地下洞室工程問(wèn)題課件

第七章地下洞室工程問(wèn)題7.1概述地下洞室泛指在地表以下巖土體中修建的各種形式和用途的建筑。地下洞室的斷面形狀：曲線形、折線形和組合型。圍巖的概念和圍巖穩(wěn)定性。7.2地下洞室位置的選擇地下洞室位置的選擇：進(jìn)洞山體洞口位置洞軸線7.2.1進(jìn)洞山體的選擇進(jìn)洞山體的選擇主要考慮山體的高度、山形的完整性、巖土體的堅(jiān)硬性與均勻性和地質(zhì)結(jié)構(gòu)構(gòu)造特性等因素。7.2.3洞軸線位置的選擇1.地形2.地層與巖性條件3.地質(zhì)構(gòu)造條件4.水文地質(zhì)條件7.3地下洞室圍巖的變形與破壞7.3.1洞室圍巖的變形1.彈性與塑性變形導(dǎo)致圍巖變形的根本原因是地應(yīng)力的存在。

2.結(jié)構(gòu)面變形3.圍巖流變變形固體介質(zhì)在長(zhǎng)期靜荷載作用下，應(yīng)力、應(yīng)變隨時(shí)間延長(zhǎng)而變化的性質(zhì)，稱(chēng)為流變性。蠕變是在一定溫度和應(yīng)力作用下的固體介質(zhì)隨時(shí)間而產(chǎn)生的緩慢、連續(xù)的變形；松弛是產(chǎn)生緩慢、連續(xù)的應(yīng)力減小。4.變形分布規(guī)律（1）頂圍懸垂與崩塌（2）側(cè)圍突出與滑塌（3）底圍鼓脹與隆坡（4）圍巖縮徑及巖爆1）圍巖縮徑2）巖爆2.巖體破壞機(jī)理與漸進(jìn)破壞（1）工程巖體的破壞，主要受巖體本身的特性、天然應(yīng)力狀態(tài)、工程加荷與卸荷、地下水作用和時(shí)間因素的綜合影響。破壞方式：剪切破壞（重剪、剪斷和復(fù)合），拉斷破壞。（2）巖體破壞是一個(gè)漸進(jìn)過(guò)程：初裂階段漸進(jìn)破壞階段加速破壞階段巖體質(zhì)量指標(biāo)：4個(gè)系數(shù)分別為：巖體完整系數(shù)、巖石質(zhì)量系數(shù)、巖石風(fēng)化程度系數(shù)、巖石軟化系數(shù)。7.4.2巖石質(zhì)量指標(biāo)分類(lèi)以鉆孔獲取的大于10cm的巖心斷塊長(zhǎng)度與巖心總進(jìn)尺長(zhǎng)度之比作為巖石質(zhì)量指標(biāo)RQD。分為5類(lèi)。7.4.3巖體地質(zhì)力學(xué)分類(lèi)這種分類(lèi)法的出發(fā)點(diǎn)是把巖體作為一種由多種多樣結(jié)構(gòu)面切割的多裂隙固體介質(zhì)。巖體內(nèi)結(jié)構(gòu)面的規(guī)模、性質(zhì)及其組合關(guān)系在很大程度上決定了巖體力學(xué)作用過(guò)程，形成不同的力學(xué)介質(zhì)類(lèi)型。7.5地下洞室的圍巖壓力7.5.1圍巖壓力的概念由于圍巖的變形與破壞作用在支護(hù)或襯砌結(jié)構(gòu)上的壓力，稱(chēng)為“圍巖壓力”。圍巖壓力是設(shè)計(jì)支護(hù)襯砌的依據(jù)之一。其計(jì)算問(wèn)題有待解決。7.5.2圍巖應(yīng)力重分布由于洞室的開(kāi)挖，使圍巖中應(yīng)力、應(yīng)變調(diào)整而引起原有天然應(yīng)力大小、方向和性質(zhì)改變的過(guò)程和現(xiàn)象，稱(chēng)為圍巖應(yīng)力重分布。洞室斷面的形狀對(duì)圍巖應(yīng)力分布有重要影響。7.5.3圍巖應(yīng)力計(jì)算-普氏系數(shù)法

此法認(rèn)為，洞室開(kāi)挖后圍巖以部分砂體失去平衡而向下塌落，塌落部位以上和兩側(cè)砂體處于新的平衡狀態(tài)而穩(wěn)定，塌落邊界呈拱形。這個(gè)拱便稱(chēng)為“天然平衡拱”。普氏將此法推廣到巖體上，認(rèn)為被許多裂隙切割的巖體也可以視為具有一定凝聚力的松散體，并認(rèn)為堅(jiān)固系數(shù)為巖石抗壓強(qiáng)度的1/100。7.6保護(hù)地下洞室圍巖穩(wěn)定性的措施保障圍巖穩(wěn)定性的途徑有二：一是保護(hù)圍巖原有穩(wěn)定性，使之不降低；二是提高巖體整體強(qiáng)度，使其穩(wěn)定性有所提高。前者主要是采用合理的施工和支護(hù)襯砌方案，后者主要是加固圍巖。7.6.1合理選擇施工方案隧洞的開(kāi)挖方式基本上有兩種：一是全斷面開(kāi)挖法；二是導(dǎo)洞開(kāi)挖法。全斷面開(kāi)挖法一般適用于圍巖很穩(wěn)定、無(wú)塌方掉石的地區(qū)；導(dǎo)洞開(kāi)挖法適用于斷面較大，巖體又不太穩(wěn)定的地質(zhì)條件。1.導(dǎo)洞開(kāi)挖法（1）上下導(dǎo)洞開(kāi)挖、先拱后墻法（2）側(cè)導(dǎo)洞開(kāi)挖，先墻后拱法（核心支撐法）（2）盾構(gòu)法與盾構(gòu)機(jī)盾構(gòu)法是用特制機(jī)器開(kāi)挖隧洞的施工技術(shù)，主要用于第四系松軟地層掘進(jìn)成洞。優(yōu)點(diǎn)：避開(kāi)干擾，不影響地面建筑和環(huán)境，可充分利用地下空間。掘進(jìn)、出渣、支護(hù)與襯砌融為一體。7.6.2支撐、襯砌隧洞的支