第四章__圍巖分級與圍巖壓力

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1、隧道工程施工技術(shù)1第4章圍巖分級及圍巖壓力一、概述4.4.1概述■研究隧道地質(zhì)環(huán)境需要解決的兩個問題（最佳的施工方法和支護結(jié)構(gòu)）?！隹刹捎玫姆椒ㄓ校ń?jīng)驗方法和理論方法）?！鑫覈壳暗乃淼拦こ烫幵冢ń?jīng)驗設(shè)計和經(jīng)驗施工）的階段?！鼋?jīng)驗法的依據(jù)就是隧道圍巖穩(wěn)定性的分級?！鏊淼绹鷰r分級的基礎(chǔ)條件是坑道開挖后的穩(wěn)定性在不同的巖體中開挖隧道后巖體所表現(xiàn)出的穩(wěn)定性是不同的，可歸納為充分穩(wěn)定、基本穩(wěn)定、暫時穩(wěn)定和不穩(wěn)定四種。第二節(jié)圍巖分級圍巖分級：各種圍巖的物理性質(zhì)之間存在一定的內(nèi)在聯(lián)系和規(guī)律，依照這些聯(lián)系和規(guī)律，可將圍巖劃分為若干級。圍巖分級的目的：作為選擇施工方法的依據(jù)；進行科學(xué)管

2、理及正確評價經(jīng)濟效益；確定結(jié)構(gòu)上的荷載(松散荷載)；給出襯砌結(jié)構(gòu)的類型及其尺寸；制定勞動定額、材料消耗標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)等等。4比較理想的分級方法是：準(zhǔn)確客觀，有定量指標(biāo)，盡量減少因人而異的隨機性；便于操作使用，適于一般勘測單位所具備的技術(shù)裝備水平；最好在挖開地層前得到結(jié)論。應(yīng)該說，到現(xiàn)在還沒有出現(xiàn)一種比較完美的方法。5圍巖分類的幾個基本要素圍巖分級的方法很多種，不同國家，不同行業(yè)都根據(jù)各自的特點和目的提出了各自的分級方法，現(xiàn)行的許多分級方法中，作為分級的基本要素大致有三類:與巖性有關(guān)的要素地質(zhì)構(gòu)造有關(guān)的要素與地下水有關(guān)的要素6與巖性有關(guān)的要素：例如分為硬巖，軟巖，膨脹巖。其分

3、級指標(biāo)是巖石強度和變形性質(zhì)等；例如掩飾的單軸抗壓強度、巖石的變形模量或彈性波速等與地質(zhì)構(gòu)造有關(guān)的要素：例如軟弱結(jié)構(gòu)面的分布與性態(tài)，風(fēng)化程度等。其分級指標(biāo)采用巖石質(zhì)量指標(biāo)，地質(zhì)因素評分法等。實際上就是對巖石完整性和結(jié)構(gòu)狀態(tài)的評價。它是占有重要地位的！7與地下水有關(guān)的要素：例如地下水發(fā)育時，圍巖級別應(yīng)降低。1個附加要素：初始地應(yīng)力：適當(dāng)考慮。8二、圍巖分級方法(4類）(一)以巖石強度或巖石的物性指標(biāo)為代表的分級方法1.以巖石強度為基礎(chǔ)的分級方法:這種分級方法，單純以巖石強度為依據(jù)。這種分級方法認(rèn)為隧道開挖后它的穩(wěn)定性取決于巖石強度。巖石越堅硬，坑道越穩(wěn)定。反之，巖石越松軟，

4、可到穩(wěn)定性就越差。實踐證明，這種認(rèn)識是不全面的，例如我國陜北的老黃土，無水時直立性很強，穩(wěn)定性相當(dāng)高，在無支護的情況下，可以維持十幾年，甚至幾十年。但單軸抗壓強度很低；又如江西福建一帶的紅砂巖，整體性很好，坑道開挖后穩(wěn)定性較好，但強度卻不高，因此單純以巖石強度為基礎(chǔ)的分級方法需要改進完善。92.以巖石的物性指標(biāo)為基礎(chǔ)的分級方法：見表1-2在這種分級方法中，具有代表性的是前蘇聯(lián)普落托奇雅柯諾夫教授提出的“巖石堅固系數(shù)”分級法(或稱“f”值分級法，或普氏分級法)。這種分級方法在我國的隧道工程中得到了廣泛的應(yīng)用?！癴”值是一個綜合物性指標(biāo)，它表示巖石在采礦過程中各個方面的相對

5、堅固性，如抗暴性、抗鉆性、強度等。但以往人們確定“f”值主要采用強度試驗法，再堅固其他指標(biāo)。即式中--巖石飽和單軸極限抗壓強度。我國工程部門在將“f”值分級法應(yīng)用到隧道工程的設(shè)計、施工時，已注意到必須考慮巖體的地質(zhì)構(gòu)造、風(fēng)化程度、地下水狀況等多種因素的影響，而將由單一巖石強度決定的“f”值適當(dāng)降低，即：式中“f”值是由巖石強度決定的，K是考慮地質(zhì)條件的折減系數(shù)，一般情況下，K＜1.0。10(二)以巖體構(gòu)造、巖性特征為代表的分級方法1.泰沙基分級法這種分級方法是在早期提出的，限于當(dāng)時條件，僅把不同巖性、不同構(gòu)造條件的圍巖分成九級，每級都有相應(yīng)的地壓范圍值和支護措施，在分級

6、時是以坑道有水的條件為基礎(chǔ)的，當(dāng)確認(rèn)無水時，Ⅳ～Ⅶ圍巖的地壓值應(yīng)降低50﹪。這種分級方法曾長期被各國采用，至今有廣泛影響。112.以巖體綜合物性為指標(biāo)的分級方法60年代，我國在積累大量鐵路隧道修建經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，提出了以巖體綜合物性指標(biāo)為基礎(chǔ)的“巖體綜合分級法”，并于1975年經(jīng)修正后被我國“鐵路工程技術(shù)規(guī)范(隧道)”所采用。該分級法將隧道圍巖分為6級。見表1-4這類方法的優(yōu)點是正確地考慮了地質(zhì)構(gòu)造特征、風(fēng)化狀況、地下水情況等多種因素對隧道圍巖穩(wěn)定性的影響，并建議了各類圍巖應(yīng)采用的支護類型和施工方法。此外，這種分級法最早考慮了埋深對圍巖級別的影響。其缺點是分類指標(biāo)還缺乏定

7、量描述，沒有提供可靠的預(yù)測隧道圍巖級別的方法，在一定程度上要等到隧道開挖后才能確定。12(三)與地質(zhì)勘探手段相聯(lián)系的分級方法1.按彈性波(縱波)速度的分級方法圍巖彈性波速度是日本提出的分級方法，圍巖彈性波速度是判斷巖性、巖體結(jié)構(gòu)的綜合指標(biāo)，它既可以反映巖石軟硬，又可以表達巖體結(jié)構(gòu)的破碎程度。因此，在彈性波速度基礎(chǔ)上，綜合考慮與隧道開挖及土壓有關(guān)的因素(巖性、風(fēng)化程度、破碎狀態(tài)、含水及涌水狀態(tài)等)，將圍巖分為7級。我國1986年施行的“鐵路隧道設(shè)計規(guī)范”中將彈性波(縱波)速度引入隧道圍巖分級中，將圍巖分為6級(表1-1)。表1-1彈性波(縱