隧道工程第5章圍巖分級(jí)與壓力

1、重慶交通大學(xué) 隧道及巖土工程系2012年10月本章學(xué)習(xí)要求：本章學(xué)習(xí)要求：（1 1）掌握公路隧道圍巖分級(jí)方法；）掌握公路隧道圍巖分級(jí)方法；（2 2）掌握公路隧道圍巖壓力計(jì)算方法；）掌握公路隧道圍巖壓力計(jì)算方法；（3 3）理解影響圍巖穩(wěn)定性的因素；）理解影響圍巖穩(wěn)定性的因素； 5.1 5.1 隧道圍巖分級(jí)及其作用隧道圍巖分級(jí)及其作用 5.2 5.2 圍巖壓力的確定圍巖壓力的確定 5.3 5.3 影響圍巖穩(wěn)定性的因素影響圍巖穩(wěn)定性的因素本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容 圍巖：圍巖：隧道周圍一定范圍內(nèi)，對(duì)其穩(wěn)定性產(chǎn)生影隧道周圍一定范圍內(nèi)，對(duì)其穩(wěn)定性產(chǎn)生影響的巖體響的巖體 圍巖壓力：圍巖壓力：是指隧道開挖后，

2、圍巖作用在隧道支是指隧道開挖后，圍巖作用在隧道支護(hù)上的壓力，是隧道支撐或襯砌結(jié)構(gòu)的主要荷載之一。護(hù)上的壓力，是隧道支撐或襯砌結(jié)構(gòu)的主要荷載之一。其性質(zhì)、大小、方向以及發(fā)生和發(fā)展的規(guī)律，對(duì)正確其性質(zhì)、大小、方向以及發(fā)生和發(fā)展的規(guī)律，對(duì)正確地進(jìn)行隧道設(shè)計(jì)與施工有很重要的影響。地進(jìn)行隧道設(shè)計(jì)與施工有很重要的影響。 地質(zhì)環(huán)境：地質(zhì)環(huán)境：隧道工程所賦存的地質(zhì)環(huán)境的內(nèi)涵很隧道工程所賦存的地質(zhì)環(huán)境的內(nèi)涵很廣，包括地層特征、地下水狀況、開挖隧道前就存在廣，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(yīng)力狀態(tài)、地溫梯度等于地層中的原始地應(yīng)力狀態(tài)、地溫梯度等 。5.1 5.1 隧道圍巖分級(jí)及其應(yīng)用隧

3、道圍巖分級(jí)及其應(yīng)用 目前，隧道圍巖分級(jí)是隧道設(shè)計(jì)、施工的目前，隧道圍巖分級(jí)是隧道設(shè)計(jì)、施工的基礎(chǔ)（工程類比法就是建立在圍巖分級(jí)的基基礎(chǔ)（工程類比法就是建立在圍巖分級(jí)的基礎(chǔ)上的）。礎(chǔ)上的）。 認(rèn)識(shí)事物的認(rèn)識(shí)事物的同一性同一性和和差異性差異性的方法就是將事的方法就是將事物進(jìn)行分類和分級(jí)物進(jìn)行分類和分級(jí) 圍巖分類圍巖分類: 主要突出主要突出同一性同一性,是質(zhì)的定性評(píng)價(jià)是質(zhì)的定性評(píng)價(jià),強(qiáng)調(diào)的是強(qiáng)調(diào)的是屬性屬性特征特征. 圍巖分級(jí)圍巖分級(jí): 主要突出主要突出差異性差異性,是量的界定是量的界定,強(qiáng)強(qiáng)調(diào)的是調(diào)的是等級(jí)等級(jí)特征特征. 圍巖分級(jí)的目的圍巖分級(jí)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)

4、； 進(jìn)行科學(xué)管理及正確評(píng)價(jià)經(jīng)濟(jì)效益；進(jìn)行科學(xué)管理及正確評(píng)價(jià)經(jīng)濟(jì)效益； 確定結(jié)構(gòu)上的荷載（松散荷載）；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；給出襯砌結(jié)構(gòu)的類型及其尺寸； 制定勞動(dòng)定額、材料消耗標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)等制定勞動(dòng)定額、材料消耗標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)等； 人們對(duì)圍巖的認(rèn)識(shí)是不斷深入的人們對(duì)圍巖的認(rèn)識(shí)是不斷深入的土石方工程分土石方工程分類法類法( (開挖難開挖難易程度易程度) )巖石的堅(jiān)固性巖石的堅(jiān)固性來分類來分類: : 如堅(jiān)如堅(jiān)固性系數(shù)固性系數(shù)f fRQD從圍巖穩(wěn)定性出發(fā)分類來從圍巖穩(wěn)定性出發(fā)分類來代替多年沿用的堅(jiān)固性為代替多年沿用的堅(jiān)固性為基礎(chǔ)的分類基礎(chǔ)的分類從分級(jí)指標(biāo)方面：從分級(jí)指標(biāo)方面

5、：大多數(shù)從大多數(shù)從定性描述定性描述經(jīng)驗(yàn)判斷經(jīng)驗(yàn)判斷定量描述定量描述 以隧道圍巖的穩(wěn)定性為基礎(chǔ)進(jìn)行分級(jí)是隧道以隧道圍巖的穩(wěn)定性為基礎(chǔ)進(jìn)行分級(jí)是隧道圍巖分類的總趨勢(shì)。圍巖分類的總趨勢(shì)。 1 1、隧道圍巖分級(jí)的因素指標(biāo)及其選擇、隧道圍巖分級(jí)的因素指標(biāo)及其選擇 圍巖分級(jí)的指標(biāo)，主要考慮影響圍巖穩(wěn)定圍巖分級(jí)的指標(biāo)，主要考慮影響圍巖穩(wěn)定性的因素或其組合的因素性的因素或其組合的因素. . 單一的巖性指標(biāo)單一的巖性指標(biāo) 綜合巖性指標(biāo)綜合巖性指標(biāo) 單一的巖性指標(biāo)單一的巖性指標(biāo) 巖石的單軸飽和極限抗壓強(qiáng)度作為基本的巖石的單軸飽和極限抗壓強(qiáng)度作為基本的分級(jí)指標(biāo)，具有試驗(yàn)簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)可靠的優(yōu)點(diǎn)；分級(jí)指標(biāo)，具有試驗(yàn)簡(jiǎn)單，

6、數(shù)據(jù)可靠的優(yōu)點(diǎn)； 巖石的抗壓和抗拉強(qiáng)度、彈性模量、泊松巖石的抗壓和抗拉強(qiáng)度、彈性模量、泊松比等物理力學(xué)參數(shù)比等物理力學(xué)參數(shù) ； 巖石的抗鉆性、抗爆性等工程指標(biāo)。巖石的抗鉆性、抗爆性等工程指標(biāo)。 綜合巖性指標(biāo)綜合巖性指標(biāo) 巖體的彈性波傳播速度巖體的彈性波傳播速度：該指標(biāo)反映了該指標(biāo)反映了巖石的力學(xué)性質(zhì)和巖體的破碎程度的綜合因素，巖石的力學(xué)性質(zhì)和巖體的破碎程度的綜合因素，通常用巖體的完整性系數(shù)通常用巖體的完整性系數(shù)K Kv v來評(píng)價(jià)來評(píng)價(jià), ,即即 2巖石巖體vvKvK Kv v0.750.750.70.75 50.550.550.50.55 50.350.350.30.35 50.150.150

7、.15 90RQD 90 為優(yōu)質(zhì)；為優(yōu)質(zhì)； 7575 RQD 90 RQD 90 為良好；為良好； 5050 RQD 75 RQD 75 為好；為好； 2525 RQD 50 RQD 50 為差；為差； RQD 25RQD 958575758650752550 550550451450351350251 4.53.54.52.54.01.53.01.02.0 1.0（飽和粘土）（飽和粘土）I0.81.00.60.80.40.60.20.4 0.2 隧道施工圍巖分級(jí)隧道施工圍巖分級(jí) 施工階段圍巖判定具有直接性、可靠性、重施工階段圍巖判定具有直接性、可靠性、重要性特征，因此，施工階段圍巖級(jí)別的判定

8、是要性特征，因此，施工階段圍巖級(jí)別的判定是一個(gè)重要而現(xiàn)實(shí)的問題。一個(gè)重要而現(xiàn)實(shí)的問題。 評(píng)定因素采用圍巖堅(jiān)硬程度、圍巖完整性程評(píng)定因素采用圍巖堅(jiān)硬程度、圍巖完整性程度、和地下水狀態(tài)三項(xiàng)因素，細(xì)分為十三個(gè)子度、和地下水狀態(tài)三項(xiàng)因素，細(xì)分為十三個(gè)子因素，因素， 即即3 31313評(píng)定評(píng)定; ; 隧道施工圍巖分級(jí)隧道施工圍巖分級(jí) 即即3 31313評(píng)定評(píng)定 在三個(gè)因素中，在三個(gè)因素中，最困難的是圍巖完整性程度最困難的是圍巖完整性程度的評(píng)定的評(píng)定，重點(diǎn)是如何根據(jù)掌子面的地質(zhì)數(shù)據(jù)評(píng)，重點(diǎn)是如何根據(jù)掌子面的地質(zhì)數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)圍巖的完整程度。價(jià)圍巖的完整程度。 根據(jù)對(duì)國(guó)內(nèi)外施工階段圍巖分級(jí)的調(diào)查，根據(jù)對(duì)國(guó)內(nèi)外施工

9、階段圍巖分級(jí)的調(diào)查，應(yīng)采用多種方法對(duì)圍巖完整程度進(jìn)行分級(jí)，采應(yīng)采用多種方法對(duì)圍巖完整程度進(jìn)行分級(jí)，采用定性和定量相結(jié)合的方法，如可采用下圖的用定性和定量相結(jié)合的方法，如可采用下圖的指標(biāo)指標(biāo) ：5.2 5.2 圍巖壓力的確定圍巖壓力的確定 1 1、圍巖壓力的概念、圍巖壓力的概念 圍巖壓力：圍巖壓力：是指引起地下開挖空間周圍巖是指引起地下開挖空間周圍巖體和支護(hù)變形或破壞的作用力。它包括由地應(yīng)體和支護(hù)變形或破壞的作用力。它包括由地應(yīng)力引起的圍巖應(yīng)力以及圍巖變形受阻而作用在力引起的圍巖應(yīng)力以及圍巖變形受阻而作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的作用力。從狹義上來理解支護(hù)結(jié)構(gòu)上的作用力。從狹義上來理解，圍巖圍巖壓力是指圍巖

10、作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的壓力壓力是指圍巖作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的壓力。在工在工程中一般研究狹義的圍巖壓力。程中一般研究狹義的圍巖壓力。 圍巖壓力按作用力發(fā)生形態(tài)分為：圍巖壓力按作用力發(fā)生形態(tài)分為： 松散壓力：松散壓力： 形變壓力：形變壓力： 膨脹壓力：膨脹壓力： 沖擊壓力：沖擊壓力： 松散壓力：松散壓力：常通過下列三種情況發(fā)生：常通過下列三種情況發(fā)生： 在整體穩(wěn)定的巖體中，可能出現(xiàn)個(gè)別松動(dòng)在整體穩(wěn)定的巖體中，可能出現(xiàn)個(gè)別松動(dòng)掉塊的巖石；掉塊的巖石； 在松散軟弱的巖體中，坑道頂部和兩側(cè)片在松散軟弱的巖體中，坑道頂部和兩側(cè)片幫冒落；幫冒落； 在節(jié)理發(fā)育的裂隙巖體中，圍巖某些部位在節(jié)理發(fā)育的裂隙巖體中，圍巖某些

11、部位沿弱面發(fā)生剪切破壞或拉壞等局部塌落。沿弱面發(fā)生剪切破壞或拉壞等局部塌落。 形變壓力：形變壓力：是指由于圍巖變形受到與之是指由于圍巖變形受到與之密貼的支護(hù)如錨噴支護(hù)等的抑制，而使圍巖與密貼的支護(hù)如錨噴支護(hù)等的抑制，而使圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)共同變形過程中，圍巖對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)施支護(hù)結(jié)構(gòu)共同變形過程中，圍巖對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)施加的接觸壓力。形變壓力除與圍巖應(yīng)力狀態(tài)有加的接觸壓力。形變壓力除與圍巖應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)外，還與支護(hù)時(shí)間和支護(hù)剛度有關(guān)。關(guān)外，還與支護(hù)時(shí)間和支護(hù)剛度有關(guān)。 膨脹壓力：膨脹壓力：是指由于圍巖吸水而膨脹崩是指由于圍巖吸水而膨脹崩解所引起的壓力。它與形變壓力的基本區(qū)別在解所引起的壓力。它與形變壓力的基本區(qū)

12、別在于它是由吸水膨脹引起的。于它是由吸水膨脹引起的。 沖擊壓力：沖擊壓力：是指圍巖中積累了大量的彈性是指圍巖中積累了大量的彈性變性能之后，由于隧道的開挖，圍巖的約束被變性能之后，由于隧道的開挖，圍巖的約束被解除，能量突然釋放所產(chǎn)生的壓力。解除，能量突然釋放所產(chǎn)生的壓力。 沖擊壓力是巖體能量的積累與釋放問題，所沖擊壓力是巖體能量的積累與釋放問題，所以它與彈性模量直接相關(guān)。彈性模量較大的巖以它與彈性模量直接相關(guān)。彈性模量較大的巖體，在高地應(yīng)力作用下，易于積累大量的彈性體，在高地應(yīng)力作用下，易于積累大量的彈性變形能，一旦遇到適宜條件，就會(huì)突然猛烈的變形能，一旦遇到適宜條件，就會(huì)突然猛烈的大量釋放。大

13、量釋放。2 2、圍巖松散壓力的產(chǎn)生、圍巖松散壓力的產(chǎn)生 開挖隧道所引起的圍巖松動(dòng)和破壞的范圍開挖隧道所引起的圍巖松動(dòng)和破壞的范圍有大有小，對(duì)于一般裂隙巖體中的深埋隧道，有大有小，對(duì)于一般裂隙巖體中的深埋隧道，其波及范圍僅其波及范圍僅局限在隧道周圍一定深度局限在隧道周圍一定深度，作用，作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的圍巖松散壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其上覆在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的圍巖松散壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其上覆巖層自重所造成的壓力，這可用圍巖的巖層自重所造成的壓力，這可用圍巖的“成拱成拱作用作用”來解釋。來解釋。圍巖松動(dòng)壓力的形成圍巖松動(dòng)壓力的形成(a) (a) 變變形形階階段段 ( (b) b) 松松動(dòng)動(dòng)階階段段 ( (c) c) 塌塌

14、落落階階段段 (d) (d) 成成拱拱階階段段 隧道開挖后，在圍巖應(yīng)力重分布過程中，頂隧道開挖后，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，可視為板開始沉陷，并出現(xiàn)拉斷裂紋，可視為變形階段變形階段； 頂板的裂紋繼續(xù)發(fā)展并且張開，由于結(jié)構(gòu)面頂板的裂紋繼續(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?dòng)，可視為切割等原因，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樗蓜?dòng)，可視為松動(dòng)階段松動(dòng)階段； 頂板巖體視其強(qiáng)度的不同而逐步坍塌，可視頂板巖體視其強(qiáng)度的不同而逐步坍塌，可視為為坍塌階段坍塌階段； 頂板塌落停止，達(dá)到新的平衡，此時(shí)其界面頂板塌落停止，達(dá)到新的平衡，此時(shí)其界面形成一近似的拱形，可視為形成一近似的拱形，可視為

15、成拱階段成拱階段。 自然拱的范圍的大小自然拱的范圍的大小除受上述的圍巖地質(zhì)除受上述的圍巖地質(zhì)條件、支護(hù)結(jié)構(gòu)架設(shè)時(shí)間、剛度以及它與圍條件、支護(hù)結(jié)構(gòu)架設(shè)時(shí)間、剛度以及它與圍巖的接觸狀態(tài)外，還取決于以下諸因素：巖的接觸狀態(tài)外，還取決于以下諸因素： 隧道的形狀和尺寸隧道的形狀和尺寸：隧道拱圈越平坦，：隧道拱圈越平坦，跨度越大，則自然拱越高，圍巖松散壓力也跨度越大，則自然拱越高，圍巖松散壓力也越大；越大； 隧道的埋深：隧道的埋深：實(shí)踐證明，只有當(dāng)隧道埋深超實(shí)踐證明，只有當(dāng)隧道埋深超過某一臨界值時(shí)，才有可能形成自然拱。習(xí)慣上過某一臨界值時(shí)，才有可能形成自然拱。習(xí)慣上稱這種隧道為深埋隧道，否則為淺埋隧道。稱

16、這種隧道為深埋隧道，否則為淺埋隧道。 施工因素：施工因素：如爆破所產(chǎn)生的震動(dòng)，常常是如爆破所產(chǎn)生的震動(dòng)，常常是引起塌方的重要原因之一，造成圍巖壓力過大，引起塌方的重要原因之一，造成圍巖壓力過大，又如分部開挖多次擾動(dòng)圍巖，也會(huì)引起圍巖失穩(wěn)，又如分部開挖多次擾動(dòng)圍巖，也會(huì)引起圍巖失穩(wěn)，加大自然拱范圍。加大自然拱范圍。地層負(fù)溫度地層負(fù)溫度3 3、圍巖壓力的確定方法、圍巖壓力的確定方法 圍巖壓力的確定目前常用有下列三種方法：圍巖壓力的確定目前常用有下列三種方法： 直接量測(cè)法直接量測(cè)法 經(jīng)驗(yàn)法或工程類比法經(jīng)驗(yàn)法或工程類比法 理論估算法理論估算法 直接量測(cè)法：直接量測(cè)法： 是一種切合實(shí)際的方法，是一種切合

17、實(shí)際的方法，對(duì)隧道工程而言，也是研究發(fā)展的方向；但對(duì)隧道工程而言，也是研究發(fā)展的方向；但由于受量測(cè)設(shè)備和技術(shù)水平的制約，目前還由于受量測(cè)設(shè)備和技術(shù)水平的制約，目前還不能普遍常用。不能普遍常用。 經(jīng)驗(yàn)法或工程類比法：經(jīng)驗(yàn)法或工程類比法： 是根據(jù)大量以前工程是根據(jù)大量以前工程的實(shí)際資料的統(tǒng)計(jì)和總結(jié)，按不同圍巖分級(jí)提的實(shí)際資料的統(tǒng)計(jì)和總結(jié)，按不同圍巖分級(jí)提出圍巖壓力的經(jīng)驗(yàn)數(shù)值，作為后建隧道工程確出圍巖壓力的經(jīng)驗(yàn)數(shù)值，作為后建隧道工程確定圍巖壓力的依據(jù)的方法。是目前使用較多的定圍巖壓力的依據(jù)的方法。是目前使用較多的方法。方法。 理論估算法：理論估算法：是在實(shí)踐的基礎(chǔ)上從理論是在實(shí)踐的基礎(chǔ)上從理論上研究

18、圍巖壓力的方法。由于地質(zhì)條件的不上研究圍巖壓力的方法。由于地質(zhì)條件的不確定性，影響圍巖壓力的因素多，企圖建立確定性，影響圍巖壓力的因素多，企圖建立一種完善的和適合各種實(shí)際情況的通用圍巖一種完善的和適合各種實(shí)際情況的通用圍巖壓力理論及計(jì)算方法是困難的。壓力理論及計(jì)算方法是困難的。 深埋隧道圍巖壓力的確定深埋隧道圍巖壓力的確定( (工程類比法工程類比法) ) 圍巖豎向勻布?jí)毫鷰r豎向勻布?jí)毫 q 按下式計(jì)算：按下式計(jì)算： q = 0.45 2 s-1 (kN/m2) 式中式中 ：SS圍巖級(jí)別，如屬圍巖級(jí)別，如屬II II級(jí)，則級(jí)，則S S2 2； 圍巖容重，圍巖容重， (kN/m(kN/m3 3

19、) )； 1+ i(B-51+ i(B-5) ) 寬度影響系數(shù)；寬度影響系數(shù)； B B 隧道寬度隧道寬度,(m,(m）；）； i i 以以B B5m5m為基準(zhǔn)，為基準(zhǔn)，B B每增減每增減1m1m時(shí)的圍巖壓力時(shí)的圍巖壓力增減率。增減率。 當(dāng)當(dāng)B5mB 5mB 5m, ,取取i i 0.10.1。 深埋隧道圍巖壓力的確定深埋隧道圍巖壓力的確定( (工程類比法工程類比法) ) q = 0.45 2 s-1 (kN/m2) 適用條件適用條件 H/B 1.7H/B 1.7， 式中式中HH為隧道高度；為隧道高度； 深埋隧道；深埋隧道； 不產(chǎn)生顯著偏壓力及膨脹力的一般隧道；不產(chǎn)生顯著偏壓力及膨脹力的一般隧道

20、； 采用鉆爆法施工的隧道。采用鉆爆法施工的隧道。 圍巖的水平勻布?jí)毫鷰r的水平勻布?jí)毫 e 的確定，按下表中的確定，按下表中的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算 圍巖圍巖級(jí)別級(jí)別I、IIIIIIVVVI水平勻水平勻布?jí)毫Σ級(jí)毫?0.15q(0.150.3)q(0.30.5)q (0.51.0)q 鐵路新規(guī)范：鐵路新規(guī)范： qh h=0.411.79S 這是全國(guó)這是全國(guó)10461046座鐵路隧道得出的經(jīng)驗(yàn)公式，座鐵路隧道得出的經(jīng)驗(yàn)公式，其中其中S 新規(guī)范圍巖的分級(jí)新規(guī)范圍巖的分級(jí)。 注：注：鐵路隧道跨度小于公路隧道鐵路隧道跨度小于公路隧道圍巖壓力分布特征圍巖壓力分布特征作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的荷載是很不均勻

21、的，這是因?yàn)樵谧饔迷谥ёo(hù)結(jié)構(gòu)上的荷載是很不均勻的，這是因?yàn)樵诩?jí)及級(jí)及級(jí)圍巖中，局部塌方是主要的。根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料，圍巖豎向松動(dòng)級(jí)圍巖中，局部塌方是主要的。根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料，圍巖豎向松動(dòng)壓力的分布圖形大致可以概括為以下六種，如圖所示。壓力的分布圖形大致可以概括為以下六種，如圖所示。 淺埋隧道圍巖松散壓力的計(jì)算淺埋隧道圍巖松散壓力的計(jì)算 深、淺埋隧道的判定原則深、淺埋隧道的判定原則 隧道埋深不同，確定圍巖壓力的計(jì)算方隧道埋深不同，確定圍巖壓力的計(jì)算方法不同，應(yīng)法不同，應(yīng)以隧道頂部覆蓋層能否形成以隧道頂部覆蓋層能否形成“自自然拱然拱”為原則為原則。 深埋隧道圍巖松散壓力值是以施工深埋隧道圍巖松散壓力值是以施

22、工坍方平均坍方平均高度高度( (等效荷載高度值等效荷載高度值) )為根據(jù)，為了形成此高為根據(jù)，為了形成此高度值，隧道上覆巖體就有一定的厚度。根據(jù)經(jīng)度值，隧道上覆巖體就有一定的厚度。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，這個(gè)深度驗(yàn)，這個(gè)深度通常為通常為2 22.52.5倍的坍方平均高度倍的坍方平均高度值值 深、淺埋隧道的判定原則深、淺埋隧道的判定原則 HHp p（2 22.52.5）h hq q 式中式中: :HHp p深淺埋隧道分界深度深淺埋隧道分界深度; ; h hq q荷載等效高度，按下式計(jì)算：荷載等效高度，按下式計(jì)算： h hq qq/ q/ q q 深埋隧道豎向均布?jí)毫ι盥袼淼镭Q向均布?jí)毫?kNkNmm2 2；

23、圍巖容重（圍巖容重（kNkNmm2 2）。）。 在礦山法施工的條件下在礦山法施工的條件下I I級(jí)圍巖取級(jí)圍巖取 HHp p2h2hq q級(jí)圍巖取級(jí)圍巖取 HHp p2.5h2.5hq q 當(dāng)隧道覆蓋層厚度當(dāng)隧道覆蓋層厚度HHHHp p時(shí)為深埋，時(shí)為深埋， HHHHp p時(shí)為淺埋時(shí)為淺埋 淺埋隧道圍巖壓力的確定方法淺埋隧道圍巖壓力的確定方法 埋深埋深( (H) )小于或等于等效荷載高度小于或等于等效荷載高度hq時(shí)，荷時(shí)，荷載視為均布豎向壓力載視為均布豎向壓力 q = H式中式中: : q勻布布豎向壓力；勻布布豎向壓力； 深度上覆圍巖容重；深度上覆圍巖容重； H隧道埋深，抬隧道頂至地面的距離。隧道

24、埋深，抬隧道頂至地面的距離。 淺埋隧道圍巖壓力的確定方法淺埋隧道圍巖壓力的確定方法 側(cè)向壓力側(cè)向壓力e e，按勻布考慮時(shí)，其值為：，按勻布考慮時(shí)，其值為： e = (H + 1/2 He = (H + 1/2 Hi i)tan)tan2 2(45(450 0/2)/2)式中式中: : e e 側(cè)向勻布?jí)毫?；?cè)向勻布?jí)毫Γ?圍巖容重，以圍巖容重，以kN/mkN/m3 3計(jì)；計(jì)； H H 隧道埋深，以隧道埋深，以mm計(jì)；計(jì)； HHi i 隧道高度，以隧道高度，以mm計(jì)；計(jì)； 一圍巖計(jì)算摩擦角，可查有關(guān)規(guī)范。一圍巖計(jì)算摩擦角，可查有關(guān)規(guī)范。埋深大于埋深大于h hq q、小于等于、小于等于HHp p時(shí)

25、時(shí) 采用松散介質(zhì)極限平衡理論進(jìn)行分析，即：圍采用松散介質(zhì)極限平衡理論進(jìn)行分析，即：圍巖松動(dòng)壓力巖松動(dòng)壓力= =滑動(dòng)巖體重量滑面上的阻力滑動(dòng)巖體重量滑面上的阻力 q淺淺 Q淺淺/B = H（1H/Btan） e=(Hh) /2式中式中一側(cè)壓力系數(shù)一側(cè)壓力系數(shù) ，即：，即：=(tan-tan)/tan1+tan(tan- tan) +tantan tan = tan+(tan2+1)tan/(tan-tan)1/2 圍巖壓力的現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)圍巖壓力的現(xiàn)場(chǎng)量測(cè) 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)圍巖壓力的方法很多，可歸納現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)圍巖壓力的方法很多，可歸納為兩類：為兩類： 直接量測(cè)直接量測(cè) 間接量測(cè)間接量測(cè)直接量測(cè)：直接量測(cè)：主要采

26、用儀器為壓力盒、壓力傳主要采用儀器為壓力盒、壓力傳感器等設(shè)備。感器等設(shè)備。 壓力盒按工作原理分為以下三類：壓力盒按工作原理分為以下三類： 機(jī)械作用式機(jī)械作用式 電測(cè)式電測(cè)式 液壓式液壓式目前使用較多的是鋼弦式壓力盒。目前使用較多的是鋼弦式壓力盒。 鋼弦式測(cè)試技術(shù)屬于鋼弦式測(cè)試技術(shù)屬于“非電量電測(cè)法非電量電測(cè)法”的范疇，測(cè)試的范疇，測(cè)試工作系統(tǒng)一般由鋼弦式傳感器和鋼弦頻率測(cè)定儀組成。工作系統(tǒng)一般由鋼弦式傳感器和鋼弦頻率測(cè)定儀組成。測(cè)試系統(tǒng)如圖：測(cè)試系統(tǒng)如圖：鋼弦式傳感器的基本原理鋼弦式傳感器的基本原理 由鋼弦內(nèi)應(yīng)力的變化轉(zhuǎn)化為鋼弦振動(dòng)頻率的由鋼弦內(nèi)應(yīng)力的變化轉(zhuǎn)化為鋼弦振動(dòng)頻率的變化。鋼弦應(yīng)力和振

27、動(dòng)頻率的關(guān)系如下：變化。鋼弦應(yīng)力和振動(dòng)頻率的關(guān)系如下：Lf21fL式中：為鋼弦振動(dòng)頻率式中：為鋼弦振動(dòng)頻率 為鋼弦的長(zhǎng)度為鋼弦的長(zhǎng)度 為鋼弦的密度為鋼弦的密度 為鋼弦所受的張拉應(yīng)力為鋼弦所受的張拉應(yīng)力 間接量測(cè)：間接量測(cè)：利用量測(cè)隧道襯砌的應(yīng)變、變形利用量測(cè)隧道襯砌的應(yīng)變、變形來推算作用在其上的圍巖壓力的方法，即間接來推算作用在其上的圍巖壓力的方法，即間接量測(cè)法。如電阻應(yīng)變片、鋼筋應(yīng)變計(jì)、遙測(cè)應(yīng)量測(cè)法。如電阻應(yīng)變片、鋼筋應(yīng)變計(jì)、遙測(cè)應(yīng)變計(jì)、混凝土應(yīng)變磚等變計(jì)、混凝土應(yīng)變磚等5.3 5.3 影響圍巖穩(wěn)定性的因素影響圍巖穩(wěn)定性的因素 隧道圍巖分級(jí)是對(duì)隧道開挖后，圍巖穩(wěn)隧道圍巖分級(jí)是對(duì)隧道開挖后，圍

28、巖穩(wěn)定程度的分級(jí)和評(píng)價(jià)。圍巖分級(jí)的因素，也就定程度的分級(jí)和評(píng)價(jià)。圍巖分級(jí)的因素，也就是影響隧道圍巖穩(wěn)定性的因素。是影響隧道圍巖穩(wěn)定性的因素。 影響隧道圍巖穩(wěn)定性的因素一般認(rèn)為有兩影響隧道圍巖穩(wěn)定性的因素一般認(rèn)為有兩類：類：一類是客觀存在的地質(zhì)因素；另一類是設(shè)一類是客觀存在的地質(zhì)因素；另一類是設(shè)計(jì)和施工因素，或稱為人為因素。計(jì)和施工因素，或稱為人為因素。1 1、地質(zhì)因素的影響、地質(zhì)因素的影響 巖土體結(jié)構(gòu)狀態(tài)巖土體結(jié)構(gòu)狀態(tài) 巖石的工程性質(zhì)巖石的工程性質(zhì) 地下水的作用和影響地下水的作用和影響 圍巖的初應(yīng)力狀態(tài)圍巖的初應(yīng)力狀態(tài) 巖土體結(jié)構(gòu)狀態(tài)巖土體結(jié)構(gòu)狀態(tài) 巖土體結(jié)構(gòu)是長(zhǎng)時(shí)間地質(zhì)運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)物，在地巖土體

29、結(jié)構(gòu)是長(zhǎng)時(shí)間地質(zhì)運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)物，在地質(zhì)因素的影響中起著主要作用。質(zhì)因素的影響中起著主要作用。 圍巖的結(jié)構(gòu)狀態(tài)通常用其破碎程度或完整狀圍巖的結(jié)構(gòu)狀態(tài)通常用其破碎程度或完整狀態(tài)來表示態(tài)來表示 巖體的完整狀態(tài)或破碎程度有兩個(gè)含義，一巖體的完整狀態(tài)或破碎程度有兩個(gè)含義，一是構(gòu)成巖體的巖塊大小，二是這些巖塊的組合是構(gòu)成巖體的巖塊大小，二是這些巖塊的組合形態(tài)。形態(tài)。 巖石的工程性質(zhì)巖石的工程性質(zhì) 巖石的工程性質(zhì)是多方面的，一般主要指巖巖石的工程性質(zhì)是多方面的，一般主要指巖石的強(qiáng)度或堅(jiān)固性。石的強(qiáng)度或堅(jiān)固性。 在巖體結(jié)構(gòu)狀態(tài)成為控制圍巖穩(wěn)定的主要因在巖體結(jié)構(gòu)狀態(tài)成為控制圍巖穩(wěn)定的主要因素時(shí)，強(qiáng)調(diào)巖石強(qiáng)度意義是不

30、大的。素時(shí)，強(qiáng)調(diào)巖石強(qiáng)度意義是不大的。 巖石強(qiáng)度在完整的巖體中是起主要作用的。巖石強(qiáng)度在完整的巖體中是起主要作用的。 地下水的作用和影響地下水的作用和影響 使巖質(zhì)軟化，強(qiáng)度降低，對(duì)軟巖尤為明顯，使巖質(zhì)軟化，強(qiáng)度降低，對(duì)軟巖尤為明顯，對(duì)土體則可促使其液化或流動(dòng)；對(duì)土體則可促使其液化或流動(dòng)； 有軟弱結(jié)構(gòu)面的圍巖，會(huì)沖走充填物或使夾有軟弱結(jié)構(gòu)面的圍巖，會(huì)沖走充填物或使夾層液化，減少層間摩阻力促使巖塊滑動(dòng)；層液化，減少層間摩阻力促使巖塊滑動(dòng)； 在某些圍巖中，如石膏、巖鹽和蒙脫石為主在某些圍巖中，如石膏、巖鹽和蒙脫石為主的粘土巖中，遇水后產(chǎn)生膨脹，在未膠結(jié)或弱的粘土巖中，遇水后產(chǎn)生膨脹，在未膠結(jié)或弱膠結(jié)的砂巖中可產(chǎn)生流砂和潛蝕。膠結(jié)的砂巖中可產(chǎn)生流砂和潛蝕。 圍巖的初應(yīng)力狀態(tài)圍巖的初應(yīng)力狀態(tài) 圍巖的初應(yīng)