第十章地下建筑工程地質(zhì)勘察

1、,第二篇 各類建筑工程地質(zhì)勘察第十章 地下建筑工程地質(zhì)勘察,第一節(jié) 概述,地下建筑是指人工開挖或天然存在于巖土體中作為各種用途的構(gòu)筑物。 為各種目的修建在地層之內(nèi)的中空通道或中空洞室統(tǒng)稱為地下洞室，包括礦山坑道、鐵路隧道、水工隧洞、地下發(fā)電站廠房、地下鐵道及地下停車場、地下儲油庫、地下彈道導(dǎo)彈發(fā)射井以及地下飛機(jī)庫等。 雖然它們規(guī)模不等，但都有一個(gè)共同的特點(diǎn)，就是都要在巖體內(nèi)開挖出具有一定橫斷面積和尺寸、并有較大廷

2、伸長度的洞子。,第一節(jié) 概述,一 、地下洞室的分類 1. 按用途：礦山巷道（井）、交通隧道、水工隧道、地下廠房（倉庫）、地下軍事工程 2. 按洞壁受壓情況：有壓洞室、無壓洞室 3. 按斷面形狀：圓形、矩形、城門洞形、橢圓形 4. 按與水平面關(guān)系：水平洞室、斜洞、垂直洞室（井） 5. 按介質(zhì)類型：巖石洞室、土洞 6. 按應(yīng)力情況：單式洞室、群洞,第一節(jié) 概述,二

3、、地下建筑的特點(diǎn) 1. 全部埋置于巖土體內(nèi)，其安全、經(jīng)濟(jì)和正常使用與其所處的地質(zhì)環(huán)境特征密切相關(guān)； 2. 由于開挖破壞了巖體的初始平衡條件引起巖體內(nèi)應(yīng)力的重新分布，圍巖常常會產(chǎn)生各種形式的變形和破壞； 3. 在某些地質(zhì)體中開挖洞室還會遇到突發(fā)性涌水、有害氣體和高地溫，使工程工期延長，造價(jià)高。 因此在選擇地下建筑的位址時(shí)應(yīng)充分注意不良地質(zhì)因素的影響。,第一節(jié) 概述,三、地下建筑主要工

4、程地質(zhì)問題 1. 位址和方向選擇的工程地質(zhì)論證； 2. 圍巖壓力（圍壓）的工程地質(zhì)評價(jià)； 3. 支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工程地質(zhì)論證； 4. 施工方法和施工條件的工程地質(zhì)論證。 這些問題都是分階段逐步解決的，先解決位址和方向的選擇問題，在解決結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工方法等問題。 地下建筑工程地質(zhì)勘察的任務(wù)就是為不同設(shè)計(jì)階段所要解決的主要問題提供必要的工程地質(zhì)依據(jù)。,第二節(jié) 地下建筑

5、圍巖壓力的主要地質(zhì)評價(jià),一、基本概念 巖體在地下建筑未開挖前一般處于應(yīng)力相對平衡狀態(tài)。由于地下建筑的開挖在巖體內(nèi)形成了自由表面，巖體中原有的應(yīng)力平衡條件受到了干擾、破壞而產(chǎn)生應(yīng)力重分布，在地下建筑周邊一定范圍內(nèi)（一般相當(dāng)于洞直徑的3倍左右）的巖體（即圍巖），則會因應(yīng)力的釋放而產(chǎn)生松弛并向開挖空間變形、位移以達(dá)到新的平衡。 圍巖壓力是指引起地下開挖空間周圍的巖體和支護(hù)結(jié)構(gòu)變形或破壞的作用力。狹義理解：圍巖壓力是指圍巖

6、作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的力。圍巖壓力是作用于地下建筑支護(hù)結(jié)構(gòu)上的主要外力，其大小和性質(zhì)取決于巖體特性和地應(yīng)力狀態(tài)。,第二節(jié) 地下建筑圍巖壓力的主要地質(zhì)評價(jià),地應(yīng)力（初始應(yīng)力）是指天然環(huán)境下地殼巖土體內(nèi)某一點(diǎn)所固有的應(yīng)力狀態(tài)，即未受人工開挖擾動的應(yīng)力。 地應(yīng)力分為自重應(yīng)力場和構(gòu)造應(yīng)力場。 自重應(yīng)力是指由上覆巖體的自重所引起的應(yīng)力。 構(gòu)造應(yīng)力是指地層中由于過去地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動產(chǎn)生的和現(xiàn)在正在活動與變化的應(yīng)力。 若將地應(yīng)

7、力看作是一次應(yīng)力狀態(tài)，那么，圍巖壓力就是圍巖的二次應(yīng)力狀態(tài)?？梢?，分析圍巖的應(yīng)力重分布狀態(tài)，必須掌握兩個(gè)條件：一是巖體自身的力學(xué)性質(zhì)包括它的變形特性和強(qiáng)度特性；二是巖體的地應(yīng)力狀態(tài)。,第二節(jié) 地下建筑圍巖壓力的主要地質(zhì)評價(jià),由大量的工程實(shí)踐中所觀察到的結(jié)果和應(yīng)用彈、塑性理論分析可知，圍巖的二次應(yīng)力狀態(tài)的主要特征可分為以下兩種： 1. 圍巖的二次應(yīng)力狀態(tài)呈彈性分布 巖體經(jīng)人工開挖之后，洞壁的部分應(yīng)力被釋放，洞室周圍的巖體進(jìn)

8、行應(yīng)力重新調(diào)整。由于巖體自身強(qiáng)度高或作用于巖體的地應(yīng)力比較低，使得洞室周邊的應(yīng)力狀態(tài)都在彈性應(yīng)力的范圍內(nèi)。因此，這樣的圍巖應(yīng)力重分布是彈性分布。從理論上說，這種類型的洞室可保持長期的自我穩(wěn)定，可不必進(jìn)行支護(hù)。,第二節(jié) 地下建筑圍巖壓力的主要地質(zhì)評價(jià),2. 圍巖的二次應(yīng)力狀態(tài)呈彈、塑性分布 由于作用在巖體的地應(yīng)力較大或巖體自身的強(qiáng)度比較低，洞室開挖后，洞周的部分巖體應(yīng)力超過了巖體的屈服應(yīng)力，使巖體進(jìn)入塑性狀態(tài)；隨著與洞壁的距離增大

9、，最小主應(yīng)力也將隨之增大，進(jìn)而提高了巖體的強(qiáng)度，并促使巖體的應(yīng)力轉(zhuǎn)為彈性狀態(tài)。 因此，這種彈、塑性應(yīng)力并存的狀態(tài)被稱為巖體二次應(yīng)力的彈、塑性分布。處在彈、塑性分布中的洞室，必須進(jìn)行支護(hù)，否則洞周的巖體將產(chǎn)生失穩(wěn)，影響洞室的正常使用。,第二節(jié) 地下建筑圍巖壓力的主要地質(zhì)評價(jià),地應(yīng)力是產(chǎn)生圍巖壓力的基礎(chǔ)，是洞體應(yīng)力的來源。洞體應(yīng)力來源于地應(yīng)力，但又與洞體的形狀、規(guī)模和巖體的特性密切相關(guān)。圍壓壓力直接來源于洞體應(yīng)力，但洞體應(yīng)力要轉(zhuǎn)化為

10、圍巖壓力，必須通過圍壓內(nèi)巖體的變形、破壞來實(shí)現(xiàn)。只有在地下建筑開挖和運(yùn)營的過程中，洞體應(yīng)力達(dá)到并超過了巖體強(qiáng)度，造成巖體變形乃至失穩(wěn)破壞，才會形成圍巖壓力。所以圍巖壓力實(shí)質(zhì)是地下建筑圍巖的變形、破壞造成的。 所以工程地質(zhì)勘察工作必須在查明工程地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上判明圍巖的穩(wěn)定程度，正確地確定圍巖壓力的大小，以保證據(jù)此設(shè)計(jì)的支護(hù)結(jié)構(gòu)既經(jīng)濟(jì)又安全。,第二節(jié) 地下建筑圍巖壓力的主要地質(zhì)評價(jià),地質(zhì)條件不同則圍巖壓力的性質(zhì)和大小不同，根據(jù)產(chǎn)生

11、的地質(zhì)條件不同，可將圍巖壓力劃分為六類（見下表）。,第二節(jié) 地下建筑圍巖壓力的主要地質(zhì)評價(jià),二、各類圍巖壓力的工程地質(zhì)評價(jià) 1. 彈性圍壓—巖爆 在堅(jiān)硬完整巖體內(nèi)，地下建筑開挖后的洞體應(yīng)力如果在圍巖的彈性界限之內(nèi)，則僅在開挖后的短時(shí)期內(nèi)引起彈性變形，而不致產(chǎn)生圍巖壓力。但當(dāng)建筑物埋深較大，或由于構(gòu)造作用致使地應(yīng)力很高，開挖后的洞體應(yīng)力超過圍巖的彈性界限，彈性應(yīng)變能的突然釋放使圍巖產(chǎn)生急劇的破壞，發(fā)出清脆的響聲，破壞的巖

12、片或巖塊即向洞內(nèi)彈出，大型的還常伴有氣浪，這種現(xiàn)象就叫巖爆（沖擊地壓）。,第二節(jié) 地下建筑圍巖壓力的主要地質(zhì)評價(jià),2. 松動圍壓 由于開挖而松動或坍塌的巖體以重力形式直接作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的壓力稱為松動圍壓。這是地下建筑中最常見的一種圍壓。目前主要有以下評價(jià)方法。 （1）平衡拱理論確定圍壓 M·M·普羅托季亞科諾夫認(rèn)為，被斷層、節(jié)理等結(jié)構(gòu)面切割，使圍壓類似于松散介質(zhì)，由于開挖的擾動，頂部出現(xiàn)拱

13、形分離體。拱形分離體以外的巖體仍保持平衡狀態(tài)，拱形分離體失穩(wěn)塌落后便形成一個(gè)塌落拱或稱自然平衡拱。這一理論對松散巖土比較適用。而對于巖體不適用，因?yàn)閹r體中有結(jié)構(gòu)面，巖體穩(wěn)定性主要取決于結(jié)構(gòu)面的組合關(guān)系和力學(xué)強(qiáng)度，而不僅決定于巖石本身的強(qiáng)度。,第二節(jié) 地下建筑圍巖壓力的主要地質(zhì)評價(jià),（2）地質(zhì)分析法確定圍壓 地質(zhì)分析法的關(guān)鍵在于，首先用地質(zhì)分析方法判明巖體中軟弱結(jié)構(gòu)面的發(fā)育特征和組合關(guān)系，確定分離體的形狀類型和高度，然后分析抗滑

14、力和滑動力之間的平衡關(guān)系，計(jì)算圍壓。 3. 塑性圍壓和膨脹圍壓 由于洞室開挖，洞室周邊巖體中有原來的三向應(yīng)力狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槎驊?yīng)力狀態(tài)。如果有粘土巖、頁巖、千枚巖、凝灰?guī)r等塑性巖石存在，就會從洞室周邊向壓力減小的空間方向變形、擠出。如果以支撐或襯砌阻止其變形，則支襯就會承受壓力。變形就會延續(xù)較長時(shí)間，壓力隨變形增大而增大，這種圍壓稱為塑性圍壓。,第二節(jié) 地下建筑圍巖壓力的主要地質(zhì)評價(jià),如果圍巖是粘土特別是超固

15、結(jié)粘土、硬石膏等組成的，就不單純是塑性變形，同時(shí)還伴有巖土體積的膨脹，這種塑性圍壓稱為膨脹圍壓。為了減小膨脹圍壓，常在圍巖與圬工外緣之間預(yù)留15cm的空間，讓其膨脹一段時(shí)間后再回填，此外還應(yīng)采取措施避免支襯底座因粘土吸水軟化而下降。 4. 流動圍壓 洞室揭穿處于地下水位以下的飽水細(xì)砂、淤泥及斷層破碎帶時(shí)，由于開挖空間的形成，破壞了原始的按靜水壓力分布的應(yīng)力狀態(tài)，這些巖土就會和水一起流入洞室。如不采取措施

16、，則可將洞室全部填滿堵塞。若加支襯，則自洞頂至地表的全部巖土重量都可能壓在支襯上，這類圍壓稱為流動圍壓。一般按靜水壓力的原則計(jì)算和評價(jià)其大小。,第二節(jié) 地下建筑圍巖壓力的主要地質(zhì)評價(jià),5. 偏壓 這是主要一種產(chǎn)生于淺埋隧道的特殊圍壓，分兩種情況： （1）傍山隧道 因隧道頂部松散堆積物沿底板傾斜面蠕動或因滑坡二形成的圍壓皆為偏壓 。 （2）巖體沿軟弱夾層或充填有易滑物質(zhì)的裂隙乳化也

17、可對位于其下洞室造成偏壓。,第三節(jié) 無壓隧道及洞室支襯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工程地質(zhì)論證,一、常規(guī)支襯結(jié)構(gòu) 1. 支撐 一種加固圍巖的臨時(shí)性措施。在不太穩(wěn)定的巖體內(nèi)開挖地下建筑時(shí)，應(yīng)考慮及時(shí)設(shè)置支撐，以防止圍巖的早期松動。 2. 襯砌 加固圍巖的永久性工程結(jié)構(gòu)。一般是用漿砌條石、混凝土、鋼筋混凝土砌筑的。在無壓隧道和洞室中，襯砌經(jīng)常承受來自圍巖的壓力，故其型式和厚度應(yīng)與圍壓相適應(yīng)。隨著圍壓的增大，洞

18、室將由不襯砌、半襯砌、全襯砌到帶仰拱的整體襯砌，邊墻也將由直墻式變?yōu)榍鷫κ?，厚度由薄變厚?第三節(jié) 無壓隧道及洞室支襯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工程地質(zhì)論證,二、噴錨支護(hù) 地下建筑在開挖后圍巖松動的過程就是其穩(wěn)定性不斷降低的過程，也就是圍壓不斷增大的過程。所以要保護(hù)圍巖的穩(wěn)定性，就應(yīng)該在圍巖松動的初期便采取措施制止其繼續(xù)發(fā)展。 傳統(tǒng)支護(hù)結(jié)構(gòu)總是開挖后先作支撐，使開挖工作面推進(jìn)相當(dāng)遠(yuǎn)后，才能逐步拆除支撐進(jìn)行襯砌。支撐只能在

19、少數(shù)點(diǎn)上與圍巖接觸。襯砌與圍巖之間如不經(jīng)過回填灌漿也不是密接的。實(shí)際上就等于允許圍巖有較長時(shí)間的松動變形，結(jié)果襯砌只能被動地承受圍壓松動形成的極大圍壓，所以其厚度必須足夠大，開挖斷面也大大超過有效斷面，既拖延工期又增加工程造價(jià)。,第三節(jié) 無壓隧道及洞室支襯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工程地質(zhì)論證,噴錨支護(hù)在開挖斷面形成時(shí)，便可及時(shí)而迅速地支護(hù)，隨挖隨噴。根據(jù)需要在噴混凝土?xí)r還可配置鋼筋網(wǎng)或鋼拱架。這樣很快形成和圍巖緊密銜接的連續(xù)支護(hù)結(jié)構(gòu)，同時(shí)還能將圍巖中

20、的空隙填實(shí)，使之同支護(hù)結(jié)構(gòu)一起構(gòu)成支承圍巖荷載的承載結(jié)構(gòu)，主動地制止圍巖變形的發(fā)展，使圍巖能自承。 當(dāng)洞室斷面跨度加大到一定程度時(shí)，薄的噴混凝土層就不足以作為一種防護(hù)和加固圍巖的措施，而必須加設(shè)錨桿。斷面越大、巖體越軟弱，就越需要定型布置錨桿系統(tǒng)，甚至加鋼拱架或鋼筋網(wǎng)，以提供一個(gè)加固拱。錨桿和噴混凝土相結(jié)合就構(gòu)成了噴錨聯(lián)合支護(hù)。,第三節(jié) 無壓隧道及洞室支襯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工程地質(zhì)論證,噴錨支護(hù)最初是在奧地利發(fā)展起來的，所以又稱為新奧法

21、。是奧地利學(xué)者拉布西維茲教授于二十世紀(jì)50年代提出的。它是以既有隧道工程經(jīng)驗(yàn)和巖體理學(xué)等理論為基礎(chǔ)，將錨桿和噴射混凝土組合在一起作為主要支護(hù)手段的一種施工方法。 通過對圍巖變形的測量、監(jiān)控、采用錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)控制圍巖的變形和應(yīng)力釋放，盡量利用其自承能力的指導(dǎo)隧道設(shè)計(jì)和施工方法 目前新奧法幾乎稱為在軟弱破碎圍巖段修建隧道的一種基本方法，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益是明顯的。具有投資少、施工快、質(zhì)量可靠的優(yōu)點(diǎn)。,第三節(jié) 無壓隧道及洞室支襯結(jié)構(gòu)

22、設(shè)計(jì)的工程地質(zhì)論證,新奧法的基本要點(diǎn)可歸納如下： 1.巖體是隧道結(jié)構(gòu)體系中的主要承載單元，在施工中必須充分保護(hù)巖體，盡量減少對它的擾動，避免過度破壞巖體的強(qiáng)度。 2.為了充分發(fā)揮巖體的承載能力，應(yīng)允許并控制巖體的變形。 3.為了改善支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力性能，施工中應(yīng)盡快閉合，而成為封閉的筒形結(jié)構(gòu)。另外，隧道斷面形狀應(yīng)盡可能圓順，以避免拐角處的應(yīng)力集中。 4.通過施工中對圍巖和支護(hù)的動態(tài)觀察、量測，合理安排施工程

23、序、進(jìn)行設(shè)計(jì)變更及日常的施工管理。 5.為了敷設(shè)防水層，或?yàn)榱顺惺苡捎阱^桿銹蝕，圍巖性質(zhì)惡化、流變、膨脹所引起的后續(xù)荷載，可采用復(fù)合式襯砌。 6.二次襯砌原則上是在圍巖和初期支護(hù)變形基本穩(wěn)定的條件下修筑的，圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)形成一個(gè)整體，因而提高了支護(hù)體系的安全度。 新奧法的基本要點(diǎn)是：少擾動、早噴錨、勤量測、快封閉。,第四節(jié) 有壓隧道及洞室支襯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工程地質(zhì)論證,有壓隧道的工作條件比無壓隧道復(fù)雜，經(jīng)常起作用的是

24、強(qiáng)大的內(nèi)水壓力，當(dāng)防空時(shí)又要承受外水壓力。 這首先就要求在內(nèi)水壓力作用下圍巖不致張裂或抬動，而在設(shè)計(jì)襯砌時(shí)不僅要考慮圍巖的抗力能給襯砌提供多大的幫助，還要考慮當(dāng)隧道防空時(shí)襯砌也不會因外水壓力的作用而變形乃至破裂。 一、圍巖在內(nèi)水壓力作用下的穩(wěn)定性 1.按照彈性理論 根據(jù)厚壁圓筒的徑向應(yīng)力和切向應(yīng)力的拉梅公式計(jì)算，在3倍開挖洞徑以外由內(nèi)水壓力所產(chǎn)生的切向應(yīng)力很微小，可以忽略不計(jì)。因此，要求洞頂巖體的厚度不得

25、小于3倍洞徑。,第四節(jié) 有壓隧道及洞室支襯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工程地質(zhì)論證,2.按照抗抬理論 假定洞頂寬度為B的上覆巖體不受附近巖體的約束，其自重（ )應(yīng)足以抵抗內(nèi)水壓力的上抬， 巖體厚度大于0.4倍水頭差。,第四節(jié) 有壓隧道及洞室支襯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工程地質(zhì)論證,3.按照抗裂理論 要求圍巖在內(nèi)水壓力作用下不致產(chǎn)生拉裂。根據(jù)克西解答，當(dāng)圍巖的容重為2.5，側(cè)壓力系數(shù)為1時(shí)，則上覆巖體的厚度不得小于0.2倍內(nèi)水壓力水頭

26、。 如允許裂隙發(fā)生在自洞頂算起的1/3巖體厚度范圍以內(nèi)，則要求上覆巖體的厚度為,第四節(jié) 有壓隧道及洞室支襯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工程地質(zhì)論證,二、圍巖抗力與襯砌的穩(wěn)定性 1.圍巖抗力 有壓隧道由于常存在很高的內(nèi)水壓力，迫使襯砌向圍巖方向變形，圍壓被迫后退，將產(chǎn)生一個(gè)反力來阻止襯砌的變形。這種圍壓對襯砌的反力稱為圍壓抗力。 圍壓抗力愈大，愈有利于襯砌穩(wěn)定。圍巖抗力承擔(dān)了一部分內(nèi)水壓力，對襯砌起保護(hù)作用。 影響有

27、壓隧道圍巖整體穩(wěn)定性的因素：圍巖抗力、內(nèi)水壓力。,第四節(jié) 有壓隧道及洞室支襯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工程地質(zhì)論證,2.圍巖抗力系數(shù)的確定 圍壓抗力系數(shù)：使隧道圍巖產(chǎn)生一個(gè)單位徑向變形所需要的內(nèi)水壓力。,第四節(jié) 有壓隧道及洞室支襯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工程地質(zhì)論證,3.單位抗力系數(shù) 洞徑等于100cm時(shí)的巖石抗力系數(shù)。 巖石抗力系數(shù)是表征有壓隧道圍巖特性的基本指標(biāo)。其值愈大則圍巖替襯砌分擔(dān)內(nèi)水壓力的能力就愈大，襯砌就可以薄一些。,第四節(jié)

28、 有壓隧道及洞室支襯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工程地質(zhì)論證,三、外水壓力與襯砌的穩(wěn)定性 有壓隧道襯砌的穩(wěn)定性除決定于內(nèi)水壓力大小和圍巖變形特征外，在一定條件下還應(yīng)考慮外水壓力的作用。在某些情況下，如果對其確定不當(dāng)，對工程的經(jīng)濟(jì)和安全都有較大的影響。,第四節(jié) 有壓隧道及洞室支襯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工程地質(zhì)論證,確定外水壓力的方法：在查明水文地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上測定與隧道有關(guān)的地下水位，計(jì)算出作用于襯砌上的最大水柱高度，然后根據(jù)地下水在運(yùn)動過程中的水頭損失和作用

29、在襯砌上的最大水柱高度，然后根據(jù)地下水在運(yùn)動過程中的水頭損失和作用在襯砌上的平均面積進(jìn)行折減。,第五節(jié) 地下建筑施工方法和施工條件的地質(zhì)論證,一、地下建筑施工方法的工程地質(zhì)論證 目前已有的掘進(jìn)方法有隧道掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)法、傳統(tǒng)的坑道掘進(jìn)法和特殊掘進(jìn)法。 1.隧道掘進(jìn)機(jī)的適用條件 具有掘進(jìn)速度快，超挖小，圍巖松動小，勞動條件好，對周圍環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)。但掘進(jìn)機(jī)目前僅能用于沒有塑性圍巖和涌水的中等堅(jiān)硬巖石。 2.各

30、種坑道掘進(jìn)法的適用條件 采用坑道掘進(jìn)法在巖體中掘進(jìn)一般需鑿巖、爆破、出渣，工序較多、進(jìn)度慢，且一般的爆破總是對圍巖有破壞，常規(guī)的襯砌又不能制止圍巖的早期變形。為此近年來多采用預(yù)拉爆破（又稱光面爆破）和噴錨支護(hù)。,第五節(jié) 地下建筑施工方法和施工條件的地質(zhì)論證,3.特殊施工方法 若圍壓穩(wěn)定性低則宜采用一些特殊施工方法，如凍結(jié)法、壓漿固結(jié)法和盾構(gòu)法等。 （1）壓漿固結(jié)法 當(dāng)掘進(jìn)即將進(jìn)入高水頭含水破碎帶或砂礫石層

31、時(shí)，可于掌子面按環(huán)形打超前鉆孔，并向孔內(nèi)壓漿（水泥漿、水玻璃或環(huán)氧樹脂等），使其掌子面前方形成一個(gè)堅(jiān)硬不透水的錐形巖體，然后在這個(gè)巖體中掘進(jìn)。當(dāng)隧道埋藏較淺或用隧道掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)，在前方遇有松散含水層時(shí)，也可從地面打孔壓漿，使掘進(jìn)機(jī)即將通過的地段固結(jié)不透水。,第五節(jié) 地下建筑施工方法和施工條件的地質(zhì)論證,壓漿固結(jié)法是突破斷層破碎帶的重要施工方法。由于壓漿水被從圍壓四周排除，具有降低圍巖含水比和將隧道四周的水壓作用點(diǎn)壓向外側(cè)的兩用效果。,第五

32、節(jié) 地下建筑施工方法和施工條件的地質(zhì)論證,（2）凍結(jié)法 含水層凍結(jié)后就成為堅(jiān)固的不透水巖層，故也可采用凍結(jié)的方法使掘進(jìn)機(jī)能順利地通過流砂層和其他高水頭含水層。其方法：在掌子面上按環(huán)形布置多層鉆孔，插入冷卻管用冷凍機(jī)壓入冷凍液（液態(tài)NH3或CaCl2鹽水),使掌子面前方形成一錐形凍結(jié)體，然后在凍結(jié)巖體中掘進(jìn)。但隧道埋深較淺時(shí)，也可從地面鉆孔、插管、壓入冷凍液，在掌子面前方形成與洞軸向一致的凍結(jié)墻，然后掘進(jìn)。荷蘭阿姆斯特丹地下鐵道和

33、意大利圣露西壓隧道薩勒諾市段，都是采用這種方法施工的。,第五節(jié) 地下建筑施工方法和施工條件的地質(zhì)論證,（3）盾構(gòu)法：在一個(gè)前端帶刃腳的鋼制圓筒-盾構(gòu)保護(hù)之下施工。頭部可以安全地開挖地層，尾部可以裝配預(yù)制管片或砌塊，迅速地拼裝成隧道永久襯砌。 用盾構(gòu)法修建隧道開始于1818年，法國工程師布魯諾爾； 1825年在英國泰晤士河下首次用矩形盾構(gòu)建造隧道； 近代，日本盾構(gòu)法得到了迅速發(fā)展，用途越來越廣，并研制了大量新型盾構(gòu)

34、； 我國于1957年北京下水道工程中首次出現(xiàn)了2.6m小盾構(gòu)；上海市延安東路過江道路隧道使用11.0m直徑的大盾構(gòu)。 但盾構(gòu)比較笨重，造價(jià)高又局限于圓形斷面。僅在江河或城市下的松散地層中修建大型隧道時(shí)才用。,第五節(jié) 地下建筑施工方法和施工條件的地質(zhì)論證,第五節(jié) 地下建筑施工方法和施工條件的地質(zhì)論證,二、地下建筑不良施工條件的工程地質(zhì)預(yù)報(bào) 1.涌水的預(yù)報(bào) 當(dāng)遇到富水的砂礫石層、斷層破碎帶，特別是充

35、水大溶洞時(shí)。就要警惕突發(fā)性涌水的襲擊。這種涌水的水量極大，來勢很猛，常伴有洞頂塌陷，砂石隨水涌入，往往造成淹沒和沖毀洞室，不僅嚴(yán)重影響施工的正常進(jìn)行，甚至還會造成人身事故；在遇水軟化的巖層中能使襯砌地基的承載力降低，大量涌水還會造成地表水源枯竭等。,第五節(jié) 地下建筑施工方法和施工條件的地質(zhì)論證,2.有害氣體突出的預(yù)報(bào) 在含有煤、石油、瀝青、硫化礦床、碳質(zhì)頁巖和碳酸鹽巖地層中掘進(jìn)時(shí)，要警惕甲烷、硫化氫、二氧化碳、一氧化碳以及乙烷、

36、氡等有害氣體的襲擊。 3.高地溫預(yù)報(bào) 對于埋深很大或位于地?zé)岙惓５貐^(qū)的地下建筑，在掘進(jìn)過程中要注意高地溫的影響。例如日本黑部川第三電站尾水隧洞，掘進(jìn)過程中遇到的地溫高達(dá)175℃，不僅不適于人在其中工作，而且還帶來了爆破安全、混凝土澆筑和養(yǎng)護(hù)，在濃霧狀態(tài)下作業(yè)安全等一系列問題。因此，查明和預(yù)報(bào)地?zé)岙惓^(qū)的特點(diǎn)和分布，以便預(yù)先采取防護(hù)措施。,第六節(jié) 地下建筑圍巖工程地質(zhì)分類,目前國內(nèi)外已提出的圍巖分類方案多達(dá)數(shù)十種，歸納起來

37、大致分為兩類： 一類是以某一種能反映圍巖強(qiáng)度和破碎狀態(tài)等綜合情況的定量指標(biāo)作為分類的依據(jù)； 另一類則是綜合考慮幾個(gè)方面的指標(biāo)作為分類的依據(jù)。 一、以單一指標(biāo)為依據(jù)的分類 1. 巖石質(zhì)量指標(biāo)：RQD，既反映了巖石的破碎情況，也在一定程度上反映了巖石的強(qiáng)度，是一個(gè)綜合性指標(biāo)。 2. 勞弗的自承時(shí)間分類：以圍巖在不加支護(hù)的情況下保持穩(wěn)定所延續(xù)的時(shí)間。該時(shí)間將隨不支護(hù)段的長度和圍巖性質(zhì)不同二變化，也是一個(gè)

38、綜合性指標(biāo)。,第六節(jié) 地下建筑圍巖工程地質(zhì)分類,巖體基本質(zhì)量分級,第六節(jié) 地下建筑圍巖工程地質(zhì)分類,二、綜合多個(gè)指標(biāo)為依據(jù)的分類 1. 公路隧道圍巖分類,第六節(jié) 地下建筑圍巖工程地質(zhì)分類,2. 水利水電圍巖工程地質(zhì)分類 分類應(yīng)以控制圍巖穩(wěn)定的巖石強(qiáng)度、巖體完整程度、結(jié)構(gòu)面狀態(tài)、地下水和主要結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀五項(xiàng)因素之和的總評分為基本判據(jù)，圍巖強(qiáng)度應(yīng)力比為判定根據(jù)，并符合下表的規(guī)定。,第六節(jié) 地下建筑圍巖工程地質(zhì)分類,3. 鐵路工

39、程地質(zhì)圍巖分類 鐵路隧道圍巖分類應(yīng)根據(jù)圍巖基本分級，受地下水、高地應(yīng)力及環(huán)境條件等影響的修正，綜合分析后確定。 《巖土工程勘察規(guī)范》(GB50021－2001)：根據(jù)巖塊的飽和單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值R0劃分巖石的堅(jiān)硬程度。,第六節(jié) 地下建筑圍巖工程地質(zhì)分類,4. 巴頓的Q分類 巴頓等人提出的巖體質(zhì)量分類與6個(gè)地質(zhì)參數(shù)有關(guān)：,,第七節(jié) 地下建筑位址和方向選擇的工程地質(zhì)論證,1. 地形上 要求山體完整，洞涵周圍包

40、括洞頂山體側(cè)向應(yīng)有足夠的山體厚度，避免因地形條件不良造成的施工困難，同時(shí)也避免埋深過大造成的高地應(yīng)力，高地溫等影響。 2. 巖性條件 應(yīng)特別注意巖體強(qiáng)度的選擇，巖體強(qiáng)度主要受各種軟弱結(jié)構(gòu)面的控制，因此軟弱薄層狀圍壓最易產(chǎn)生變形破壞，應(yīng)盡量繞避。 巖性比較堅(jiān)硬，力學(xué)性能較好，風(fēng)化輕微，對圍巖有利。而巖體易于軟化、風(fēng)化和侵蝕的巖體不利于圍巖穩(wěn)定。,,第七節(jié) 地下建筑位址和方向選擇的工程地質(zhì)論證,3. 地質(zhì)構(gòu)造條件的選

41、擇 （1）較大的斷層破碎帶、裂隙密集帶等軟弱帶不利于圍巖穩(wěn)定，在施工中還可能遇到突發(fā)性涌水，應(yīng)盡量避開。若不能避開，應(yīng)以最短距離通過。 洞室的軸向與構(gòu)造的交角45～65°為宜，過小影響邊墻的穩(wěn)定性，且將很大范圍乃至整個(gè)洞室都遇到軟弱帶，可能導(dǎo)致嚴(yán)重的坍塌。交角過大影響穿過該段時(shí)掌子面的穩(wěn)定性。 對于隧道應(yīng)最可能地垂直主要軟弱帶穿過。,,第七節(jié) 地下建筑位址和方向選擇的工程地質(zhì)論證,（2）傾斜巖層：若平行

42、走向則易形成偏壓，且往往造成較大的超挖，應(yīng)盡可能地垂直走向布置 （3）背斜：雖然裂隙發(fā)育，但巖層本身形成自然拱，有利于圍巖穩(wěn)定。 （4）向斜：巖體破碎，地下水富集，不利于巖體穩(wěn)定，應(yīng)予避開。 （5）盡量避開活動斷裂 4. 水文地質(zhì)條件選擇 從水文地質(zhì)條件選擇地下建筑的位址時(shí)，應(yīng)盡量避開松散飽水巖層、富水的斷層破碎帶及巖溶化碳酸鹽巖層。,第七節(jié) 地下建筑位址和方向選擇的工程地質(zhì)論證,5. 地應(yīng)力方向

43、的選擇 在一般情況下，洞室軸向應(yīng)與最大水平主應(yīng)力垂直，以改善洞室周邊的應(yīng)力狀態(tài)。但當(dāng)?shù)貞?yīng)力很大時(shí)，則洞室軸向最好與最大主應(yīng)力平行，以保證邊墻的穩(wěn)定。 6.其他條件選擇 對于傍山隧道和其它地下建筑進(jìn)出口位置的選擇，要注意研究斜坡巖體的穩(wěn)定性避免進(jìn)出口布置在有可能滑動的巖體內(nèi)，而應(yīng)盡可能地將它們布置在新鮮、；裸露的堅(jiān)硬基巖中，在地形上還應(yīng)保證洪水期間地表溝谷水流不會倒灌進(jìn)洞，并有利于施工布置。 在選擇地下建筑

44、位置和方向的實(shí)際工作中，應(yīng)在全面、綜合研究各種地形地質(zhì)因素的基礎(chǔ)上，結(jié)合地下建筑不同部位的特點(diǎn)和要求進(jìn)行綜合評價(jià)，從而選擇較好的山體，洞口位置和洞軸線方向。,第八節(jié) 地下建筑工程地質(zhì)勘察要點(diǎn),A.本階段的勘察方法以工程地質(zhì)測繪為主，輔以必要的勘探、試驗(yàn)工作，查明建筑場區(qū)的工程地質(zhì)條件，判明是否有不良地質(zhì)因素。測繪比例尺一般為1/5000～1/25000。 B.本階段勘探以物探為主，用以探測覆蓋層厚度、古河道、巖溶洞穴、斷層破碎帶

45、及地下水分布等。 C.鉆探孔距一般200～500m，一般布置在洞室進(jìn)出口、地形低洼處及存在工程地質(zhì)問題的地段。鉆孔深度一般應(yīng)鉆至設(shè)計(jì)洞底高程以下10～20m。在鉆進(jìn)過程中，應(yīng)收集水文地質(zhì)資料，并根據(jù)需要進(jìn)行地下水動態(tài)觀測和抽、壓水試驗(yàn)。試驗(yàn)以室內(nèi)巖土物理力學(xué)試驗(yàn)為主，必要是可進(jìn)行少量的原位巖體試驗(yàn)。,第八節(jié) 地下建筑工程地質(zhì)勘察要點(diǎn),2. 初步設(shè)計(jì)階段工程地質(zhì)勘察 （1）查明地下建筑沿線地區(qū)的工程地質(zhì)條件。在地形復(fù)雜地段

46、應(yīng)注意過夠地段、傍山淺埋地段和進(jìn)出口邊坡的穩(wěn)定條件；在地質(zhì)條件復(fù)雜地區(qū)，應(yīng)查明松散、軟弱、膨脹、易溶及巖溶化巖層的分布，一級巖體中各種結(jié)構(gòu)面的分布、性質(zhì)及其組合關(guān)系，并分析它們對圍巖穩(wěn)定性的影響； （2）查明地下建筑地段水文地質(zhì)條件，預(yù)測掘進(jìn)時(shí)的涌水及突水的可能性、位置及最大涌水量；在可溶巖分布區(qū)，還應(yīng)查明巖溶發(fā)育規(guī)律，主要洞穴的發(fā)育層位、規(guī)模、充填情況及富水性。,第八節(jié) 地下建筑工程地質(zhì)勘察要點(diǎn),（3）確定巖體的物理力學(xué)參數(shù)，

47、進(jìn)行圍巖分類，研究評價(jià)地下建筑圍巖及進(jìn)出口邊坡的穩(wěn)定性，并提出處理建議。 （4）對大跨度洞室，還應(yīng)查明主要軟弱結(jié)構(gòu)面的分布和組合關(guān)系，結(jié)合地應(yīng)力評價(jià)洞室圍巖的穩(wěn)定性，提出處理建議。 本階段，工程地質(zhì)測繪、勘探及試驗(yàn)等工作同時(shí)進(jìn)行。 A. 工程地質(zhì)測繪主要是補(bǔ)充校核可行性研究結(jié)構(gòu)選定洞室地段的工程地質(zhì)圖件，在進(jìn)出口、傍山淺埋地段、過溝地段等地質(zhì)條件復(fù)雜地段可進(jìn)行專門性工程地質(zhì)測繪，比例尺一般為1/1000～1/2

48、000。,第八節(jié) 地下建筑工程地質(zhì)勘察要點(diǎn),B. 鉆探孔距一般為100～300m，在水文地質(zhì)條件復(fù)雜地段，還應(yīng)布置適當(dāng)?shù)乃牡刭|(zhì)鉆孔，并進(jìn)行水文地質(zhì)觀測和抽、壓水試驗(yàn)。坑探主要布置在進(jìn)出口及過溝等地段，以查明這些地段的工程地質(zhì)條件。 C. 同時(shí)，結(jié)合鉆探和坑探，以圍巖分類為基礎(chǔ)，分組采取巖樣進(jìn)行室內(nèi)巖石物理力學(xué)試驗(yàn)及原位巖體力學(xué)試驗(yàn)，測定巖石和巖體的物理力學(xué)參數(shù)。 D. 若洞室埋深很大時(shí)，還需進(jìn)行地應(yīng)力及地溫測定等。,