隧道围岩稳定性工程地质分析

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1、隧道围岩稳定性工程地质分析成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室2010年10月隧道基本概念隧道：又称地下洞室，是为各种目的修建在地层之内的中空通道或中空洞室。包括矿山坑道、铁路隧道、水工隧洞、地下发电站厂房、地下铁道及地下停车场、地下弹道导弹发射井等。共同的特点，就是都要在岩体内开挖出具有一定横断面积和尺寸、并有较大廷伸长度的洞子。所以周围岩层的稳定性就决定着地下建筑的安全和正常使用条件。1基本概念地下洞室的分类按用途：矿山巷道（井）、交通隧道、水工隧道、地下厂房（仓库）、地下军事工程按洞壁受压情况：有压洞室、无压洞室按断面形状：圆形、矩形、

2、城门洞形、椭圆形按与水平面关系：水平洞室、斜洞、垂直洞室（井）按介质类型：岩石洞室、土洞按应力情况：单式洞室、群洞1基本概念广州地铁东（山口）～杨（箕）区间隧道公路隧道围岩及围岩应力围岩（surroundingrock）开挖空间周围应力状态发生改变的那部分岩体。二次应力（secondarystress）岩体开挖引起的重新分布的应力，也称次生应力。1基本概念开挖洞室引起的应力状态的重大变化局限在洞周一定范围之内。通常此范围等于地下洞室横剖面中最大尺寸的3-5倍。习惯上将此范围内的岩体称为“围岩”。2008年5月17日，大盈江四级电站是盈江县在建的重要水电站之一

3、，它位于盈江县东南距离县城约70公里的崇山之中2006年01月16日，贵昆铁路辅助隧道发生塌方12名施工人员被困2007年1月12日，巴西圣保罗市西部地铁4号线一处工地发生塌方事故。当天下午发生的这次塌方事故造成至少3人受伤，1人失踪2005.10.27，天汕高速广福隧道塌方12人被困，该隧道是双洞分离式高速公路隧道，出事点离出口约463米、离工作面约80米；原设计该段岩层为较坚固的V类围岩，开挖后发现实际变更为较差的III类围岩2隧道围岩变形破坏方式地下洞室开挖常能使围岩的性状发生很大变化，促使围岩性状发生变化的因素，除了卸荷回弹和应力重分布之外，还有水分

4、的重分布。一般说来,洞室开挖后,如果围岩岩体承受不了回弹应力或重分布的应力的作用,围岩即将发生塑性变形成破坏.这种变形或破坏通常是从洞室周边,特别是那些最大压或拉应力集中的部位开始,而后逐步向围岩,内部发展的.脆性围岩变形破坏脆性围岩包括各种块体状结构或层状结构的坚硬或半坚硬的脆性岩体。这类围岩的变形和破坏，主要是在回弹应力和重分布的应力作用下发生的，水分的重分布对其变形和破坏的影响较为微弱。脆性围岩变形破坏的形式和特点．一般有弯折内鼓、张裂塌落、劈裂剥落、剪切滑移以及岩爆等不同类型.2隧道围岩变形破坏方式(1)弯折内鼓层状、特别是薄层状围岩变形破坏的主要形

5、式。从力学机制来看，它的产生可能有两种情况：一是卸荷回弹的结果；二是应力集中使洞壁处的切向压应力超过薄层状岩层的抗弯折强度所造成的.2隧道围岩变形破坏方式2隧道围岩变形破坏方式(2)张裂塌落张裂塌落通常发生于厚层状或块体状岩体内的洞室顶拱。当那里产生拉应力集中，且其值超过围岩的抗拉强度时，顶拱围岩就将发生张裂破坏，尤其是当那里发育有近垂直的构造裂隙时、特别是当有近水平方向的软弱结构面发育，岩体在垂直方向的抗拉强度较低时，往往造成顶供的塌落。2隧道围岩变形破坏方式2隧道围岩变形破坏方式2隧道围岩变形破坏方式(3)劈裂剥落、剪切滑移及碎裂松动a）劈裂剥落围岩表部

6、发生平行于洞室周边的破裂。一些平行的破裂将围岩切割成厚度由几厘米到几十厘米的薄板，它们往往沿壁面剥落。劈裂剥落多发生于厚层状或块体状结构的岩体内，视围岩应力条件的不同，可发生于顶拱，也可发生于边墙之上，前者造成顶拱的片状冒落，后者则造成通常所谓的片帮。2隧道围岩变形破坏方式b）剪切滑移这种形式的破坏多发生于厚层状或块体状结构的岩体内。随围岩应力条件的不同，可发生在边墙上，也可发生于顶拱。2隧道围岩变形破坏方式2隧道围岩变形破坏方式c）碎裂松动碎裂松动是碎裂结构岩体变形、破坏的主要形式。这类松动带本身是不稳定的，特别是当有地下水的活动参与时，极易导致顶拱的坍塌

7、和边墙的失稳。由于松动带的厚度会随时间的推移而逐步增大，因此为了防止这类围岩变形、破坏的过度发展，必须及时采取加固措施。2隧道围岩变形破坏方式(4)岩爆在地下开挖或开采过程中突然地以爆炸的形式表现出来，这就是所谓的岩爆。岩爆发生时，岩石或煤等突然从围岩中被抛出或弹出，抛出的岩体大小不等，大者可达几十吨，小者长仅几厘米。大型岩爆通常伴有剧烈的气浪和巨响．甚至还伴有周围岩体的振动。岩爆对于地下采掘或地下工程建筑常能造成很大的危害．大者能破坏支护、堵塞坑道，造成重大的伤亡事故。小者也能威胁工人的安全。2隧道围岩变形破坏方式塑性围岩的变形与破坏塑性围岩包括各种软弱的

8、层状结构岩体(如页岩、泥岩和粘土岩等)和散体结构岩体