口位置的确定，一般来说，基本上就决定了地下洞室轴线位的确定，一般来说，基本上就
17、决定了地下洞室轴线位置和洞室的平面形状。置和洞室的平面形状。（一）洞口的地形和地质条件（一）洞口的地形和地质条件 洞口宜设在山体坡度较大的一面（大于洞口宜设在山体坡度较大的一面（大于30），岩层完整，覆盖层较薄，最好设置在），岩层完整，覆盖层较薄，最好设置在岩层裸露的地段，以免切口刷坡时刷方太大，岩层裸露的地段，以免切口刷坡时刷方太大，破坏原来的地形地貌。破坏原来的地形地貌。（二）洞口底标高的选择（二）洞口底标高的选择 洞口底的标高一般应洞口底的标高一般应高于高于谷底最高洪水位以上谷底最高洪水位以上0.51.0的位置（千年或百年一遇的洪水位），的位置（千年或百年一遇的洪水位），以免在山洪暴发时
18、，洪水泛滥倒灌流入地下洞室；以免在山洪暴发时，洪水泛滥倒灌流入地下洞室；（三）洞口边坡的物理地质现象（三）洞口边坡的物理地质现象 在选择洞口位置时，必须将进出口地段的物在选择洞口位置时，必须将进出口地段的物理地质现象调查清楚。理地质现象调查清楚。洞口应尽量避开易产生崩塌、剥落和滑坡等地洞口应尽量避开易产生崩塌、剥落和滑坡等地段，或易产生泥石流和雪崩的地区。以免对工段，或易产生泥石流和雪崩的地区。以免对工程造成不必要的损失。程造成不必要的损失。 三、洞室轴线选择的工程地质条件三、洞室轴线选择的工程地质条件 洞室轴线的选择主要是由地层岩性、岩层产状、地质洞室轴线的选择主要是由地层岩性、岩层产状、地
19、质构造以及水文地质条件等方面综合分析来考虑确定。构造以及水文地质条件等方面综合分析来考虑确定。 （一）布置洞室的岩性要求（一）布置洞室的岩性要求 洞室工程的布置对岩性的要求是：洞室工程的布置对岩性的要求是：尽可能使地层岩性尽可能使地层岩性均一，层位稳定，整体性强，风化轻微，抗压与抗剪均一，层位稳定，整体性强，风化轻微，抗压与抗剪强度较大的岩层中通过。强度较大的岩层中通过。一般说来，举凡没有经受剧一般说来，举凡没有经受剧烈风化及构造运动影响的大多数岩层都适宜修建地下烈风化及构造运动影响的大多数岩层都适宜修建地下工程。工程。（二）地质构造与洞室轴线的关系（二）地质构造与洞室轴线的关系下面进一步分析
20、有关洞室轴线与岩层产状要素以及下面进一步分析有关洞室轴线与岩层产状要素以及与地质构造的关系。与地质构造的关系。1当洞室轴线平行于岩层走向时，根据岩层产状要当洞室轴线平行于岩层走向时，根据岩层产状要素和厚度不同大体有如下三种情况：素和厚度不同大体有如下三种情况：（）在水平岩层中（岩层倾角（）在水平岩层中（岩层倾角510），），若岩层薄，彼此之间联结性差，又属不同性质的若岩层薄，彼此之间联结性差，又属不同性质的岩层，在开挖洞室（特别是大跨度的洞室）时，岩层，在开挖洞室（特别是大跨度的洞室）时，常常发生塌顶，因为此时洞顶岩层的作用如同常常发生塌顶，因为此时洞顶岩层的作用如同过过梁梁，（，（1、过梁、
21、过梁 ：可分为砖拱过梁、钢筋砖过梁和：可分为砖拱过梁、钢筋砖过梁和钢筋混凝土过梁三种。主要设置在墙体上开设门钢筋混凝土过梁三种。主要设置在墙体上开设门窗等洞的上方，承受洞口上部的荷载。）窗等洞的上方，承受洞口上部的荷载。） 它很容易由于层间的拉应力到达极限强度它很容易由于层间的拉应力到达极限强度而导致破坏。如果水平岩层具有各个方向的而导致破坏。如果水平岩层具有各个方向的裂隙，则常常造成洞室大面积的坍塌。因此，裂隙，则常常造成洞室大面积的坍塌。因此，在选择洞室位置时，在选择洞室位置时，最好选在层间联结紧密、最好选在层间联结紧密、厚度大（即大于洞室高度二倍以上者）不透厚度大（即大于洞室高度二倍以上
22、者）不透水、裂隙不发育，又无断裂破碎带的水平岩水、裂隙不发育，又无断裂破碎带的水平岩体部位，体部位，这样对于修建洞室是有利的（图这样对于修建洞室是有利的（图8-12）。）。 （）在倾斜岩层中（）在倾斜岩层中，一般说来是不利的，因为，一般说来是不利的，因为此时岩层完全被洞室切割，若岩层间缺乏紧密联此时岩层完全被洞室切割，若岩层间缺乏紧密联结，又有几组裂隙切割，则在洞室两侧边墙所受结，又有几组裂隙切割，则在洞室两侧边墙所受的侧压力不一致，容易造成洞室的侧压力不一致，容易造成洞室边墙的变形边墙的变形（图（图8-13）。）。 v（）在近似直立的岩层中（）在近似直立的岩层中，一定要注意不一定要注意不能把
23、洞室选在软硬岩层的分界线上能把洞室选在软硬岩层的分界线上（图（图8-14）。特别要注意）。特别要注意不能不能将洞室置于直立岩层将洞室置于直立岩层厚度与洞室跨度相等或小于跨度的地层内厚度与洞室跨度相等或小于跨度的地层内（图（图8-15）。）。v因为地层岩性不一样，在地下水作用下更易因为地层岩性不一样，在地下水作用下更易促使洞顶岩层向下滑动，破坏洞室，并给施促使洞顶岩层向下滑动，破坏洞室，并给施工造成困难。工造成困难。当洞室轴线与岩层走向垂直正交时，为较好的洞当洞室轴线与岩层走向垂直正交时，为较好的洞室布置方案。室布置方案。（）当岩层倾角较陡，各岩层可不需依靠相互间的（）当岩层倾角较陡，各岩层可不
24、需依靠相互间的内聚力联结而能完全稳定。因此，若岩性均一，结构内聚力联结而能完全稳定。因此，若岩性均一，结构致密，各岩层间联结紧密，节理裂隙不发育。在这些致密，各岩层间联结紧密，节理裂隙不发育。在这些岩层中开挖地下工程岩层中开挖地下工程最好最好（图（图8-16）。）。（）当岩层倾角较平缓，洞室轴线与岩层倾斜的夹（）当岩层倾角较平缓，洞室轴线与岩层倾斜的夹角较小，若岩性又属于非均质的、垂直或外交层面节角较小，若岩性又属于非均质的、垂直或外交层面节理裂隙又发育时，在洞顶就容易发生局部石块坍落现理裂隙又发育时，在洞顶就容易发生局部石块坍落现象，洞室顶部常出现阶梯形特征（图象，洞室顶部常出现阶梯形特征（
25、图8-17）。）。洞室轴线穿过洞室轴线穿过褶曲褶曲地层时，一般洞室轴线穿越褶地层时，一般洞室轴线穿越褶曲地层时可遇到以下几种情况：曲地层时可遇到以下几种情况： （）洞室横穿（）洞室横穿向斜向斜层。在向斜的轴部有时可遇到大层。在向斜的轴部有时可遇到大量量地下水的威胁和洞室顶板岩块崩落的危险地下水的威胁和洞室顶板岩块崩落的危险。因轴部。因轴部的岩层遭到挤压破碎常呈上窄下宽的楔形石块（图的岩层遭到挤压破碎常呈上窄下宽的楔形石块（图8-18），组成），组成倒拱形倒拱形，因而使其轴部因而使其轴部岩层压力增加岩层压力增加，洞顶岩块最容易突然地，洞顶岩块最容易突然地坍落到洞室。坍落到洞室。另外，由于轴部岩层
26、破碎又弯曲呈盆形，在这些地带另外，由于轴部岩层破碎又弯曲呈盆形，在这些地带往往是往往是自流水储存自流水储存的场所。（图的场所。（图8-19）。）。 （）洞室轴线横穿（）洞室轴线横穿背斜层背斜层。由于背斜呈上拱形。由于背斜呈上拱形。岩层被破碎如石砌的拱形结构，能很好的将上覆岩岩层被破碎如石砌的拱形结构，能很好的将上覆岩层的荷重传递到两侧岩体中去。层的荷重传递到两侧岩体中去。因而地层压力既小又较少发生洞室顶部塌坍的事故因而地层压力既小又较少发生洞室顶部塌坍的事故。但是应注意若岩层受到剧烈的动力作用被压碎，则但是应注意若岩层受到剧烈的动力作用被压碎，则顶板破碎岩层容易产生小规模掉块。因此，当洞室顶板
27、破碎岩层容易产生小规模掉块。因此，当洞室穿过背斜层也穿过背斜层也必须进行支撑和衬砌必须进行支撑和衬砌（图（图8-20）。）。第三节第三节 洞室围岩压力洞室围岩压力一、天然地应力一、天然地应力1、自重应力、自重应力2、构造应力、构造应力二、洞室围岩二次应力二、洞室围岩二次应力1、轴对称圆形洞室围岩二次应力、轴对称圆形洞室围岩二次应力2、圆形洞室时圆形洞室时的情况的情况3、椭圆形洞室、等应力轴比、椭圆形洞室、等应力轴比4、非圆形断面洞室的弹性应力分布特征、非圆形断面洞室的弹性应力分布特征三、有塑性区产生的围岩应力分布三、有塑性区产生的围岩应力分布四、围岩压力的确定四、围岩压力的确定1、围岩压力的形
28、成、围岩压力的形成2、影响围岩压力的因素、影响围岩压力的因素（1）洞室的形状和大小）洞室的形状和大小（2）地质构造）地质构造（3）支护的形式和刚度）支护的形式和刚度（4）洞室深度）洞室深度（5）时间）时间（6）施工方法）施工方法（1）普室压力拱法）普室压力拱法（2）太沙基理论）太沙基理论 4、变形压力的计算、变形压力的计算第四节第四节 洞室围岩的破坏形式洞室围岩的破坏形式一、冒顶一、冒顶二、侧壁滑塌与内鼓二、侧壁滑塌与内鼓三、底鼓及径缩三、底鼓及径缩四、岩爆四、岩爆五、局部破坏五、局部破坏六、围岩破坏导致的地面沉降六、围岩破坏导致的地面沉降1、塌落带、塌落带2、 裂隙带裂隙带3、弯曲带、弯曲带
29、第五节洞室围岩稳定性因素分析第五节洞室围岩稳定性因素分析一、围岩稳定的概念一、围岩稳定的概念围岩稳定围岩稳定是指在一定时间内、在一定的地质力和工是指在一定时间内、在一定的地质力和工程力作用下岩体不产生破坏和失稳。程力作用下岩体不产生破坏和失稳。 v影响因素影响因素v（一）岩石特性（一）岩石特性v（二）地质构造（二）地质构造v（三）岩体结构（三）岩体结构v（四）地下水与岩溶（四）地下水与岩溶v（五）构造应力（五）构造应力v（六）洞室跨度（六）洞室跨度v（七）开挖方式（七）开挖方式v（八）支护方式（八）支护方式v（九）支护时间（九）支护时间 第六节保障洞室围岩稳定性的措施第六节保障洞室围岩稳定性的
30、措施v围岩稳定程度不同，应选择不同的施工方案。施工围岩稳定程度不同，应选择不同的施工方案。施工方案选定合理，对保护围岩稳定性有很大意义；方案选定合理，对保护围岩稳定性有很大意义；v隧洞的开挖方式，基本上有两种：隧洞的开挖方式，基本上有两种：v一种是一种是全断面开挖法全断面开挖法；v另一种是另一种是导洞开挖法导洞开挖法。v全断面开挖法一般全断面开挖法一般适用于适用于围岩很稳定，无塌方掉石围岩很稳定，无塌方掉石的地区。对岩石稍差但断面尺寸较小的中小型隧洞的地区。对岩石稍差但断面尺寸较小的中小型隧洞亦可全断面开挖。亦可全断面开挖。v导洞开挖法导洞开挖法适用于适用于断面较大，岩体又不太稳断面较大，岩体
31、又不太稳定的地质条件。为了防止塌方冒顶事故，可定的地质条件。为了防止塌方冒顶事故，可缩小断面，先打导洞，然后分块完成施工断缩小断面，先打导洞，然后分块完成施工断面。面。v两方面保证两方面保证v一、尽量保护围岩原有稳定性一、尽量保护围岩原有稳定性 v二、赋予围岩一定的强度，提高其稳定性。二、赋予围岩一定的强度，提高其稳定性。v一、合理施工一、合理施工v原则：尽量减少对围岩的扰动，及时封闭围原则：尽量减少对围岩的扰动，及时封闭围岩，设置支护结构。岩，设置支护结构。v对于对于大断面的洞室，可采取分段开挖大断面的洞室，可采取分段开挖1、上导洞施工法（围岩稳定性最差）、上导洞施工法（围岩稳定性最差）v导
32、洞开挖法导洞开挖法v当围岩不太稳定，顶围易塌时，当围岩不太稳定，顶围易塌时，v应在洞室最大断面的上部先挖导洞应在洞室最大断面的上部先挖导洞v立即支撑，达到要求的轮廓立即支撑，达到要求的轮廓v作好顶拱衬砌。作好顶拱衬砌。v然后在顶拱衬砌保护下扩大断面，然后在顶拱衬砌保护下扩大断面，v最后做侧墙衬砌。最后做侧墙衬砌。v 即即先拱后墙先拱后墙的办法。的办法。2、单侧导洞施工法、单侧导洞施工法当围岩很不稳定，顶围塌落，侧围易滑时，当围岩很不稳定，顶围塌落，侧围易滑时，可先在设计断面的侧部开挖导洞，可先在设计断面的侧部开挖导洞，由下处向上逐段衬护。由下处向上逐段衬护。到一定高程，再挖顶部导洞，到一定高程
33、，再挖顶部导洞，作好顶拱衬砌，作好顶拱衬砌，最后挖除残留岩体。最后挖除残留岩体。这便是侧导洞开挖、即这便是侧导洞开挖、即先墙后拱先墙后拱的方法，或称的方法，或称为核心支撑法。为核心支撑法。 3、双侧导洞施工法（围岩很不稳定）、双侧导洞施工法（围岩很不稳定）4、全断面一次开挖施工法、全断面一次开挖施工法v围岩稳定，可全断面一次开挖。现在多采用围岩稳定，可全断面一次开挖。现在多采用新奥法和盾构法等新型施工方法。新奥法和盾构法等新型施工方法。二、支护（支撑、衬砌、锚喷、锚注）二、支护（支撑、衬砌、锚喷、锚注）v支撑、衬砌与喷浆加固支撑、衬砌与喷浆加固v隧洞的支衬工作，包括支撑和衬砌两方面。隧洞的支衬
34、工作，包括支撑和衬砌两方面。支撑是临时性加固洞壁的措施，支撑是临时性加固洞壁的措施，v衬砌是永久性加固洞壁的措施。衬砌是永久性加固洞壁的措施。v此外还有喷浆护壁、喷射混凝土、锚筋加固此外还有喷浆护壁、喷射混凝土、锚筋加固及锚喷加固等。及锚喷加固等。v支撑支撑v支撑工作是开挖过程中，为防止围岩塌方的支撑工作是开挖过程中，为防止围岩塌方的临时性措施，过去通常用木支撑、钢支撑及临时性措施，过去通常用木支撑、钢支撑及混凝土预制构件支撑等。近代国内外多采用混凝土预制构件支撑等。近代国内外多采用锚杆支护，锚杆能把松动岩块与稳固岩体牢锚杆支护，锚杆能把松动岩块与稳固岩体牢固地联在一起，是一种固地联在一起，是
35、一种“悬吊式悬吊式”支护。支护。v衬砌衬砌v衬砌的作用与支撑相同，但经久耐用，使洞衬砌的作用与支撑相同，但经久耐用，使洞壁光坦。壁光坦。v砖、石衬砌较便宜，钢筋混凝土、钢板衬砌砖、石衬砌较便宜，钢筋混凝土、钢板衬砌的成本最高。衬砌一定要与洞壁紧密结合，的成本最高。衬砌一定要与洞壁紧密结合，填严塞实其间空隙才能起到良好效果。作顶填严塞实其间空隙才能起到良好效果。作顶拱的衬砌时，还要预留压浆孔。衬砌后，再拱的衬砌时，还要预留压浆孔。衬砌后，再回填灌浆，达到严实的目的，在渗水地段也回填灌浆，达到严实的目的，在渗水地段也可起防渗作用。可起防渗作用。v衬砌厚度往往取决于岩石的性质，衬砌厚度往往取决于岩石
36、的性质，v如对于坚硬类岩石一般要求如对于坚硬类岩石一般要求2030cm即可，即可，特别坚固或裂隙稀少的岩石甚至可不加衬砌；特别坚固或裂隙稀少的岩石甚至可不加衬砌；中等坚硬岩石一般中等坚硬岩石一般4050cm；v软弱岩石及松散土层则要求软弱岩石及松散土层则要求50150cm或更或更厚的混凝土衬砌。厚的混凝土衬砌。v喷浆护壁喷浆护壁v喷浆护壁较简便而又经济，对保护易风化围岩的稳喷浆护壁较简便而又经济，对保护易风化围岩的稳定性效果较好。当洞室开炮后及时在洞壁上喷射水定性效果较好。当洞室开炮后及时在洞壁上喷射水泥砂浆，形成保护层，保护围岩原有强度。我国应泥砂浆，形成保护层，保护围岩原有强度。我国应用日
37、益广泛，国外采用也很普遍。用日益广泛，国外采用也很普遍。v喷射混凝土喷射混凝土v喷射混凝土与喷浆方法相仿，但作用大不相同。混喷射混凝土与喷浆方法相仿，但作用大不相同。混凝土内加速凝剂，及时凝土内加速凝剂，及时(越早越好越早越好)喷射到洞壁上，喷射到洞壁上，它便很快地凝固并有较大强度，可防止洞壁早期松它便很快地凝固并有较大强度，可防止洞壁早期松动。动。v锚筋加固锚筋加固v锚筋加固又称锚杆加固，目前大量采用。将锚筋加固又称锚杆加固，目前大量采用。将锚筋插入围岩：锚筋插入围岩： 使洞周松动围岩与稳定围岩使洞周松动围岩与稳定围岩固定，起到钉子的作用。固定，起到钉子的作用。v灌浆与加固灌浆与加固v裂隙严
38、重的岩体和极不稳定的第四纪堆积物中开挖裂隙严重的岩体和极不稳定的第四纪堆积物中开挖洞室，常需要加固以增大围岩稳定性，降低其渗水洞室，常需要加固以增大围岩稳定性，降低其渗水性。性。v最常用的加固方法就是水泥灌浆，其次有沥青灌浆、最常用的加固方法就是水泥灌浆，其次有沥青灌浆、水玻璃水玻璃(硅酸性硅酸性)灌浆，还有冻结法，等等。通过这灌浆，还有冻结法，等等。通过这种办法，在围岩中大体形成一圆柱形或球形的固结种办法，在围岩中大体形成一圆柱形或球形的固结层。层。三、新奥法三、新奥法v(二二)新奥法的原理和应用新奥法的原理和应用v顾名思义，新奥法创始于奥地利。新奥法的顾名思义，新奥法创始于奥地利。新奥法的
39、基本思想是充分利用围岩自身的承载能力，基本思想是充分利用围岩自身的承载能力，其要点可归结为：其要点可归结为：v运用现代岩石力学的理论，充分考虑并利用围岩运用现代岩石力学的理论，充分考虑并利用围岩的自身承载能力，把衬砌与围岩当成一个整体看待；的自身承载能力，把衬砌与围岩当成一个整体看待；v在施工过程中，必须进行现场量测在施工过程中，必须进行现场量测,并应用量测资并应用量测资料修订设计和指导施工料修订设计和指导施工;v采用预裂爆破、光面爆破等技术或用掘进机开挖，采用预裂爆破、光面爆破等技术或用掘进机开挖，用锚杆和喷射混凝土等作为支护手段，并强调适时用锚杆和喷射混凝土等作为支护手段，并强调适时支护。
40、支护。v总之，是在充分考虑围岩自身承载能力的基础上，总之，是在充分考虑围岩自身承载能力的基础上，因地制宜地搞好隧洞开挖与支护。因地制宜地搞好隧洞开挖与支护。 v盾构法盾构法v 盾构法是用特制机器开挖隧洞的施工技术，盾构法是用特制机器开挖隧洞的施工技术，主要用于第四系松软地层掘进成洞，起源于主要用于第四系松软地层掘进成洞，起源于欧洲，最近十几年来，经德国、日本大力开欧洲，最近十几年来，经德国、日本大力开发，已得到广泛应用。最大洞径已达几十米，发，已得到广泛应用。最大洞径已达几十米，目前更大直径的盾构正在设计研究之中。目前更大直径的盾构正在设计研究之中。v在英吉利海峡隧道，日本东京湾海底公路隧在英
41、吉利海峡隧道，日本东京湾海底公路隧道等建设中，发挥了巨大作用。这是一项先道等建设中，发挥了巨大作用。这是一项先进的高度机械化、自动化的施工技术。进的高度机械化、自动化的施工技术。v其优点是避开干扰，不影响地面建筑和环境，其优点是避开干扰，不影响地面建筑和环境，可充分开发地下空间。在施工中能把掘进，可充分开发地下空间。在施工中能把掘进，出渣、支护与衬砌，融为一体。施工安全、出渣、支护与衬砌，融为一体。施工安全、可靠、准确，能缩短工期、提高工效、节约可靠、准确，能缩短工期、提高工效、节约资金。资金。v我国上海、兰州等地，已成功地在软粘土及我国上海、兰州等地，已成功地在软粘土及砂砾层中修建了地铁隧道
42、，排污隧洞、引水砂砾层中修建了地铁隧道，排污隧洞、引水及电缆隧洞，穿黄浦江公路。目前不少大城及电缆隧洞，穿黄浦江公路。目前不少大城市的地铁隧道建设中；还有南水北调工程的市的地铁隧道建设中；还有南水北调工程的穿黄河输水隧洞都将用盾构法施工。因此，穿黄河输水隧洞都将用盾构法施工。因此，它将在我国的工程建设中发挥更大的作用。它将在我国的工程建设中发挥更大的作用。明挖法明挖法v就是俗称的就是俗称的“大揭盖大揭盖”，即将整条路挖开作，即将整条路挖开作业，通常，埋设城市地下管线等施工均采取业，通常，埋设城市地下管线等施工均采取明挖法。明挖法。v这种施工方法的优点是，作业面大、施工速这种施工方法的优点是，作
43、业面大、施工速度快、工程造价低，能够在较短工期内完成度快、工程造价低，能够在较短工期内完成高质量工程。不过，高质量工程。不过，v其缺点就是需要封闭道路，对城市交通秩序其缺点就是需要封闭道路，对城市交通秩序有一定影响。有一定影响。暗挖法暗挖法v俗称俗称“矿山法矿山法”，v暗挖法在技术上我国走在世界的前列暗挖法在技术上我国走在世界的前列, 一般在一般在繁华的市区繁华的市区, 不中断交通不中断交通, 减少对城市人民生减少对城市人民生活的干扰活的干扰, 特别是在地下水位较深、不需要降特别是在地下水位较深、不需要降水的条件下采用。水的条件下采用。 v其施工程序大致是，先利用钢拱架加喷射混其施工程序大致是
44、，先利用钢拱架加喷射混凝土，作为地下洞室的初期支撑保护，然后凝土，作为地下洞室的初期支撑保护，然后进行二次衬砌加固。这种施工作业方法由于进行二次衬砌加固。这种施工作业方法由于在地下进行，因此对地面交通秩序影响极小在地下进行，因此对地面交通秩序影响极小盖挖法盖挖法v盖挖法是由地面向下开挖至一定深度后，将盖挖法是由地面向下开挖至一定深度后，将顶部封闭，其余的下部工程在封闭的顶盖下顶部封闭，其余的下部工程在封闭的顶盖下进行施工。进行施工。v主体结构可以顺作，也可以逆作。在城市繁主体结构可以顺作，也可以逆作。在城市繁忙地带修建地铁车站时，往往占用道路，影忙地带修建地铁车站时，往往占用道路，影响交通。当
45、地铁车站设在主干道上，而交通响交通。当地铁车站设在主干道上，而交通不能中断，且需要确保一定交通流量要求时，不能中断，且需要确保一定交通流量要求时，可选用盖挖法。可选用盖挖法。 第七节岩体的分类第七节岩体的分类v一、单指标分类一、单指标分类 v1、岩体的、岩体的RQD分类分类v2、围岩自稳时间分类、围岩自稳时间分类v3、岩体弹性波速分类、岩体弹性波速分类v4、岩体完整性系数分类、岩体完整性系数分类v二、多指标分类二、多指标分类v1、比式分类、比式分类 v2、 巴顿分类巴顿分类v3、岩体结构分类、岩体结构分类v三、我国公路隧道围岩分类三、我国公路隧道围岩分类v1、公路隧道围岩分类出发点、公路隧道围
46、岩分类出发点v2、分类指标和因素、分类指标和因素v3、公路隧道围岩分类、公路隧道围岩分类v4、隧道施工围岩分类、隧道施工围岩分类v四、锚喷支护围岩分级四、锚喷支护围岩分级v五、工程岩体分级五、工程岩体分级v1、岩体基本质量的分级因素、岩体基本质量的分级因素v2、岩体基本质量分级、岩体基本质量分级v3、工程岩体级别的确定、工程岩体级别的确定 思考题思考题v选择地下洞室位置包括哪几个方面？各方面要考虑选择地下洞室位置包括哪几个方面？各方面要考虑哪些地质条件的影响？哪些地质条件的影响？v洞室围岩的概念是什么？围岩产生变形和破坏的机洞室围岩的概念是什么？围岩产生变形和破坏的机理是什么？理是什么？v地下围岩破坏的主要类型有哪些？各有什么特征？地下围岩破坏的主要类型有哪些？各有什么特征？v保护地下围岩稳定性的工程措施有哪些？保护地下围岩稳定性的工程措施有哪些？v 新奥法和盾构法的特点是什么？新奥法和盾构法的特点是什么？
