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1、第七章 地下洞室工程问题,7.1概述 地下洞室泛指在地表以下岩土体中修建的各种形式和用途的建筑。地下洞室的断面形状：曲线形、折线形和组合型。围岩的概念和围岩稳定性。,7.2 地下洞室位置的选择,地下洞室位置的选择：进洞山体洞口位置洞轴线,进洞山体的选择,进洞山体的选择主要考虑山体的高度、山形的完整性、岩土体的坚硬性与均匀性和地质结构构造特性等因素。,7.2.2 洞口位置的选择,洞口位置应该考虑山坡坡度、岩层倾角、洞口顶板的稳定性和水流影响等几方面因素。,7.2.3 洞轴线位置的选择,1.地形2.地层与岩性条件3.地质构造条件4.水文地质条件,7.3 地下洞室围岩的变形与破坏,洞室围岩的变形1.
2、弹性与塑性变形 导致围岩变形的根本原因是地应力的存在。,2.结构面变形3.围岩流变变形 固体介质在长期静荷载作用下，应力、应变随时间延长而变化的性质，称为流变性。蠕变是在一定温度和应力作用下的固体介质随时间而产生的缓慢、连续的变形；松弛是产生缓慢、连续的应力减小。4.变形分布规律,7.3.2 围岩的破坏,1.围岩破坏的形式 洞室围岩的变形与破坏程度，一方面取决于地下天然应力、重分布应力及附加应力；另一方面与岩土体的结构及其工程地质性质密切相关。,（1）顶围悬垂与崩塌（2）侧围突出与滑塌（3）底围鼓胀与隆坡（4）围岩缩径及岩爆1）围岩缩径2）岩爆,2.岩体破坏机理与渐进破坏,（1）工程岩体的破坏
3、，主要受岩体本身的特性、天然应力状态、工程加荷与卸荷、地下水作用和时间因素的综合影响。破坏方式：剪切破坏（重剪、剪断和复合），拉断破坏。,（2）岩体破坏是一个渐进过程：初裂阶段渐进破坏阶段加速破坏阶段,7.4 地下洞室的围岩分类,7.4.1 岩体质量指标分类 岩体质量指标（RMQ）分类法简称M法。影响岩体质量优劣的地质因素主要有：岩体的完整性、岩石质量、岩石风化程度、岩石软化性等。,岩体质量指标：4个系数分别为：岩体完整系数、岩石质量系数、岩石风化程度系数、岩石软化系数。,7.4.2 岩石质量指标分类,以钻孔获取的大于10cm的岩心断块长度与岩心总进尺长度之比作为岩石质量指标RQD。分为5类。
4、,7.4.3 岩体地质力学分类,这种分类法的出发点是把岩体作为一种由多种多样结构面切割的多裂隙固体介质。岩体内结构面的规模、性质及其组合关系在很大程度上决定了岩体力学作用过程，形成不同的力学介质类型。,7.4.4 Barton岩体分类,该分类使用岩石质量指标、节理组数、节理面粗糙程度、节理面蚀变程度、裂隙水折减系数、地应力的影响等6个因素：,7.5 地下洞室的围岩压力,围岩压力的概念 由于围岩的变形与破坏作用在支护或衬砌结构上的压力，称为“围岩压力”。围岩压力是设计支护衬砌的依据之一。其计算问题有待解决。,7.5.2 围岩应力重分布,由于洞室的开挖，使围岩中应力、应变调整而引起原有天然应力大小
5、、方向和性质改变的过程和现象，称为围岩应力重分布。洞室断面的形状对围岩应力分布有重要影响。,围岩应力计算-普氏系数法,此法认为，洞室开挖后围岩以部分砂体失去平衡而向下塌落，塌落部位以上和两侧砂体处于新的平衡状态而稳定，塌落边界呈拱形。这个拱便称为“天然平衡拱”。普氏将此法推广到岩体上，认为被许多裂隙切割的岩体也可以视为具有一定凝聚力的松散体，并认为坚固系数为岩石抗压强度的1/100。,7.5.4 洞室围岩的外水压力,洞室开挖在有地下水的岩体中，地下水作用在洞室衬砌上的静水压力有时会超过围岩压力。洞室设计中通常将作用在衬砌上的地下水静水压力称为外水压力。,7.6 保护地下洞室围岩稳定性的措施,保
6、障围岩稳定性的途径有二：一是保护围岩原有稳定性，使之不降低；二是提高岩体整体强度，使其稳定性有所提高。前者主要是采用合理的施工和支护衬砌方案，后者主要是加固围岩。,7.6.1 合理选择施工方案,隧洞的开挖方式基本上有两种：一是全断面开挖法；二是导洞开挖法。全断面开挖法一般适用于围岩很稳定、无塌方掉石的地区；导洞开挖法适用于断面较大，岩体又不太稳定的地质条件。,1.导洞开挖法,（1）上下导洞开挖、先拱后墙法（2）侧导洞开挖，先墙后拱法（核心支撑法）,2.全断面开挖,（1）新奥法：喷锚结构 与常规支衬方法比较：开挖断面小、节省支衬材料、岩体稳定性好、施工速度快等优点。既适用于坚硬岩石、也适合于软弱
7、岩石，特别适合于破碎、变质、易变形的施工困难段，应用广泛。,（2）盾构法与盾构机 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。优点：避开干扰，不影响地面建筑和环境，可充分利用地下空间。掘进、出渣、支护与衬砌融为一体。,7.6.2 支撑、衬砌,隧洞的支衬工作包括支撑和衬砌 支撑工作是开挖过程中防止围岩塌方的临时性措施；衬砌是维护围岩稳定的永久性结构，用以承受山岩压力和内、外水压力。,7.6.3 灌浆与加固,裂隙严重的岩体和极不稳定的第四纪堆积物中开挖洞室，常需要加固增大围岩稳定性，降低渗水性。最常用的加固方法是水泥灌浆，其次是水玻璃灌浆，还有冻结法等。,导洞开挖,盾构,桥隧,盾构2,全断面开挖,
