公路隧道围岩稳定性分析与支护
隧道专业毕业设计文献综述
隧道病害防治综述 摘要：在我国铁路隧道修建已有近100年的历史，许多隧道都已经进入高维修管理阶段，隧道的病害防治已越来越成为人们重视的问题，随着生产力的发展，越来越多的新技术被运用在隧道病害防治上。 关键词：隧道，隧道病害防治，新技术，衬砌 1 、前言 近年来随着我国公路建设的快速发展，由8.5万公里构成的“7918”高速公路网即将形成，有关部门正在规划和完善国家高速公路网络，以满足人们出行和经济发展的需求。由于高速公路线形的技术指标高，当其进入山区或重丘区时，就不可避免地需要采用隧道来穿越山岭。隧道是铁路、道路、水渠、各种管道等遇到岩、土、水体障碍时开凿的穿过山体或水底的内部通道，是“生命线”工程。据来自于各方面的统计资料表明，到2005年年底，我国大陆即已建成铁路隧道7500座，总延长4300公里，将在“十一五”（2006~2010年）发展期间为我国的经济建设与发展起到积极的推动作用。但是，我国地域自然条件差异较大，隧道穿越的山体工程地质条件、气候条件、水文地质和设计、施工、运营的条件复杂多变，早期修建的隧道经常各方面的病害，形成重大的安全隐患。文献《黄土岭隧道病害成因分析及处治设计》（作者：金文良，公路隧道，2011）]1[指出二十一世纪“我国将从土建大国变成修缮大国”，在我国铁路隧道修建已有近100年的历史，许多隧道都已经进入高维修管理阶段，维修管理费用将大幅度增长。本文以铁路隧道、公路隧道和地铁隧道为对象，对隧道中主要出现水害、冻害、衬砌裂损和腐蚀四种病害的防治进行综述。 2 、主题 2.1 隧道的水害及其防治 2.1.1隧道水害的类型及其成因 1、类型 (1)按部位和流量：拱部有渗水、滴水、漏水成线和成股射流四种，边墙有渗水、淌水两种，少数隧道有隧道涌水病害。它受漏水、涌水规模以及隧道结构、牵引类型、
隧道开挖围岩稳定性分析
隧道开挖围岩稳定性分析 发表时间：2020-04-03T01:52:44.878Z 来源：《建筑学研究前沿》2019年24期作者：马智勇[导读] 我国西部地区地质条件复杂，存在岩溶、高地应力等复杂地质体。隧道穿越这些复杂地质构造时，会产生严重的变形破坏。 中铁二十局集团有限公司 摘要：我国西部地区地质条件复杂，存在岩溶、高地应力等复杂地质体。隧道穿越这些复杂地质构造时，会产生严重的变形破坏。如果处理不当，可能造成重大事故，造成人员和财产损失。在开挖过程中，不同的开挖方法对隧道围岩的影响也会不同，导致隧道围岩应力重分布的差异很大。围岩应力应变随开挖断面的变化而变化。目前，对围岩稳定性的判断方法主要有理论分析、工程类比和数值分析，其中数值分析法是最适合分析隧道施工的方法。 关键词：隧道开挖；围岩；稳定性 1地形地貌 隧道高程93.05m～640.1m，相对高差547.05m，地层岩性主要为中侏罗统自流井组（J2Z）和沙溪庙组、下侏罗统和上三叠统香溪组（t3-j1x）。岩性为砂岩、泥岩、砂质泥岩、粉砂岩，含薄层炭质页岩、炭质泥岩。 2软弱岩群稳定性 2.1软岩地层工程地质特征 单轴抗压强度小于30MPa的岩层称为软岩。软岩地层具有强度低、孔隙率低、胶结程度高、受构造面切割和风化影响大等特点。在隧道围岩压力的作用下，工程岩体具有明显的变形。软岩隧道围岩具有强度低、结构软弱、易吸水膨胀等特点，隧道围岩变形较大。 2.2软岩地层围岩变形分析 对于围岩是否会发生较大变形及变形量，支护压力和地应力作用下隧道围岩相对变形及掌子面变形预测公式如下：式中:εt一一隧道径向相对变形，指径向挤压变形量和隧道半径或者跨度之比; εf一一隧道掌子面相对变形，指掌子面挤压变形量和隧道半径或者跨度之比; σcm一一岩体单轴抗压强度; σci一一岩石单轴抗压强度; Pi一一支护压力; Po一一隧道中的原岩应力，取3σ1–σ3，即σmax。 3坚硬岩组围岩稳定性分析 根据切向应力准则，将围岩的切向应力(σo)与岩石的抗压强度(σc)之比作为判断有无岩爆及发生岩爆等级划分原则，结果表明: σo/σc<0.30一一一一一一一一一一一无岩爆 σo/σc介于0.30～50一一一一一一一轻微岩爆 σo/σc介于0.50～0.70一一一一一一中等岩爆 σo/σc>0.70一一一一一一一一一一一强烈岩爆 由于地下洞室的开挖，原地应力状态将受到一定程度的扰动，在洞壁及其一定深度范围形成应力的二次分布和应力集中。应力集中的结果，使得洞壁附近的切向应力有可能超过其临界值，从而产生岩爆。为了计算围岩的切向应力(σ0)，首先需要作一定假设，将隧道的横截面抽象为受两向正应力作用的平面应变模型。两向正应力其中之一为上覆岩石自重作用引起的垂向应力(Sv);其二维水平向正应力(σn)，它是根据实测的原地应力状态(SH、Sh以及SH的方向)利用线弹性理论公式计算得出，其计算公式如下:
隧道围岩级别划分与判定
隧道围岩级别划分与判定 隧道围岩分级就是评定围岩性质、判断隧道围岩稳定性，作为选择隧道位置、支护类型的依据和指导安全施工。 1 国标《锚杆喷射混凝土支护技术规范》围岩分级 1.1围岩分级 围岩级别的划分应根据岩石坚硬性岩体完整性结构面特征地下水和地应力状况等因素综合确定并应符合表1.1规定。 表1.1 围岩分级 注1 围岩按定性分级与定量指标分级有差别时一般应以低者为准。 2 本表声波指标以孔测法测试值为准如果用其他方法测试时可通过对比试验进行换算。 3 层状岩体按单层厚度可划分为 厚层大于0 .5m 中厚层0 .1~0 .5m 薄层小于0 .1m 4 一般条件下确定围岩级别时应以岩石单轴湿饱和抗压强度为准当洞跨小于5m，服务年限小于10 年的工程确定围岩级别时可采用点荷载强度指标代替岩块单轴饱和抗压强度指标可不做岩体声波指标测试 5 测定岩石强度做单轴抗压强度测定后可不做点荷载强度测定。 3公路隧道围岩分级 3.1公路隧道围岩分级 围岩级别可根据调查、勘探、试验等资料、岩石隧道的围岩定性特征、围岩基本质量指标（BQ）或修正的围岩质量指标[BQ]值、土体隧道中的土体类型、
密实状态等定性特征，按表3.1确定。当根据岩体基本质量定性划分与（BQ）值确定的级别不一致时，应重新审查定性特征和定量指标计算参数的可靠性，并对它们重新观察、测试。在工程可行性研究和初勘阶段，可采用定性划分的方法或工程类比方法进行围岩级别划分。 表3.1 公路隧道围岩分级 注：本表不适用于特殊条件的围岩分级，如膨胀性围岩、多年冻土等。 3.2围岩分级的主要因素 公路隧道围岩分级的综合评判方法采用两步分级，并按以下顺序进行：(1)根据岩石的坚硬程度和岩体完整程度两个基本因素的定性特征和定量的岩体基本质量指标（BQ），综合进行初步分级。(2)对围岩进行详细定级时，应在岩体基本质量分级基础上，考虑修正因素的影响修正岩体基本质量指标值。(3)按修正后的岩体基本质量指标[BQ]，结合岩体的定性特征综合评判，确定围岩的详细分级。 3.2.1岩石坚硬程度 1 岩石坚硬程度可按表3.2.1-1定性划分。 表3.2.1-1 岩石坚硬程度的定性划分 2岩石坚硬程度定量指标用岩石单轴饱和抗压强度（Rc）表达。Rc一般采用实测值，若无实测值时，可采用实测的岩石点荷载强度指数Is（50）的换算值，即按式（3.2.1）计算： Rc= Is（50）0.75 (3.2.1） 3 Rc与岩石坚硬程度定性划分的关系，可按表3.2.1-2确定。 表3.2.1-2 Rc与岩石坚硬程度定性划分的关系 3.2.2岩体完整程度 1岩石完整程度可按表3.2.2-1定性划分。
隧道结构设计模型概述
隧道结构设计模型概述 摘要：目前采用的地下结构设计方法可以归纳为以下四种设计模型：○1以参照过去隧道工程实践经验进行工程类比为主的经验设计法；○2以现场量测和实验室试验为主的实用设计方法如收敛——约束法。○3作用与反作用模型，即荷载—结构模型○4连续介质模型，包括解析法和数值法。针对各种模型特点谈谈一下对该四种模型的认识。 1隧道结构体系设计计算模型的建立原则 对于均匀介质中的圆形隧道，当它处于平面轴对称状态时，将围岩与支护结构的相互作用问题抽象为支护需求曲线和支护补给曲线的收敛—约束关系，从而求出围岩与支护结构达到平衡时的支护阻力Pa。有了这个值就可以计算出围岩和支护结构的应力状态。由此可以看出，即使对于如此理想的问题，都需要事先将研究对象的几何形状、初始应力状态、开挖和支护过程、岩体和支护结构的物理力学特性等条件转换为数学力学模型，然后运用数学力学方法求出模型的、作为设计标准的特征值(如应力、位移或极限荷载等)。一个理想的隧道工程的数学力学模型应能反映下列的因素： ①必须能描述有裂隙和破坏带的，以及开挖面形状变化所形成的三维几何形状。 ②对围岩的地质状况和初始应力场不仅要能说明当时的，而且还要包括将来可能出现的状态。 ③应包括对围岩应力重分布有影响的岩石和支护材料非线性特性，而且还要能准确地测定出反映这些特性的参数。 ④如果要知道所设计的支护结构和开挖方法能否获得成功，即想评估其安全度，则必须将围岩、锚杆和混凝土等材料的局部破坏和整体失稳的判断条件纳入模型中。当然，条件必须满足现行设计规范的有关规定。 ⑤要经得起实际的检验，这种检验不能只是偶然巧合，而是需要保证系统的一致性。 这样的理想模型对于科学研究是十分必要的，因为只有准确地模拟围岩性质和施工过程，才能更好地了解围岩与支护结构的实际工作状态，作出符合实际的决策。然而这种理想模型的参数太多又不易精确测定，将各种影响因素都机械地转换到模型中来也是十分困难的。因此，理想模型还不宜直接用于设计实践，必须在可能的情况下，由理想模型推演出一些较简单的计算模型，或称为工程师模型。
(完整版)第八章地下洞室围岩稳定性分析
第八章地下洞室围岩稳定性分析 第一节概述 1．地下洞室（underground cavity）： 指人工开挖或天然存在于岩土体中作为各种用途的构筑物。 2．我国古代的采矿巷道，埋深60m，距今约3000年左右（西周）。 目前，地下洞室的最大埋深已达2500m，跨度已过50m，同时还出现有群洞。 3．分类： 按作用分类：交通隧洞（道）、水工隧洞、矿山巷道、地下厂房仓库、地铁等等； 按内壁有无水压力：有压洞室和无压洞室； 按断面形状为：圆形、矩形或门洞形和马蹄形洞室等； 按洞轴线与水平面间的关系分为：水平洞室、竖井和倾斜洞室三类； 按介质，土洞和岩洞。 4．地下洞室→引发的岩体力学问题过程： 地下开挖→天然应力失衡，应力重分布→洞室围岩变形和破坏→洞室的稳定性问题→初砌支护：围岩压力、围岩抗力（有内压时） （洞室的稳定性问题主要研究围岩重分布应力与围岩强度间的相对关系） 第二节围岩重分布应力计算 1．围岩：指由于人工开挖使岩体的应力状态发生了变化，而这部分被改变了应力状态的岩体。 2．地下洞室围岩应力计算问题可归纳的三个方面： ①开挖前岩体天然应力状态（一次应力、初始应力和地应力）的确定； ②开挖后围岩重分布应力（二次应力）的计算； ③支护衬砌后围岩应力状态的改善。 3．围岩的重分布应力状态（二次应力状态）： 指经开挖后岩体在无支护条件下，岩体经应力调整后的应力状态。
一、无压洞室围岩重分布应力计算 1．弹性围岩重分布应力 坚硬致密的块状岩体，当天然应力()c v h σσσ2 1 ≤ 、，地下洞室开挖后围岩将呈弹性变形状态。这类围岩可近似视为各向同性、连续、均质的线弹性体，其围岩重分布应力可用弹性力学方法计算。重点讨论圆形洞室。 （1）圆形洞室 深埋于弹性岩体中的水平圆形洞室，可以用柯西求解，看作平面应变问题处理。 无限大弹性薄板，沿X 方向的外力为P ，半径为R 0的小圆孔，如图8.1所示。 任取一点M （r ,θ）按平面问题处理，不计体力。则： ……………………① 式中Φ为应力函数，它是x 和y 的函数，也是r 和θ的函数。 边界条件： ()()()()()??? ? ?? ???===>>-=??? ??--=>>+=-++=====003103131R b 0)(2sin 22sin 2)(2cos 222cos 22b r r b r r b r r b r r R b p R b p p θθτσθθσστθθσσσσσ ………………② 设满足方程①的应力函数φ为： () θ2cos ln 222F Dr cr Br r A ++++=Φ- ………………………………③ 由③代入①，并由②可得： 2 R F ,4-D ,4-c ,4B ,2204020p pR p p pR A = ===-= ???? ???????Φ ?-?Φ?=?Φ?= ?Φ ?+?Φ?=θθτσθσθθr r r r r r r r r 22 2 22 221111 图 8.1柯西课题分析示意图
影响隧道围岩稳定性因素
B RIDGE&TUNNEL 桥梁隧道 毫无疑问，隧道围岩的稳定性对隧道的正常运营是至关重要的。从许多隧道发生的交通事故中可以知道，隧道围岩的稳定性不仅与岩石的性质、岩体的结构与构造、地下水、岩体的天然应力状态、地质构造等自然因素有关，而且还与隧道的开挖方式及支护的形式和时间等因素有关。但其中起主导作用的还是岩石性质及岩体的结构、岩体的天然应力状态、地质构造、地下水等自然因素。因此了解这些因素对围岩稳定性的影响和机理，才能够客观实际的采取相应的维护隧道围岩稳定的措施。 岩石性质及岩体的结构 围岩的岩石性质和岩体结构通过围岩的强度来影响围岩的稳定性，是影响围岩稳定性的基本因素。从岩性的角度，可以将围岩分为塑性围岩和脆性围岩，塑性围岩主要包括各类粘土质岩石、粘土岩类、破碎松散岩石以及吸水易膨胀的岩石等，通常具有风化速度快，力学强度低以及遇水软化、崩解、膨胀等不良性质，故对隧道围岩的稳定最为不利；脆1性围岩主要各类坚硬体，由于这类岩石本身的强度远高于结构面岩石的强度，故这类围岩2的强度主要取决于岩体的结构，岩性本身的影响不是很显著。从围岩的完整性(围岩完整性可以用岩石质量指标RQD、节理组数J n、节理面粗糙程度J y、节理变质系数Ja、裂隙水降低系数Jw、应力降低系数SRF 八类因素进行定量分析) 角度，可以将围岩分为五级即:完整、较完整、破碎、较破碎、极破碎。如果隧道围岩的整体性质良好、节理裂隙不发育(如脆性围岩) 即围岩为完整或较完整。那么，隧道开挖后，围岩产生的二次应力一般不会使岩体发生破坏， 即使发生破坏，变形的量值也是较少 的。这种情况下，围岩岩性对围岩的稳 定性的影响是很微弱的，即一般是稳定 的，可以不采取支护，能适应各种断面 形状及尺寸的隧道。如果隧道围岩的整 体性质差、强度低，节理裂隙发育或围 岩破碎(如塑性围岩)即围岩为破碎、较 破碎或极破碎，则围岩的二次应力会产 生较大的塑性变形或破坏区域，同时节 理裂隙间的岩层错动会使滑移变形增 大，势必给围岩的稳定带来重大的影 响，不利于隧道洞室稳定;软硬相间的 岩体，由于其中软岩层强度低，有的因 层间错动成为软弱围岩而对围岩的稳定 性不利。 从岩体的结构角度，可将岩体结 构划分为整体块状结构(整体结构和块 状结构) 、层状结构(薄层状结构和厚层 状结构) 、碎裂结构(构镶嵌结构和层状 碎裂结构) 、散体结构(破碎结构和松散 结构) 。松散结构及破碎结构岩体的稳 定性最差;薄层状结构岩体次之;厚层状 块体最好。对于脆性的厚层状和块状岩 体，其强度主要受软弱结构面的分布特 点和较弱夹层的物质成分所控制，结构 面对围岩的影响，不仅取决于结构面 的本身特征，还与结构面的组合关系 及这种组合与临空面的交切关系密切 相关。一般情况下，当结构面的倾角 ≤30°时，就会出现不利于围岩稳定 的分离体，特别是当分离体的尺寸小 于隧道洞跨径时，就有可能向洞内产 生滑移，造成局部失稳;当倾角> 30° 时，将不会出现不利于围岩稳定性的 分离体。而软弱夹层对围岩稳定性的 影响主要取决于它的性状和分布。一 般认为软弱夹层的矿物成分、粗细颗 粒含量、含水量、易溶盐和有机质等 的含量是决定其性质的主要因素，对 不同类型的软弱夹层，这些因素是不 大相同的。由于软弱夹层的抗强度较 低，故不利于隧道围岩的稳定。 围岩岩体的变形和破坏的形式特 点，不仅与岩体内的初始应力状态和隧 道形状有关，而且还与围岩的岩性及岩 体结构有关，但主要的是和围岩的岩性 及结构有关(见表1) 。 岩体的天然应力状态 岩体的天然应力是岩体的自重应 力、构造应力、变异及残余应力在某一 个具体地区以特定方式作用的结果。已 经有大量的实践资料证明，大多数地区 的岩体的天然应力状态是以水平方向为 主的即水平应力通常大于垂直应力。一 般情况下，隧道轴向与水平主应力垂 直，以改善隧道周边的应力状态。但水 平应力很大时，则隧道方向最好与之平 行以保证边墙的稳定性。然而，岩体的 天然应力对隧道的影响主要取决于垂直 于隧道轴向水平应力的大小与天然应 力的比值(ζ) ，它们是围岩内应力重分 布状态的主要因素。例如，圆形隧道， 当ζ= 1 时，围岩中不会出现拉应力集 中，压应力分布也比较均匀，围岩稳定 性最好;当ζ≤1/ 3 时围岩出现拉应力， 压应力集中也较大，对围岩稳定不利。 最大天然主应力的数量级及隧道轴向的 关系，对隧道围岩的变形特征有明显的 影响，因为最大主应力方向围岩破坏的 概率及严重程度比其它方向大。因此， 估算这种应力的大小并设法消除或利用 非常重要的。 地质构造 褶曲和断裂破坏了岩层的完整性 降低了岩体的力学强度，一般来说，岩 分析影响隧道围岩稳定性因素 文/王冠勇 TRANSPOWORLD 2012No.13(Jul) 234
海底隧道围岩稳定性分析与控制研究
海底隧道围岩稳定性分析与控制研究 随着我国交通事业的大发展,将有大批量的越江跨海通道投入建设,水下隧道已受到越来越多的关注。与山岭隧道相比,跨海隧道通常具有地质勘探困难、单口连续掘进距离较长、衬砌结构受长期的动静水压力作用、防排水难度大、围岩成拱作用较低、不良地质体段易发生涌水事故等特点,因此在海底隧道衬砌结构的设计和分析计算方面,将具有与一般隧道不尽相同的关键技术问题,亟待在设计中着重反映。论文研究以我国目前蓬勃发展的海底隧道为背景,以富水条件下隧道围岩稳定性及其控制技术为研究重点,综合采用理论解析、数值模拟、室内模型试验和现场监测等多种研究手段,主要开展了以下方面的研究工作：(1)基于弹性力学中厚壁圆筒承受均布压力的拉梅解答和Mohr-Coulomb屈服条件,推导了考虑渗流场和围岩超前位移释放的含衬砌海底圆形隧洞的弹塑性解析公式。根据本文推导过程,可推演满足其它屈服条件和流动法则的隧道围岩应力与位移的弹塑性解答。 同时结合一座海底隧道的工程实例,本文采用解析公式对围岩塑性区范围、应力场、位移场和渗流场的分布进行了理论分析,得到了各场的分布规律和演化特点,并讨论了海底隧道顶板厚度、海水深度、内水水头、衬砌围岩物理力学参数及其渗透性关系等因素的影响规律。(2)基于前人研究成果,针对暗挖海底隧道开挖面围岩稳定性问题,总结了极限分析上限法、楔形体模型、二维对数螺旋线模型,以及条分法模型等4种理论分析模型,并考虑了开挖面滑移体上部地层压力等因素,对理论解析公式进行了修正。结合海底隧道工程实例,采用数值模拟方法,与理论解析方法进行了对比分析,并讨论了围岩粘聚力、摩擦角、海水水位、超前注浆等因素的影响。(3)依托厦门翔安海底隧道,对穿越陆域全、强风化花岗岩段的地层变形进行了现场监测,指出了产生地层大变形的力学机制,总结了拱顶沉降、海床沉降、地层水平变形、海床开裂随隧道施工过程的发生、发展规律,并建立了它们之间的关系,提出通过易于监测的隧道拱顶下沉量及收敛值判断海床地层的完整性,实现对海床状态的信息化控制。 (4)采用FLAC3D有限差分软件模拟分析翔安隧道穿越海域F1风化深槽段的围岩稳定性,指出地下水的渗流作用对海底隧道的围岩变形影响较大,由渗流引起的隧道围岩变形在向上传递过程中折减较小,且超前导洞开挖对围岩渗流场的
隧道进洞文献综述
隧道进口段施工 摘要 作为隧道工程施工的难点，良好洞口段施工是工程顺利由明洞到暗洞的关键，直接关系到工程的工期。施工的一般顺序包括：准备进洞，进洞施工，暗洞开挖。首先解决影响隧道进口处稳定的因素，然后因地制宜的采用各种进洞施工方法，最后进行暗洞开挖。隧道进口段施工所涉及的影响因子很多，现阶段进洞施工主要依据规范和经验。 关键词：隧道进口；地形；施工 Abstract Good construction of tunnel entrance is the key for the project as the difficulty factor of the tunnel construction ，directly related to the duration of the project . The general sequence of construction include: construction preparation ,entrance construction , tunnel excavation .Firstly settlement of the factors that affect the stability of the area where the tunnel is enter underground .Then using various entrance construction method to make sure that total and differential settlements is acceptable according the local conditions .At last tunnel excavation is beginning . A lot of impact factors involved in the construction of the tunnel entrance .The main basis of construction is norms and experience at this stage. Key words：Tunnel entrance；Terrain；Construction
隧道围岩及支护结构稳定性分析方法综述
隧道围岩及支护结构稳定性分析方法综述 伍华刚 （贵州省交通规划勘察设计研究院，贵州贵阳，５５０００１） 摘 要：以隧道围岩与支护结构的相互关系为主要研究对象，以特长公路隧道围岩及支护结构稳定性分析方法为依托，对隧道掌子面所揭露围岩岩体、结构特征进行调查、记录，分析掌子面围岩等级，并与设计资料进行对比，对不同级别不同地质条件下的围岩与支护结构稳定性进行比较分析，总结围岩及支护结构稳定性分析的方法。 关键词：特长隧道；围岩；支护结构；稳定性分析中图分类号：U 452.1＋2 文献标识码：A 文章编号：1004-6429（2010）04-0072-03 ●应用技术 收稿日期：2010-05-14 作者简介：伍华刚，男，1959年出生，1983年毕业于云南广播电视大学，工程师，550001，贵州省贵阳市云岩区中山东路69号山西科技SHANXI SCIENCE AND TECHNOLOGY 2010年第25卷第4期 随着深埋特长隧道的不断涌现，所遇到的问题也越来越多，现行的设计与施工规范已不能满足设计与施工要求，虽然国内外有关深埋特长隧道的研究成果不少，但由于深埋特长隧道地形、 地质条件复杂，设计制约因素多，并且常伴有断裂带、破碎带、 岩爆、突泥、涌水等地质灾害，给设计和施工带来了很大的盲目性。加上深埋特长隧道埋深大、隧道长、地质条件复杂，使地质勘察也不可能全面精确地探清每一段的具体情况，很多时候勘察结果与隧道施工中实际遇到的地质条件相差很远，漏掉的一些不良地质体给施工带来许多预想不到的困难。1 公路隧道围岩稳定性分析方法 隧道围岩的稳定性分析主要包括隧道的整体稳定性分析和局部块体的稳定性分析，分析方法大致可归纳为工程地质类比法、岩体结构分析法、岩体稳定性力学分析法和模拟试验法等，其中，模拟试验法包括物理模拟和数值模拟。1.1 工程地质类比法 根据拟建地下洞室的工程地质条件、岩体特性和监测资料，结合具有类似条件的已建工程，开展资料的综合分析和对比，从而判断工程区岩体的稳定性。由大量工程实例总结出来的各级围岩分类标准，如RQD 分类（Deer ，1969）、RMR 分类（Bieniawiski ，1973）、Q 系统分类（Barton ，1974）、Z 系统分类（谷德振，1979），以及我国的《工程岩体分级标准》（GB 50218—94）等，都是工程地质类比法在稳定性评价中的具体应用。这些围岩分类系统可以对不同类型围岩按定量地给出其围岩压力值及支护衬砌的形式和厚度，对于一般性工程隧道实现地下工程（结构）设计标准起到了重要的作用，也是地质工程工作者的基本方法之一。1.2 岩体结构分析法 在岩体结构及其特性研究的基础上，考虑工程力作用方向 以及结构面与开挖临空面之间的空间组合关系，借助于赤平极射投影分析法、实体比例投影分析法和块体坐标投影法进行图解分析，从而判断岩体的稳定性。1.3 力学分析法 从19世纪人类对松散地层（主要是土层）围岩稳定和围岩压力理论进行研究开始到现在，围岩压力理论主要经历了古典压力理论、散体压力理论及现在广泛应用的弹性力学理论、塑性力学理论。 实际工程中，隧道开挖后，由于卸荷作用使围岩应力进行重分布，并出现应力集中，如果围岩应力处处小于岩体弹性极限强度，这时围岩处于弹性状态。反之，围岩将部分进入塑性状态，但局部区域进入塑性状态并不意味着围岩将发生坍落或失稳。因而，研究围岩稳定就不能不考虑塑性问题，芬纳（Fenner ）—塔罗勃（Talo－bre ．J ）和卡斯特奈（Kaster．H ）等给出了围岩的弹塑性应力图形。1.4 数值计算方法 岩体不仅为一般材料，更重要的是本身就是一种复杂的地质结构体，它具有非均质、非连续、非线性以及复杂的加卸载条件和边界条件，这使得岩体力学的问题通常无法用解析法简单地求解，数值方法不仅能模拟岩体的复杂力学和结构特征，也可以方便地分析各种边值问题和施工过程，并对工程进行预测和预报，因此，数值分析方法是解决岩土体工程问题的有效工具之一。常用的数值方法有：有限元法（FEM ）、有限差分法（FLAC ，FDM ）、离散元法（DEM ）反分析法、边界元法（BEM ）、不连续变形分析法（DDA ）、流形方法等，这些方法在地下洞室和边坡稳定等均有较多的应用，取得了较好的效果。1．5 模型试验 模型试验是隧道及地下工程研究中使用较多的一种方法，其理论基础是相似理论。模型试验具有直观、全面的优点，20世 纪80年代，国内许多学者作了大量的实验研究，谷兆琪教授等（1981）进行了层状砂岩地下洞室稳定性的研究，朱维中、冯光北等（1983，1984）研究了单排裂隙岩体模型的抗剪强度研究，杨淑 72··
隧道围岩类别划分与判定
隧道围岩类别划分与判 定 Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998
隧道围岩级别划分与判定隧道围岩分级就是评定围岩性质、判断隧道围岩稳定性，作为选择隧道位置、支护类型的依据和指导安全施工。 国内外现在的围岩分级方法有定性、定量、定性与定量相结合3种方法，且多以前两种方法为主。定性分级的做法是，在现场对影响岩体质量的诸因素进行定性描述、鉴别、判断，或对主要因素作出评判、打分，有的还引入分量化指标进行综合分级。以定性为主的分级方法，如现行的公路、铁路隧道围岩分级等方法经验的成分较大，有一定人为因素和不确定性，在使用中，往往存在不一致，随勘察人员的认识和经验的差别，对同一围岩作出级别不同的判断。采用定性分级的围岩级别，常常出现与实际差别1～影响围岩稳定的因素多种多样，主要是岩石的物理力学性质、构造发育情况、承受的荷载（工程荷载和初始应力）、应力变形状态、几何边界条件、水的赋存状态等。这些因素中，岩体的物理力学性质和构造发育情况是独立于各种工作类型的，反映出了岩体的基本特性，在岩体的各项物理力学性质中，对稳定性关系最大的是岩石坚硬程度，岩体的构造发育状态、岩体的不连续性、节理化程度所反映的岩体完整性是地质体的又一基本属性。国内外多数围岩分级都将岩石坚硬程度和岩体的完整程度作为岩体基本质量分级的两个基本因素。 1 国标《锚杆喷射混凝土支护技术规范》围岩分级 围岩分级 围岩级别的划分应根据岩石坚硬性岩体完整性结构面特征地下水和地应力状况等因素综合确定并应符合表规定。 表围岩分级
注1 围岩按定性分级与定量指标分级有差别时一般应以低者为准。 2 本表声波指标以孔测法测试值为准如果用其他方法测试时可通过对比试验进行换算。 3 层状岩体按单层厚度可划分为 厚层大于0 5m 中厚层0 1~0 5m 薄层小于0 1m 4 一般条件下确定围岩级别时应以岩石单轴湿饱和抗压强度为准当洞跨小于5m，服务年限小于10 年的工程确定围岩级别时可采用点荷载 强度指标代替岩块单轴饱和抗压强度指标可不做岩体声波指标测试 5 测定岩石强度做单轴抗压强度测定后可不做点荷载强度测定。 围岩分级的主要影响因素 用岩体完整性系数K表示，K可按下式计算: Kv=(V pm /V pr )2（）
隧道掌子面稳定性控制理论研究(文献综述)
隧道掌子面稳定性控制理论研究 摘要：随着现代交通的快速发展，地下工程建设项目越来越多，深埋、长大及偏压隧道的需求也日益增大。隧道在施工过程中频繁地遇到各种复杂的地质情况，而其隧道在穿越各种地层时也将遇到各种地质灾害。面对这种情况，隧道掌子面稳定性控制的研究显得十分重要。本文通过查阅国内外学者的研究成果，对掌子面周围土体及围岩、支护技术、信息处理技术和预测检测技术进行粗略地总结，对掌子面稳定性研究现状进行探讨，从中总结出掌子面稳定性研究的进步与不足之处。 关键词：隧道掌子面稳定性支护技术预测与检测信息处理 1前言 中国是一个多山的国家，其60%的全国面积属于山区和高原地区。在修建山区铁路时，隧道工程是必不可少的。随着科技水平的进步，隧道工程的技术水平也跟着提升了。尤其是在隧道现代化设计理念的提出，以及现代化机械设备和施工新技术的不断创新，实现了隧道工程的跨越式进步，其集中体现在城市地铁、长大深埋隧道、过江过海隧道等各类用途的地下工程及隧道工程。20世纪将成为人类向地下方向发展的世纪。而隧道工程的技术也将不断发展创新，同时也面临着各种新技术的挑战。 隧道工程的发展正面临着开挖技术、支护技术和施工组织等方面的技术性问题。但是隧道工程实际上还是一个地质工程，在隧道的建设过程中，会遇到各种各样的地质环境，同时在施工过程中也就产生了各种地质难题。比如，隧道在软弱破碎带时，其围岩具有稳定性差、受力复杂等特点，常常会形成软弱围岩大变形等地质灾害。而且围岩受力普遍复杂，围岩的应力分布及变化情况复杂，在隧道施工中都存在很多困难，常常造成塌方等安全事故。因此针对隧道施工的特点及地层围岩变形特性可知，隧道开挖面的稳定性是十分重要的。而一直以来，国内外的隧道工程因为掌子面失稳而发生的事故也屡见不鲜。国内的如2011年４月２０日，兰新铁路第二双线甘青段小平羌隧道在进行初期支护施工时，发生拱部局部坍塌，掌子面发生坍塌事故，坍塌部位距隧道洞口约３００米，塌陷纵深
分析影响隧道围岩稳定性因素
分析影响隧道围岩稳定性因素 习小华 摘要:主要对影响隧道围岩稳定性的自然因素如岩石性质及岩体的结构、岩体的天然应力状态、地质构造、地下水进行了详细的分析。 关键词:围岩稳定性;天然应力状态;地质构造 毫无疑问,隧道围岩的稳定性对隧道的正常运营是至关重要的。从许多隧道发生的交通事故中可以知道,隧道围岩的稳定性不仅与岩石的性质、岩体的结构与构造、地下水、岩体的天然应力状态、地质构造等自然因素有关,而且还与隧道的开挖方式及支护的形式和时间等因素有关。但其中起主导作用的还是岩石性质及岩体的结构、岩体的天然应力状态、地质构造、地下水等自然因素。因此了解这些因素对围岩稳定性的影响和机理,才能够客观实际的采取相应的维护隧道围岩稳定的措施。 1 岩石性质及岩体的结构 围岩的岩石性质和岩体结构通过围岩的强度来影响围岩的稳定性,是影响围岩稳定性的基本因素。从岩性的角度,可以将围岩分为塑性围岩和脆性围岩,塑性围岩主要包括各类粘土质岩石、粘土岩类、破碎松散岩石以及吸水易膨胀的岩石等,通常具有风化速度快,力学强度低以及遇水软化、崩解、膨胀等不良性质,故对隧道围岩的稳定最为不利;脆性围岩主要各类坚硬体,由于这类岩石本身的强度远高于结构面岩石的强度,故这类围岩的强度主要取决于岩体的结构,岩性本身的影响不是很显著。从围岩的完整性(围岩完整性可以用岩石质量指标RQD、节理组数J n、节理面粗糙程度J y、节理变质系数Ja、裂隙水降低系数Jw、应力降低系数SRF 八类因素进行定量分析) 角度,可以将围岩分为五级即:完整、较完整、破碎、较破碎、极破碎。如果隧道围岩的整体性质良好、节理裂隙不发育(如脆性围岩) 即围岩为完整或较完整,那么,隧道开挖后,围岩产生的二次应力一般不会使岩体发生破坏,即使发生破坏,变形的量值也是较少的。这种情况下,围岩岩性对围岩的稳定性的影响是很微弱的,即一般是稳定的,可以不采取支护,能适应各种断面形状及尺寸的隧道。如果隧道围岩的整体性质差、强度低,节理裂隙发育或围岩破碎(如塑性围岩)即围岩为破碎、较破碎或极破碎,则围岩的二次应力会产生较大的塑性变形或破坏区域,同时节理裂隙间的岩层错动会使滑移变形增大,势必给围岩的稳定带来重大的影响,不利于隧道洞室稳定;软硬相间的岩体,由于其中软岩层强度低,有的因层间错动成为软弱围岩而对围岩的稳定性不利。 从岩体的结构角度,可将岩体结构划分为整体块状结构(整体结构和块状结构) 、层状结构(薄层状结构和厚层状结构) 、碎裂结构(构镶嵌结构和层状碎裂结构) 、散体结构(破碎结构和松散结构) 。松散结构及破碎结构岩体的稳定性最差;薄层状结构岩体次之;厚层状块体最好。对于脆性的厚层状和块状岩体,其强度主要受软弱结构面的分布特点和较弱夹层的物质成分所控制,结构面对围岩的影响,不仅取决于结构面的本身特征,还与结构面的组合关系及这种组合与临空面的交切关系密切相关。一般情况下,当结构面的倾角≤30°时,就会出现不利于围岩稳定的分离体,特别是当分离体的尺寸小于隧道洞跨径时,就有可能向洞内产生滑移,造成局部失稳;当倾角> 30°时,将不会出现不利于围岩稳定性的分离体。而软弱夹层对围岩稳定性的影响主要取决于它的性状和分布。一般认为软弱夹层的矿物成分、粗细颗粒含量、含水量、易溶盐和有机质等的含量是决定其性质的主要因素,对不同类型的软弱夹层,这些因素是不大相同的。由于软弱夹层的抗强度较低,故它不利与隧道围岩的稳定。 围岩岩体的变形和破坏的形式特点,不仅与岩体内的初始应力状态和隧道形状有关,而且还与围岩的岩性及岩体结构有关,但主要的是和围岩的岩性及结构有关(见表1) 。
隧道围岩块体稳定性分析及支护对策研究
隧道围岩块体稳定性分析及支护对策研究 发表时间：2018-05-22T17:08:08.060Z 来源：《基层建设》2018年第6期作者：刘明才 [导读] 摘要：隧道围岩中的节理和断层将岩体切割成块体，人工开挖破坏了块体的自然平衡状态，这些不稳定块体的滑移是造成隧道围岩失稳的重要因素。 （1）重力：其中W、γ、V、g分别为块体重力矢量、岩体容重、块体体积、重力加速度方向单位矢量。 （2）地震力：其中E、k、分别为块体所受地震力矢量、地震系数、地震加速度方向单位矢量。 （3）水压力：其中U、ui、ai、vi分别为块体所受水压力矢量、第i面水压强、第i面面积、结构面i指向块体内部的单位法向矢量。 块体合力为上述三外力的矢量和：A=W+E+U。 中铁十四局集团第二工程有限公司山东省泰安市 271000 摘要：隧道围岩中的节理和断层将岩体切割成块体，人工开挖破坏了块体的自然平衡状态，这些不稳定块体的滑移是造成隧道围岩失稳的重要因素。基于块体理论，利用块体计算程序Unwedge分析了潮惠高速公路莲花山2号隧道的围岩块体稳定性，并计算不稳定块体的最大净滑动力和安全系数，在此基础上制定针对性的支护措施。 关键词：块体理论；隧道；稳定性；支护 1 引言 大量的理论研究和工程实践表明，在非软岩隧道中，围岩的失稳主要可以归结为块体的滑移。自从石根华教授[1]在20世纪70年代提出关键块体理论，国内众多外学者研究并发展了块体理论，并将其应用于工程实践[2]。 本文对块体理论和Unwedge程序的原理作简要介绍，并将其应用于莲花山2号隧道的围岩稳定性分析中，评价了块体的稳定性，并对隧道围岩进行了针对性支护。 2 块体理论及Unwedge程序 2.1 块体理论 自20世纪70年代提出以来，块体理论已广泛应用于隧道、地下空间、边坡等岩土工程中。根据块体的边界情况、几何可动性、受力情况等可将其划分为有限块体和无限块体两类，其中有限块体又可分为稳定块体、可能失稳块体、关键块体三种。 关键块体产生移动后，可能导致其余块体的松动，从而引起整个岩体的破坏。因而，块体理论的主要任务就是寻找关键块体。 2.2Unwedge程序简介 Unwedge程序是加拿大Toronto大学E.Hoek教授在块体理论的基础上开发的三维块体分析软件，Unwedge程序研究的块体由3组结构面和隧道轮廓面（临空面）切割而成。该程序假定结构面为平面且可贯穿整个研究岩体；只考虑岩体的滑移、不考虑块体本身的形变。 Unwedge程序需要输入的参数主要包括隧道断面图、隧道走向和坡度、岩体密度、结构面产状和力学参数、水压力及地震加速度和支护参数等。 2.3Unwedge程序的关键块体计算原理 Unwedge程序研究的块体所受外部主动力包括重力、水压力和地震力。 其中A为合力矢量。 块体理论主要研究块体的三种运动形式：塌落、沿单面滑动和沿双面滑动。 3莲花山隧道围岩块体稳定性分析 3.1工程概况 莲花山2号隧道在ZK200+250～ZK200+300洞段，隧道走向为308°，坡度约为0.013.围岩主要为微风化熔结凝灰岩，容重为26KN/m3，围岩级别为IV级，节理裂隙发育，且含有裂隙水，结构面结合一般～结合较差。 根据《中国地震动峰值加速度区划图》（GB18306-2008）及《广东省潮州至惠州高速公路工程场地地震安全性评价报告》（2011年5月），隧址区对应的地震基本烈度为Ⅵ度，地震动峰值加速度为0.05g。 3.2Unwedge程序分析 在Unwedge程序中输入隧道断面图、隧道走向和坡度、岩体密度、结构面产状和力学参数、水压力及地震加速度等。本文将考虑地震力，输入地震峰值加速度为0.05g，且假设其最不利方向为沿块体滑移方向。由于含水量较小，未考虑水压力。 在输入上述参数后可得到隧道块体分布图（见图1）。 可见在该洞段主要可形成编号为1、3、6、8的块体，其分布位置分别为隧道底部、隧道右侧墙、隧道左侧墙和隧道拱顶。其中可能形
隧道现场围岩类别判断(全)
3-1-1隧道围岩级别划分与判定 隧道围岩分级就是评定围岩性质、判断隧道围岩稳定性，作为选择隧道位置、支护类型的依据和指导安全施工。 国内外现在的围岩分级方法有定性、定量、定性与定量相结合3种方法，且多以前两种方法为主。定性分级的做法是，在现场对影响岩体质量的诸因素进行定性描述、鉴别、判断，或对主要因素作出评判、打分，有的还引入分量化指标进行综合分级。以定性为主的分级方法，如现行的公路、铁路隧道围岩分级等方法经验的成分较大，有一定人为因素和不确定性，在使用中，往往存在不一致，随勘察人员的认识和经验的差别，对同一围岩作出级别不同的判断。采用定性分级的围岩级别，常常出现与实际差别1～2级的情况。定量分级的做法是根据对岩体性质进行测试的数据或对各参数打分，经计算获得岩体质量指标，并以该指标值进行分级。如国外的Q分级，的地质力学（MRM）分级、Dree的RQD值分级等方法。但由于岩体性质和赋存条件十分复杂，分级时仅用少数参数和某个数学公式难以全面准确地概括所有情况，而且参数测试数量有限，数据的代表性和抽样的代表性均存在一定的局限，实施时难度较大。 影响围岩稳定的因素多种多样，主要是岩石的物理力学性质、构造发育情况、承受的荷载（工程荷载和初始应力）、应力变形状态、几何边界条件、水的赋存状态等。这些因素中，岩体的物理力学性质和构造发育情况是独立于各种工作类型的，反映出了岩体的基本特性，在岩体的各项物理力学性质中，对稳定性关系最大的是岩石坚硬程度，岩体的构造发育状态、岩体的不连续性、节理化程度所反映的岩体完整性是地质体的又一基本属性。国内外多数围岩分级都将岩石坚硬程度和岩体的完整程度作为岩体基本质量分级的两个基本因素。 1 国标《锚杆喷射混凝土支护技术规范》围岩分级 围岩分级 围岩级别的划分应根据岩石坚硬性岩体完整性结构面特征地下水和地应力状况等因素综合确定并应符合表规定。
洞室围岩稳定性
第七章地下洞室围岩稳定性的工程地质分析 第一节围岩应力的重分布 一、岩体初始应力状态——地应力 地下洞室开挖前，岩体内的应力状态称为初始应力状态。 地应力的类型：自重应力 构造应力 变异及其他应力 二、围岩应力的重分布特征 （一）围岩应力：洞室周围发生应力重分布的这部 分岩体叫围岩 围岩中重分布的应力状态叫围岩应力 （二）地下洞室围岩应力重分布特征 1、圆形洞侧压力系数λ=1 径向应力向洞壁内方向逐渐增大 切向应力在洞壁处为2倍的自重应力，但向洞壁内逐渐减小，到5-6倍洞半径时径向应力=切向应力=自重应力 即围岩应力重分布影响范围是6倍的洞半径 2、圆形洞λ不等于1 洞壁受剪应力最大 3、其他形状洞室 洞顶、洞底容易出现拉应力，转角处剪应力最大 洞室高、宽对围岩应力影响最大 三、开挖后围岩中出现塑性圈时的重分布应力 围岩一旦松动，如不加支护，则会向深部发展，形成具有一定范围的应力松弛区，称为塑性松动圈。在松动圈形成过程中，原来周边集中的高应力逐渐向深处转移，形成新的应力增高区，该区岩体被挤压紧密，称为承载圈。此圈之外为初始应力区。 第二节围岩的变形破坏的特征 1、坚硬完整结构：岩爆、开裂 2．块断结构：块体滑移、掉块 3、层状结构岩体：层面张裂、岩层弯曲折断 4、碎裂结构、散体结构岩体 以塌方、塑性挤入为主 第三节地下工程位置选择的工程地质评价 一、地形条件 1、在地形上要求山体完整，洞室周围包括洞顶及傍山侧应有足够的山体厚度。 2、隧洞进出口地段的边坡应下陡上缓，无滑坡、崩塌等现象存在。 3、洞口岩石应直接出露或坡积层薄，岩层最好倾向山里以保证洞口坡的安全。 4、隧洞进出口不应选在排水困难的低洼处，也不应选在冲沟、傍河山嘴及谷口等易受水流冲刷的地段 5、水工隧洞避免曲线或弯道，转弯角度大于60°，曲率半径大于5倍洞径。 二、岩性条件 坚硬完整的岩体，围岩一般是稳定的，能适应各种断面形状的地下洞室。而软弱岩体如粘土岩类、破碎及风化岩体，吸水易膨胀的岩体等，通常力学强度低，遇水易软化、崩解及膨胀等，不利于围岩的稳定。一般软硬互层或含软弱夹层的岩体，稳定性差。层状岩体
隧道的围岩特性与初级支护结构分析
隧道的围岩特性与初级支护结构分析 【摘要】隧道的围岩变形问题是隧道工程中一个重要的部分，开挖方式以及支护措施一直都是工程中重要的研究课题，本文对隧道的几种开挖方式、支护时机、和参数的设置上做了简要的分析比较。 【关键词】围岩变形；开挖方法；支护形式；参数优化 0 前言 随着高速公路的迅速发展，隧道做为交通发展重要组成部分也要跨上一个新台阶，相应地隧道设计和施工技术也有了更高的挑战和要求。在隧道初级设计和施工过程中，采用不同的施工方法和不同的支护结构形式对隧道围岩的稳定性有很大影响，目前常用的隧道施工方法有环形法、台阶法和全断面法等，研究不同的开挖方法以及开挖后采用不同的支护结构对围岩稳定性影响有很大的意义。本文以某高速公路隧道为施工背景，大部分隧道为ⅳ级围岩，其围岩特性较差，选岩质较差的ⅳ级围岩为对象，做三种施工方法的对比，并在比较得出的开挖方法中选用不同的支护结构从而得出在这种地质条件下的最优施工方法和初级支护结构，并优化施工支护参数。 1 开挖方法的比较分析 运用有限元软件模拟开挖的台阶法、环形法以及全断面法。本构关系采用ducker-prager屈服准则，梁单元的力学模型与围岩的二
维连续体力学模型结合在一起计算，考虑初级支护锚杆和喷射混凝土的相互作用。 由于各项施工参数设定相同，这样就保证了围岩的应力场和位移场的相同。根据计算结果可以得到应力的极值主要出现在隧道的周边上，所以位移以及应力的取点位置取在隧道周围的拱顶、拱肩、拱腰、拱脚以及拱底部分。经过对特殊点的观测得到隧道的拱顶较不稳定，有较大的沉降，在应力达到一定的范围后会产生掉块，坍塌情况，在拱底由于较大的压应力会向上拱起；在拱肩和拱脚处会产生小范围的应力集中现象，达到围岩的屈服强度后会引起拱脚部位的局部破坏。 经过对比知环形法的开挖应力相对较小，在拱腰和拱底出现应力集中现象，但区域相对较小，在拱脚和拱顶处出现拉应力，相对其他方式，这种拉应力也较小。在拱腰处台阶法开挖会产生塑形区域，而环形法开挖则不会产生。经过综合比较环形方式的开挖对隧道产生的应力小，且不容易产生塑性变形。 2 支护的时机对隧道围岩变形的影响 初级支护的时间是通过开挖后的荷载释放率来确定的，开挖后及时进行初级支护荷载的释放率为零，这时支护承担所有的围岩变形应力；开挖后经过较长的一段时间等到围岩变形稳定后进行支护结构，这时的围岩荷载释放率为1，支护结构承担的荷载较小；在这两种极限情况之间取不同的荷载释放率0.25、0.5、0.75。不考虑