地下洞室工程问题

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1、第7章地下洞室工程问题【教学基本要求】1、了解地下洞室的类型及洞室位置选择的原则。2、认识地下洞室变形和破坏的类型和机理。3、了解地下洞室围岩分类方法、围岩压力的概念和计算方法。4、了解保护地下洞室围岩稳定的工程措施和主要施工方法。【学习重点】1、地下洞室围岩应力、变形与破坏类型。2、保护围岩稳定的工程措施及意义。【内容提要和学习指导】7.1概述地下洞室泛指于在地表以下岩土体中修建的各种形式和用途的建筑。地下洞室是岩土工程中的重要组成部分，广泛应用于工业与民用建筑、交通、采矿、水利水电、国防等部门，如作为地下工厂、交通隧道、矿山巷道、水电站

2、地下厂房、地下商场、储备仓库、地下防空洞等等。地下洞室的共同特点是：都建设在地下岩土体内，具有一定断面形状和尺寸，并有较大延伸长度。地下洞室的断面形状一般有曲线型、折线型和两者的组合型。地下洞室断面形状的选择，应考虑洞室的用途和服务年限、洞室的围岩性质、岩土体地应力的分布特征；洞室的支护或衬砌方式和材料等因素综合确定。一般地来讲，曲线型洞室（圆形、椭圆形和马蹄形等）的稳定性较好，对周围岩土体的稳定有利。折线型洞室（矩形、方形和梯形等）的断面利用率高、施工方便、开挖工艺简单。洞室的尺寸主要取决于洞室的用途，一般性隧道高(或宽)在3m—5m，有

3、些可达20m以上，而地下厂房的断面则要大得多，一般高度可达60m—70m，宽度在20m—35m之间。洞室可分为过水的和不过水的(如交通隧洞)两大类。前者又有无压与有压之分，后者均属无压的。有压洞室与无压洞室不同，内水压力作用到衬砌和周围岩体上，对其稳定性将增加新的影响。洞室周围的岩土体通称围岩。狭义上，围岩常指洞室周围受到开挖影响，大体相当地下洞室宽度或平均直径3倍左右范围内的岩土体。由于初始地应力的存在，洞室开挖势必打破原来岩(土)体的自然平衡状态，引起洞室周围一定范围内的岩(土)体应力重新分布，有的围岩的强度能够适应变化后的应力状态，可

4、不采取任何人力措施，便能保持洞室稳定；但有时因围岩强度低，或其中应力状态的变化大，以致围岩不能适应变化后的应使岩土体产生变形、位移，甚至破坏，若不加固或加固而未保证质量，都会引起破坏事故，对施工、运营造成危害。工程中将洞室开挖后周围发生应力重新分布的岩(土)体称为围岩。因此，围岩的变形和稳定性是地下洞室能否在服务年限内正常使用的关键。地下洞室突出的工程地质问题是围岩稳定问题。尤其象地下飞机库、大跨度引水隧洞和水电站地下厂房等大型洞室的因岩稳定性，常常是工程地质研究的重点；矿山采空区常出现独特的工程地质现象。国内外建筑史上因洞室围岩失稳而造成

5、的事故，为数不少。如澳大利亚悉尼输水压力隧洞，混凝土衬砌。使用期间在300m长的地段上，发现洞内有压水大量渗入围岩而达地表。放空检修发现在100m的内水水头作用下，衬砌被破坏，洞顶围岩被掀起，出现裂缝，错开距离多达1.0—2.0cm。对围岩压力估计过高，可能导致工程偏于危险，或对围岩强度估计不足，常使设计保守，提高工程造价，造成浪费。因此，对洞室位置的选择、对围岩特性的认识和对围岩压力与强度的评价都是地下洞室设计与施工的关键问题。7.2地下洞室位置的选择地下洞室位置的选择主要考虑进洞山体、洞口位置和洞轴线位置的选择。7.2.1进洞山体的选择

6、进洞山体的选择主要考虑山体的高度、山形的完整性、岩土体的坚硬与均匀性和地质结构构造特性等因素。山高以满足地下工程防护要求为原则。山过高时围岩岩压力大，过低则达不到防护要求。对一般洞室，山的相对高度以100—300米为宜。山形完整，山体未被冲沟、山洼等负地形切割破坏，无滑坡、塌方等破坏地形。不宜选择有冲沟、山洼等负地形（一般反映该地段岩体软弱或破碎，并易于集水）。岩土体的岩性要尽可能均一或相近，且比较坚硬完整。当为层状岩体时，要求岩性单一，无软弱夹层，成层和产状稳定，层厚为中至厚层；当为块状岩体时，要求无岩脉等侵入体、捕虏体，或者少而规模小；

7、当为可溶性岩体时，要求岩溶不发育，无暗河和较大溶洞等。地质构造越简单越好。应尽量避开含水构造和断层、断层破碎带、断层密集带和不同方向的几组断裂交汇带，以及岩体受强烈构造挤压和风化破碎较深的地带。益选择优先节理不发育且间距大、组数少，未形成不稳定的组合结构的岩体。另外，要考虑场地的地下水和地震特性等因素，避开地下水丰富的或地震基本烈度为九度以上的地区。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。许多工程实践证明：往往因洞口位置的地形地貌条件不利，而导致迟迟不能清理出稳定的洞脸，而无法进洞

8、的局面。山坡宜下陡上缓，无滑坡、崩塌等存在。山坡下部坡度最好大子60°，一般不宜小于40°。洞口处岩石应直接出露或坡积层较薄，岩石比较新鲜完整，尽量选在岩层倾向与坡向相反的山坡(