第四章__圍巖分級與圍巖壓力

1、1隧道工程施工技術(shù)隧道工程施工技術(shù)一、概述一、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)）?？刹捎玫姆椒ㄓ校ń?jīng)驗方法和理論方法）。我國目前的隧道工程處在（經(jīng)驗設(shè)計和經(jīng)驗施工）的階段。經(jīng)驗法的依據(jù)就是隧道圍巖穩(wěn)定性的分級。隧道圍巖分級的基礎(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，可歸納為性是不同的，可歸納為充分穩(wěn)定、基本穩(wěn)定、暫時穩(wěn)充分穩(wěn)定、基本穩(wěn)定、暫時穩(wěn)定和不穩(wěn)定定和不穩(wěn)定四種。四種。4 圍巖分級：圍巖分級：各種圍巖的物理性質(zhì)之間存在一定的各種圍巖的物理性質(zhì)之間存在一定的

2、內(nèi)在聯(lián)系和規(guī)律，依照這些聯(lián)系和規(guī)律，可將圍內(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。巖劃分為若干級。圍巖分級的目的圍巖分級的目的：作為選擇施工方法的依據(jù)；作為選擇施工方法的依據(jù)；進行科學(xué)管理及正確評價經(jīng)濟效益；進行科學(xué)管理及正確評價經(jīng)濟效益；確定結(jié)構(gòu)上的荷載確定結(jié)構(gòu)上的荷載( (松散荷載松散荷載) )；給出襯砌結(jié)構(gòu)的類型及其尺寸；給出襯砌結(jié)構(gòu)的類型及其尺寸；制定勞動定額、材料消耗標準的基礎(chǔ)等等。制定勞動定額、材料消耗標準的基礎(chǔ)等等。5 比較理想的分級方法是：比較理想的分級方法是：準確客觀準確客觀，有定量指標，盡量減少因人而異的隨，有定量指標，盡量減少因人而異的隨機性；機性；便于

3、操作使用便于操作使用，適于一般勘測單位所具備的技術(shù)，適于一般勘測單位所具備的技術(shù)裝備水平；裝備水平；最好在挖開地層前得到結(jié)論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。應(yīng)該說，到現(xiàn)在還沒有出現(xiàn)一種比較完美的方法。 6圍巖分類的幾個基本要素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)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)的要素與巖性有關(guān)的要素 地質(zhì)

4、構(gòu)造有關(guān)的要素地質(zhì)構(gòu)造有關(guān)的要素 與地下水有關(guān)的要素與地下水有關(guān)的要素7與巖性有關(guān)的要素與巖性有關(guān)的要素： 例如分為硬巖，軟巖，膨脹巖。其分級指標是巖石強度和例如分為硬巖，軟巖，膨脹巖。其分級指標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性波速等 與地質(zhì)構(gòu)造有關(guān)的要素：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。其分級指標采用巖石質(zhì)量指標，地質(zhì)因素評分法等。實際上就是對巖石完采用巖石質(zhì)量指標，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

5、態(tài)的評價。它是占有重要地位的！整性和結(jié)構(gòu)狀態(tài)的評價。它是占有重要地位的！ 8與地下水有關(guān)的要素與地下水有關(guān)的要素： 例如例如地下水發(fā)育時，圍巖級別應(yīng)降低。地下水發(fā)育時，圍巖級別應(yīng)降低。1 1個附加要素：個附加要素： 初始地應(yīng)力：適當(dāng)考慮初始地應(yīng)力：適當(dāng)考慮。9二、圍巖分級方法二、圍巖分級方法(4類）類）1.1.以巖石強度為基礎(chǔ)的分級方法以巖石強度為基礎(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，單純以巖石強度為依據(jù)。這種分級方法認為隧道開挖后它的穩(wěn)定性取決于巖石強度。這種分級方法認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，可到穩(wěn)定巖石

6、越堅硬，坑道越穩(wěn)定。反之，巖石越松軟，可到穩(wěn)定性就越差。性就越差。實踐證明，這種認識是不全面的，實踐證明，這種認識是不全面的，例如我國陜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。度為基礎(chǔ)的分級方法需要

7、改進完善。10 2.2.以巖石的物性指標為基礎(chǔ)的分級方法：見表以巖石的物性指標為基礎(chǔ)的分級方法：見表1-21-2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。 “ f ”值是一個綜合物性指標，它表示巖石在采礦過程中各個方面的相對堅固性，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。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

8、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。 11=150100ccfRR巖石cR11=150100ccfRR巖石=fKf巖體巖石11 1.泰沙基分級法泰沙基分級法 這種分級方法是在早期提出的，限于當(dāng)時條件，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，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，在分級每級都有相應(yīng)的地壓范圍值和支護措施，在分級時是以坑道有水的條件為基礎(chǔ)的，當(dāng)確認無水時，時是以坑

9、道有水的條件為基礎(chǔ)的，當(dāng)確認無水時，圍巖的地壓值應(yīng)降低圍巖的地壓值應(yīng)降低50。這種分級方法。這種分級方法曾長期被各國采用，至今有廣泛影響。曾長期被各國采用，至今有廣泛影響。12 2.以巖體綜合物性為指標的分級方法以巖體綜合物性為指標的分級方法 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

10、種分級法最早考慮了埋深對圍巖級別的影響。其缺點是分類指標還缺乏定量描述，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。 1.1.按彈性波按彈性波( (縱波縱波) )速度的分級方法速度的分級方法 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，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-

11、1 彈性波(縱波)速度分級 圍巖類別彈性波速(km/s)4.53.54.52.54.01.53.01.02.01.0(飽和土1.5)142.2.以巖石質(zhì)量為指標的分級方法以巖石質(zhì)量為指標的分級方法RQD法法 所謂巖石質(zhì)量指標所謂巖石質(zhì)量指標RQD是指鉆探時巖芯復(fù)是指鉆探時巖芯復(fù)原率，或稱巖芯采取率，即單位長度鉆孔中原率，或稱巖芯采取率，即單位長度鉆孔中10cm以上的巖芯占有的比例，可寫為以上的巖芯占有的比例，可寫為: : RQD() 10cm100以上巖芯累計長度單位鉆孔長度 該分級法將圍巖分為5級R 0.90.75 R 0.90.5 R 0.750.25 R 0.5R 0.25優(yōu)優(yōu)良良好好差

12、差很差很差表中表中R R為為RQDRQD指標。指標。 “巖體質(zhì)量巖體質(zhì)量Q”Q”的分類方法。的分類方法。 這種分級法認為，評價一種巖體的好壞，既要考慮地質(zhì)構(gòu)造、巖性、巖石強度，還要考慮施工因素，如掘進方向與巖層之間的關(guān)系、開挖斷面的大小等，因此就需要建立在多種因素的分析基礎(chǔ)之上。 在這類分級法中，比較完善的是1974年挪威地質(zhì)學(xué)家巴頓(N.Barton)等人所提出的“巖體質(zhì)量Q”分級法。Q與六個表明巖體質(zhì)量的地質(zhì)參數(shù)有關(guān)，表達如下：SRFJJJJRQDQwarh16組合了組合了6 6個參數(shù)：個參數(shù)： 巖石質(zhì)量指標、節(jié)理組數(shù)目、節(jié)理粗糙度、巖石質(zhì)量指標、節(jié)理組數(shù)目、節(jié)理粗糙度、 節(jié)理蝕變值、節(jié)理

13、含水折減系數(shù)、應(yīng)力折減系數(shù)。節(jié)理蝕變值、節(jié)理含水折減系數(shù)、應(yīng)力折減系數(shù)。17 根據(jù)不同的Q值，將巖體質(zhì)量評為九等，詳見表3-5。巖體質(zhì)量特別好極好良好好中等不良壞極壞特別壞Q4001000100400401001040410140.110.010.10.0010.01表4-2 巖體質(zhì)量評估：綜上所述，：綜上所述，圍巖分級有以下幾方面發(fā)展趨勢：圍巖分級有以下幾方面發(fā)展趨勢：分級要以巖體為對象。分級要以巖體為對象。 分級要與地質(zhì)勘探手段有機地聯(lián)系起來，這樣才有分級要與地質(zhì)勘探手段有機地聯(lián)系起來，這樣才有一個方便而又較可靠的判斷手段一個方便而又較可靠的判斷手段分級要有明確的工程對象和工程目的。分級要

14、有明確的工程對象和工程目的。分級逐漸定量化。分級逐漸定量化。19三、我國鐵路隧道圍巖分級方法三、我國鐵路隧道圍巖分級方法 20 2122 2324級別狀態(tài)滲水量(L/(min10m)干燥或濕潤10偶有滲水10-25經(jīng)常滲水25-1252526初始應(yīng)力狀態(tài)主要現(xiàn)象評估基準Rc/max極高應(yīng)力硬質(zhì)巖：開挖過程中時有巖爆發(fā)生，有巖塊彈出，洞壁巖體發(fā)生剝離，新生裂縫多，成洞性差4軟質(zhì)巖：巖芯常有餅化現(xiàn)象，開挖過程中洞壁巖體有剝離，位移極為顯著，甚至發(fā)生大位移，持續(xù)時間長，不宜成洞高應(yīng)力硬質(zhì)巖：開挖過程中可能出現(xiàn)巖爆，洞壁巖體有剝離和掉塊現(xiàn)象，新生裂縫較多，成洞性較差47軟質(zhì)巖：巖芯時有餅化現(xiàn)象，開挖過

15、程中洞壁巖體位移顯著，持續(xù)時間長，成洞性差27初始地應(yīng)初始地應(yīng)力狀態(tài)力狀態(tài)圍巖級別圍巖級別極高應(yīng)力極高應(yīng)力或*高應(yīng)力高應(yīng)力或*注：*圍巖巖體為較破碎的極硬巖、較完整的硬巖時，定為級；圍巖巖體為完整的較軟巖、較完整的軟硬互層時，定為級。 *圍巖巖體為破碎的極硬巖、較破碎及破碎的硬巖時，定為級；圍巖巖體為完整及較完整軟巖、較完整及較破碎的較軟巖時，定為級。28圍巖類別彈性波(縱波)速度vp(km/s)4.53.54.52.54.01.53.01.02.01.01.5(飽和狀態(tài)的土)29四、我國公路隧道圍巖分級方法四、我國公路隧道圍巖分級方法巖石堅硬程度巖石堅硬程度巖石堅硬程度巖石堅硬程度75. 0

16、)50(82.22scIR 定性劃分定性劃分巖體完整程度巖體完整程度定量劃分定量劃分巖體完整性指數(shù)：巖體完整性指數(shù)： 202vvK巖體完整程度巖體完整程度 43五、施工現(xiàn)場圍巖級別判定五、施工現(xiàn)場圍巖級別判定45 474849 (1)隧道開挖后，在圍巖應(yīng)力重分布過程中，頂板開始沉陷，并出現(xiàn)拉斷裂紋，可視為變形階段；51 (2)頂板的裂紋繼續(xù)發(fā)展并且張開，由于結(jié)構(gòu)面切割等原因，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樗蓜?，可視為松動階段；(3)頂板巖體視其強度的不同而逐步塌落，可視為塌落階段；52(4)頂板塌落停止，達到新的平衡，此時其界面形成一近似的拱形，可視為成拱階段。53自然拱。 55 1) 1)深埋隧道圍巖松動壓力的

17、確定方法深埋隧道圍巖松動壓力的確定方法 (1) (1) 統(tǒng)計法統(tǒng)計法我國我國隧規(guī)隧規(guī)所推薦的方法所推薦的方法 whhqsqq1245.0式中式中 圍巖容重；圍巖容重； h hq q坍落拱高度；（坍落拱高度；（鐵路隧道實際坍方體統(tǒng)計平均高度鐵路隧道實際坍方體統(tǒng)計平均高度 s s 圍巖級別；圍巖級別； w w 寬度影響系數(shù)，由寬度影響系數(shù)，由 w=1+iw=1+i（B-5B-5）計算：）計算： B B 坑道寬度，當(dāng)坑道寬度，當(dāng) B B5m5m時，取時，取 i =0.2i =0.2，當(dāng)，當(dāng) B B5m5m時，取時，取i =0.1i =0.1。0.41 1.79sqhw56水平壓力見表水平壓力見表4-

18、74-7：表表4-74-7圍巖水平均布壓力圍巖水平均布壓力圍巖級別圍巖級別、 水平均布壓力水平均布壓力0 0 0.15q 0.15q (0.15(0.150.3)q0.3)q(0.3(0.30.5)q 0.5)q (0.5(0.51.0)q 1.0)q 57 統(tǒng)計法公式的適用條件：統(tǒng)計法公式的適用條件： H/BH/B1.71.7，H H為坑道的高度；為坑道的高度； 深埋隧道；深埋隧道； 不產(chǎn)生顯著偏壓力及膨脹力的一般圍巖；不產(chǎn)生顯著偏壓力及膨脹力的一般圍巖； 采用礦山法施工。采用礦山法施工。58例.隧道穿經(jīng)級圍巖，其開挖尺寸凈寬7.40m(單線)，凈高8.80m，圍巖天然容重21KN/m，試確

19、定其圍巖松動壓力；若開挖跨度為14.8m(雙線)，其圍巖壓力為？59解：H/B= 8.80/ 7.40=1.21.7采用統(tǒng)計法方式。是單線隧道，豎向均布（壓力）作用：水平均布（壓力）作用：若開挖跨度為14.8m，H/B= 8.80/ 14.80=0.65m，故i=0.1，=1+0.1(14.8-5.00)=1.98豎向均布壓力為：水平均布壓力為：60 據(jù)統(tǒng)計，圍巖垂直松動壓力的分布可概括為據(jù)統(tǒng)計，圍巖垂直松動壓力的分布可概括為4 4種，如種，如圖圖4-74-7。 圖圖4-7 4-7 圍巖豎向松動壓力的分布圖形圍巖豎向松動壓力的分布圖形統(tǒng)計法公式僅針對圖中第一種情況。統(tǒng)計法公式僅針對圖中第一種情

20、況。 圖 4-761(2) (2) 普氏理論普氏理論 散粒體理論：巖體被節(jié)理、裂隙所切割，視為散粒體理論：巖體被節(jié)理、裂隙所切割，視為散粒體。散粒體。 普氏系數(shù)普氏系數(shù)f(f(巖體堅固性系數(shù)巖體堅固性系數(shù)):):0tantancf6263巖體堅固性系數(shù)巖體堅固性系數(shù) f f 的概念：的概念： f f是一個以巖體強度為主的指標，兼顧抗鉆性、抗爆性、是一個以巖體強度為主的指標，兼顧抗鉆性、抗爆性、地下水等性質(zhì)。地下水等性質(zhì)。 前述自然拱概念最早由普氏前述自然拱概念最早由普氏提出：提出： fbhq圖圖4-8 4-8 自然拱的兩種形態(tài)自然拱的兩種形態(tài)B hkBthk BbHt64 堅硬巖體堅硬巖體:

21、: 松散破碎巖體：松散破碎巖體： 式中式中 為隧道凈跨度的一半；為隧道凈跨度的一半； 為隧道凈高度。為隧道凈高度。 一般來說，普氏理論比較適用于松散、破碎的圍巖中。一般來說，普氏理論比較適用于松散、破碎的圍巖中。 245tan0ttHbbtbb tbtH65(3) 泰沙基理論泰沙基理論 理論：散粒體理論。理論：散粒體理論。假定：假定： 破裂面為折線破裂面為折線OAB OAB 方法：方法： 研究微分條帶研究微分條帶dhdh的平衡。的平衡。 步驟：步驟： 1.V=01.V=0，建立微分方程，建立微分方程 2.2.邊界條件：邊界條件：0,0vh663.3.解微分方程解微分方程，得：，得： 4.4.討

22、論：討論： 當(dāng)埋深當(dāng)埋深h h 達到一定程度時，達到一定程度時， 為恒值：為恒值： 取側(cè)壓力系數(shù)取側(cè)壓力系數(shù)k=1k=1， 則有：則有： 與普氏法對照，能發(fā)現(xiàn)什么？與普氏法對照，能發(fā)現(xiàn)什么？在深埋情形下，太沙基理在深埋情形下，太沙基理論的計算結(jié)果與普氏理論的計算結(jié)果實質(zhì)上是一致的。太沙基理論考論的計算結(jié)果與普氏理論的計算結(jié)果實質(zhì)上是一致的。太沙基理論考慮了硐室尺寸、埋深及巖石的粘結(jié)力和內(nèi)摩擦角等因素對巖體穩(wěn)定性慮了硐室尺寸、埋深及巖石的粘結(jié)力和內(nèi)摩擦角等因素對巖體穩(wěn)定性的影響。一般認為太沙基理論適用硐室埋深較淺的情形。的影響。一般認為太沙基理論適用硐室埋深較淺的情形。 )1 (tan0tan0

23、bhkvekbvkbv0tanf0tanhfbv67 2) 2)淺埋隧道圍巖松動壓力的確定方法淺埋隧道圍巖松動壓力的確定方法 深、淺埋隧道的判定原則深、淺埋隧道的判定原則 Hp（22.5）hq I I一一IIIIII級圍巖取級圍巖取: : H Hp p2h2hq q IV IVVIVI級圍巖取級圍巖取: : H Hp p2.5h2.5hq q HHpHHp時為深埋時為深埋 H HHpHp時為淺埋時為淺埋 H H 為覆蓋層厚度為覆蓋層厚度68 (2) (2) 鐵路淺埋隧道圍巖松動壓力的確定方法鐵路淺埋隧道圍巖松動壓力的確定方法 當(dāng)當(dāng)hhq 時，作用在隧道襯砌上的壓力為 q=h ht 為隧道開挖高

24、度，為隧道開挖高度，h為隧道埋深，為隧道埋深，e1 作用在隧道頂處壓力，作用在隧道頂處壓力，e2作用在隧道底處作用在隧道底處壓力，為圍巖的計算摩擦角壓力，為圍巖的計算摩擦角要點：忽略滑動面上的阻力。要點：忽略滑動面上的阻力。 適于：埋深適于：埋深 h hqh hq 垂直壓力：垂直壓力：q=hq=h 2()tehh1eh 2tan (45)269 當(dāng)當(dāng)hq qHP，垂直壓力標準值按，垂直壓力標準值按(1)kkb hqhBh計算計算式中：式中：B-圍巖重度圍巖重度KN/m，按表取值，按表取值-隧道覆蓋深度（隧道覆蓋深度（m）kb-隧道寬度（隧道寬度（m）-垂直均布作用夾持系數(shù)，按表取值垂直均布作用

25、夾持系數(shù)，按表取值70圍巖重度及夾持系數(shù)圍巖級別圍巖級別 圍巖重度 （KN/m）20.518.516.0拱部截面夾持系數(shù)0.100.080.01拱部截面夾持系數(shù)0.230.160.08kb71圖 4-11NT2W2NT2PT1W2BFW1EAhBtT1DCHG00HHt72水平壓力按梯形分布，其水平壓力按梯形分布，其標準值按下式計算標準值按下式計算式中：式中：結(jié)構(gòu)高度范圍內(nèi)，任意點結(jié)構(gòu)高度范圍內(nèi)，任意點i的水平側(cè)壓標準值的水平側(cè)壓標準值-結(jié)構(gòu)高度范圍內(nèi)，任意點結(jié)構(gòu)高度范圍內(nèi)，任意點i離地面的高度離地面的高度m-側(cè)壓力系數(shù)側(cè)壓力系數(shù)ikiieh73圍巖級別圍巖級別 拱部截面?zhèn)葔毫ο禂?shù)0.150.

26、250.35邊墻截面?zhèn)葔毫ο禂?shù)0.350.50.65側(cè)壓力系數(shù)側(cè)壓力系數(shù)74 4.4.5 4.4.5 明洞壓力的計算明洞壓力的計算 設(shè)計明洞時，其荷載要按以下幾項計設(shè)計明洞時，其荷載要按以下幾項計算算 1.1.拱圈回填土垂直壓力拱圈回填土垂直壓力 2.2.拱圈回填土石側(cè)壓力拱圈回填土石側(cè)壓力 3.3.邊墻回填土垂直壓力邊墻回填土垂直壓力754.4.6 4.4.6 圍巖應(yīng)力的現(xiàn)場量測圍巖應(yīng)力的現(xiàn)場量測 直接量測直接量測 間接量測間接量測764.4.1直接量測法直接量測法 直接量測法是指采用各種壓力盒量測圍巖作用在襯砌或支護結(jié)構(gòu)上的接觸壓力的方法。這種方法是將壓力盒（或稱壓力傳感器）放置在襯砌或支

27、護結(jié)構(gòu)與圍巖之間，并緊密接觸，使二者之間的壓力直接由壓力盒反映出來。目前用于這種量測的壓力盒主要有電阻式、電容式、電壓式和振弦式等幾種。 振弦式壓力盒是電測壓力盒中最普遍的一種，其構(gòu)造如圖4-7所示。其工作原理是，當(dāng)壓力盒上作用有壓力時，由于機械作用使鋼弦拉緊，鋼弦拉得越緊，則鋼弦的振動頻率就越高。這樣，當(dāng)由接受器向壓力盒感應(yīng)線圈輸入一脈沖電流時，線圈產(chǎn)生磁通，鐵芯對鋼弦產(chǎn)生瞬時吸力。電流中斷時，吸力消失，鋼弦彈起，從而激起鋼弦振動。作用壓力大小不同，則鋼弦振動的頻率也不同，這一振動頻率使得感應(yīng)線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，感應(yīng)電動勢的頻率與鋼弦的自振頻率相同時，感應(yīng)電動勢頻率通過導(dǎo)線輸回接受器，從而測出鋼弦的振動頻率。再根據(jù)壓力盒本身的標定曲線就可查出壓力盒上所受的圍巖壓力大小。在隧道施工中壓力盒的布置如圖4-8所示。 圖圖4-7振弦式壓力盒振弦式壓力盒 圖圖4-8壓力盒布置方法壓力盒布置方法77 4.4.2 4.4.2 間接量測法間接量測法 通過對襯砌或支護及圍巖的應(yīng)力或應(yīng)變的量測來推求圍巖壓力的方法稱為間接量測法。其中最為常用的方法是對圍巖變形（位移）的量測，在反演圍巖壓力的同時，用于評價圍巖的穩(wěn)定性以及確定圍巖松弛帶的范圍。 一、襯砌（支護）和圍巖的應(yīng)力或應(yīng)變量測一、襯砌（支護）和圍巖的應(yīng)力或應(yīng)變量測 （一）應(yīng)力解除法 這種方法是在已經(jīng)承載的襯砌或支護結(jié)構(gòu)的表面