第16章地下洞室工程课件.ppt

第第16章章 地下洞室工程地下洞室工程本章重点：本章重点：地下洞室的围岩分级及稳定性评价；地下洞室勘察要点地下洞室的围岩分级及稳定性评价；地下洞室勘察要点第1节概述地下洞室系指为了某种目的，修建在地面以下及山体内部的各类建筑物地下厂房施工地下洞室的分类类型小型中型大型跨 度（B）(m)小跨度中跨度大跨度B55B1010B1515B202025 按按 毛毛 洞洞 跨跨 度度 分分 类类类型代表性地下洞室主要特点地下交通运输铁路隧道、公路隧道、地下铁道、水下隧道、地下通道（含车站地下通道及人行道）1.多数单洞,也有相距很近的平行的两个单线洞2.一般为中等跨度，铁路亦有大跨度3.除地下通道外，一般都较长4.地下铁道、地下通道多属浅埋，且多位于土层中水工隧洞输水洞、引水洞、泄洪洞1.为单洞和群洞2.一般为中、小跨度3.一般较长4.分为有压和无压两种矿山巷道煤矿巷道，各种金属矿巷道，非金属矿巷道，其它矿山巷道等（以上各巷道均含运输大巷和开采巷道）1.多属群洞2.多为小跨度3.多为深埋4.对地质条件基本上没有选择的余地地下工业用房地下工厂、地下电站（含水力发电厂房）、地下试验室、地下污水处理场、其它工业厂房等1.以主洞为主的洞群2.多为大型和巨型地下工程地下民用及公共建筑地下商店、地下街道、地下影剧院、地下医院、地下运动场、地下住宅、地下旅馆等;地下车库、地下油库、水封油库、地下冷库、地下物资仓库、地下水库、地下废料库等1.地下单洞或群洞2.大中小跨度都有，但以小跨度为主3.多为浅埋4.大部分利用人防工程，且地处城市地下军事工程飞机库、舰艇库、武器库、指挥所、掩蔽体、作战坑道、各类军事装备器材库、人防工程等1.单洞或群洞2.飞机库（跨度远大于高度）和舰艇库属大型地下工程；作战坑道一般为小跨度；人防工程大、中、小跨度均有，但以小跨度为主。

3.除人防工程外选址取决于军事上考虑，工程地质条件选择余地小按按 用用 途途 分分 类类第2节地下洞室围岩分类围岩分类是为解决地下洞室的围岩稳定和支护问题而建立的围岩分类是围绕地下洞室的稳定性和支护的影响因素而作为分类原则，这些因素主要有：岩体的结构特征和完整状态；岩体强度；岩石的风化程度；地下水的影响；区域构造影响和地震影响等洞室围岩质量分级工程岩体分级标准GB5021894表4.1.1基本质量级别岩体基本质量的定性特征岩体基本质量指标（BQ）坚硬岩，岩体完整550坚硬岩，岩体较完整；较坚硬岩，岩体完整550451坚硬岩，岩体较破碎；较坚硬岩或软硬岩互层，岩体较完整；较软岩，岩体完整450351坚硬岩，岩体破碎；较坚硬岩，岩体较破碎破碎；较软岩或软硬岩互层，且以软岩为主，岩体较完整较破碎；软岩，岩体完整较完整350251较软岩，岩体破碎;软岩，岩体较破碎破碎；全部极软岩及全部极破碎岩250岩 体 基 本 质 量 分 级岩体基本质量指标岩体基本质量指标（BQ），应根据分级因素的定量指标岩石单轴饱和抗压强度Rc（MPa）和岩体的完整性系数Kv，按下式计算：BQ=90+3Rc+250Kv注：使用上式时，应遵守下列限制条件：当Rc90Kv+30时，应以Rc=90Kv+30和Kv代入计算BQ值。

当Kv0.04Rc+0.4时，应以Kv=0.04Rc+0.4和Rc代入计算BQ值铁路隧道围岩的基本分级级别岩体特征土体特征纵波速（km/s）围岩开挖后的稳定状态（单线）极硬岩，岩体完整4.5围岩稳定，无坍塌，可能产生岩爆极硬岩，岩体较完整；硬岩，岩体完整3.54.5暴露时间长会有局部小坍塌；侧壁稳定；层间结合差的平层，顶板易坍塌极硬岩，岩体较破碎；硬岩或软硬岩互层，岩体较完整；较软岩，岩体完整2.54.0拱部无支护时可产生小坍塌，侧壁基本稳定，爆破震动过大易坍塌极硬岩，岩体破碎；硬岩，岩体较破碎或破碎；较软岩或软硬岩互层，且以软岩为主，岩体较完整或较破碎；软岩，岩体完整或较完整具压密或成岩作用的粘性土、粉土及砂类土，一般钙质、铁质胶结的碎、卵石土、大块石土，Q1、Q2黄土1.53.0拱部无支护时可产生较大的坍塌，侧壁有时失去稳定软岩，岩体破碎至极破碎；全部极软岩及全部极破碎岩（包括受构造影响严重的破碎带）一般第四系坚硬、硬塑粘性土，稍密及以上、稍湿、潮湿的碎、卵石土、圆砾土、角砾土、粉土及Q3、Q4的黄土1.02.0围岩易坍塌，处理不当会出现大坍塌，侧壁经常小坍塌；浅埋时易出现地表下沉（陷）或塌至地表受构造影响很严重呈碎石角砾及粉末、泥土状的断层带软塑状粘性土、饱和的粉土、砂类土等1.0（饱和状态60Mpa（600kgf/cm2）：受地质构造影响轻微，节理不发育，无软弱面（或夹层）；层状岩层为厚层，层间结合良好呈巨块状整体结构围岩稳定，无坍塌，可能产生岩爆4.5硬质岩石Rb30Mpa（300kgf/cm2）：受地质构造影响较重，节理较发育，有少量软弱面（或夹层）和贯通微张节理，但其产状及组合关系不致产生滑动；层状岩层为中层或厚层，层间结合一般，很少有分离现象；或为硬质岩石偶夹软质岩石呈大块状砌体结构暴露时间长，可能会出现局部小坍塌，侧壁稳定，层间结合差的平缓岩层，顶板易塌落3.54.5软质岩石Rb30Mpa（300kgf/cm2）：受地质构造影响轻微，节理不发育；层状岩层为厚层，层间结合良好呈巨块状整体结构硬质岩石Rb30Mpa（300kgf/cm2）：受地质构造影响严重，节理发育，有层状软弱面（或夹层），但其产状及组合关系尚不致产生滑动；层状岩层为薄层或中层；层间结合差，多有分离现象，或为硬、软质岩石互层呈块（石）碎（石）状镶嵌结构拱部无支护时可产生小坍塌，侧壁基本稳定，爆破震动过大易坍2.54.0软质岩石Rb=5Mpa30Mpa（50kgf/cm2300kgf/cm2）：受地质构造影响较重，节理较发育；层状岩层为薄层、中层或厚层；层间结合一般呈大块状砌体结构公路工程地质勘察规范公路隧道围岩分类类别围岩主要工程地质条件围岩开挖后的稳定状态（坑道跨度5m时）围岩弹性波速度VV(km/s)主要工程地质特征结构特征和完整状态硬质岩石Rb30Mpa（300kgf/cm2）：受地质构造影响很严重，节理很发育；层状软弱面（或夹层）已基本被破坏呈碎石状压碎结构拱部无支护时可产生较大的坍塌，侧壁有时失去稳定1.53.0软质岩石Rb=5Mpa30Mpa（50kgf/cm2300kgf/cm2）：受地质构造影响严重，节理发育呈块（石）碎（石）状镶嵌结构土：1.略具压密或成岩作用的粘性土及砂性土2.一般钙质、铁质胶结的碎、卵石土、大块石土3.黄土（Q1、Q2）1.呈大块状压密结构；2、3.呈巨块状整体结构石质围岩位于挤压强烈的断裂带内，裂隙杂乱，呈石夹土或土夹石状呈角（砾）碎（石）状松散结构围岩易坍塌，处理不当会出现大坍塌，侧壁经常小坍塌，浅埋时易出现地表下沉（陷）或坍至地表1.02.0一般第四系的半干硬硬塑的粘性土及稍湿至潮湿的一般碎、卵石土,圆砾，角砾土及黄土（Q3、Q4）非粘性土呈松散结构粘性土及黄土呈松软结构石质围岩位于挤压极强烈的断裂带内，呈角砾、砂、泥松软体围岩极易坍塌变形、有水时土砂常与水一齐涌出，浅埋时易坍至地表854不支护或局部锚杆或喷薄层混凝土.大跨度时,喷混凝土、系统锚杆加钢筋网基本稳定。

围岩整体稳定，不会产生塑性变形，局部可产生掉块85T654局部稳定性差围岩强度不足局部会产生塑性变形，不支护可能产生塌方或变形破坏，完整的较软岩，可能暂时稳定65T452喷混凝土、系统锚杆加钢筋网跨度为2025m时，并浇筑混凝土衬砌不稳定围岩自稳时间很短，规模较大的各种变形和破坏都可能发生45T252喷混凝土、系统锚杆加钢筋网，并浇筑混凝土衬砌极不稳定，围岩不能自稳，变形破坏严重T25岩体地质力学分类巴顿岩体质量分类地下洞室围岩稳定性评价对于地下工程，一般都面临着区域稳定性、山体稳定性和洞体稳定性问题洞室稳定性受多种因素制约洞室稳定性分为定性评价和定量评价各种洞体的稳定性问题变形破坏机制变形破坏方式变形破坏特征岩体结构条件脆性破裂岩爆表现为地下开挖围岩岩爆，或岩柱劈裂整体状及块状岩体，岩性坚硬开裂块体运动滑落表现为块体沿结构而拉开或滑动，向洞内位移在拱顶一般为块体状崩塌，在洞壁为块体滑动在爆破等动载作用下可产生倒塌或抛掷裂隙块状岩体受贯穿结构面切割的块状岩体，层状岩体中有显著的软弱结构面切割滑动转动变曲折断弯曲挤入表现为岩层向临空面弯曲、折断，并崩塌，在边墙上可表现为倾倒层状岩体，薄层及软硬互层岩体折断塌落松动塌落塌落表现为崩塌或塌滑，岩石碎块等松动，解体面散开（溃散）块状夹泥碎结构、镶嵌结构岩体边墙跨塌石流粘弹塑性破坏塑性挤入表现为围岩的塑性、粘弹性和粘弹塑性变形，洞体收缩或局部挤出、剪切破坏和拉开碎块碎裂结构及层状结构、松软结构剪切破坏底鼓围岩稳定性的定性评价类型亚类破坏机制变形破坏过程分析方法稳定性评价块状结构整体状岩爆、劈裂瞬间能量释放弹性理论，断裂力学良好块体状块体塌滑、开裂与爆破同时发生或因爆破逐次松动、突然塌方块体力学弹脆性、节理单元良好（局部加固）赤平投影作图裂隙块状块体塌滑突然发生与爆破松动有关坐标投影作图较好（局部重点处理）层状结构互层顺层滑动、岩层弯曲稳定变形、失稳变形时间可达数天至数十天弹性、粘弹性、弹塑性理论；层状单元，层体结构力学较好及良好间（夹）层顺层滑动、塌落稳定变形可达数日至一月以上弹性、粘弹性、弹塑性理论；层状单元，层体结构力学较好（局部加固）薄层顺层滑动、岩层弯曲、剥裂稳定变形可达数日至数十日弹性、粘弹性、弹塑性理论；层状单元，层体结构力学一般（局部加固）软层塑性变形及剪切破坏变形阶段达数月甚至更长弹性、粘弹性、弹塑性理论；层状单元，层体结构力学较差围岩稳定性的定性评价类型亚类破坏机制变形破坏过程分析方法稳定性评价碎裂结构镶嵌松动崩塌变形过程很短，一般在数天以内双向无拉伸材料，碎块力学一般碎裂松动崩塌、塑性变形和剪切破坏变形阶段达数月甚至更长弹塑性，不抗拉材料；粘弹塑性碎块力学差或较差层状结构松动塌方、塑性变形和剪切破坏变形阶段达数月甚至更长弹塑性，不抗拉材料；粘弹塑性碎块力学差或较差松散结构松散松动剪切破坏变形阶段达数月甚至更长弹塑性，散体，极限平衡差或很差松软塑性变形、剪切破坏变形阶段可达数月、一年甚至更长弹塑性理论、粘弹塑性分析很差围岩稳定性的定量评价整体稳定性计算局部稳定性计算计算方法：极限平衡方法强度折减方法第4节地下洞室位址的工程地质论证地形上：山体完整、埋深合理岩性：坚硬、完整地质构造：断裂少、规模小水文地质：地下水位以上进出口：覆盖层薄、坡度陡、完整、稳定避开高地温、有害气体等第5节地下洞室勘察要点勘察阶段划分勘范勘察阶段岩土工程勘察规范可行性研究勘察初步勘察详细勘察施工勘察铁路工程地质勘察规范踏勘初测定测补充定测水力水电工程地质勘察规范规划阶段勘察可行性研究阶段勘察初步设计阶段勘察技施阶段勘察公路工程地质勘察规范可行性研究工程地质勘察初步工程地质勘察详细工程地质勘察地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规范可行性研究勘察初步勘察详细勘察施工勘察港口工程地质勘察规范可行性研究阶段勘察初步设计阶段勘察施工图设计阶段勘察各勘察阶段的目的和要求勘察阶段范围目的方法和要求可行性研究勘察（踏勘、规划阶段勘察）包括若干个拟初步比选的洞址地区根据工程的用途、性质、规模和国家的规划布暑，为方案立项比选提供资料通过搜集区域地质资料、现场踏勘和调查，了解拟选方案的地形、地貌、地层岩性、地质构造、工程地质及水文地质条件。

必要时进行少量勘探，做出可行性评价，选择合适的洞址和洞口；铁路越岭隧道，可充分利用卫片、航片进行室内解译，选择洞址和洞口的合理位置，地质复杂地段，宜在初测前开展子阶段地质工作初步勘察（初测、初步设计阶段勘察）包括几个有定点价值的洞址及其周围地段为选出一个最佳洞址，并为初步设计、概算等提供资料一般以工程地质测绘为主，特长交通隧道或多线隧道宜采用遥感图像，地质解译、地质测绘、综合物探的方法，必要时辅以少量的钻探和试验初步查明选定方案的地质条件和环境。