四、圍巖穩定

　　(一)地下工程位置選則的影響因素

　　地下工程位置的選擇，除取決于工程目的要求外，還需要考慮區域穩定、山體穩定及地形、巖性、地質構造、地下水、地應力等五個因素的影響。

　　(1)地形條件

　　在地形上要求山體完整，地下工程周圍包括洞頂及傍山側應有足夠的山體厚度。如選擇隧洞位置時，隧洞進出口地段的邊坡應下陡上緩，無滑坡、崩塌等現象存在。洞口巖石應直接出露或坡積層薄，巖層最好傾向山里以保證洞口坡的安全。

　　(2)巖性條件

　　堅硬完整的巖體，圍巖一般是穩定的，能適應各種斷面形狀的地下工程。而軟弱巖體，如黏土巖類、破碎及風化巖體、吸水易膨脹的巖體等，通常力學強度低，遇水易軟化、崩解及膨脹等，不利于圍巖的穩定。

　　因此，地下工程位置應盡量選在堅硬完整巖石中。一般而言，巖漿巖、厚層堅硬的沉積巖及變質巖，圍巖的穩定性好，適于修建大型的地下工程。凝灰巖、黏土巖、頁巖、膠結不好的砂礫巖、千枚巖及某些片巖，穩定性差，不宜建大型地下工程。

　　(3)地質構造條件

　　1)褶皺的影響。在背斜核部，巖層呈上拱形，有利于洞頂的穩定。向斜核部巖層呈倒拱形，易于塌落。原則上應避開褶皺核部，若必須在褶皺巖層地段修建地下工程，可以將地下工程放在褶皺的兩側。

　　2)斷裂的影響。斷層破碎帶及斷層交匯區穩定性極差，地下工程開挖如遇較大規模的斷層，基本上都會產生塌方甚至冒頂(洞頂大規模突然坍塌破壞)。一般而言，應避免地下工程軸線沿斷層帶布置。而地下工程軸線垂直或近于垂直斷裂帶，所需穿越的不穩定地段較短，但也可能產生塌方。因此，在選址時應盡量避開大斷層。

　　3)巖層產狀的影響。對于地下工程軸線與巖層走向垂直的情況，圍巖的穩定性較好，特別是對邊墻穩定有利。在水平巖層中布置地下工程時，應盡量使地下工程位于均質厚層的堅硬巖層中。當洞身穿過軟硬相間或破碎的傾斜巖層時，順傾向一側的圍巖易于變形或滑動，造成很大的偏壓，逆傾向一側圍巖側壓力小，有利于穩定。

　　(4)地下水

　　在選址時最好選在地下水位以上的干燥巖體內，或地下水量不大、無高壓含水層的巖體內。

　　(5)地應力

　　初始應力狀態是決定圍巖應力重分布的主要因素。

　　(二)圍巖的工程地質分析

　　(1)圍巖穩定性分析

　　變形與破壞的五種形式：

　　1)脆性破裂，經常產生于高地應力地區。存儲有很大彈性應變能的巖體，在開挖卸荷后，能量突然釋放形成的。

　　2)塊體滑移，是塊狀結構圍巖常見的破壞形式，常以結構面交匯切割組合成不同形狀的塊體滑移、塌落等形式出現。

　　3)巖層的彎曲折斷，是層狀圍巖變形失穩的主要形式。在傾斜層狀圍巖中，當層間結合不良時，順傾向一側拱腳以上部分巖層易彎曲折斷，逆傾向一側邊墻或頂拱易滑落掉塊。在陡傾或直立巖層中，因洞周的切向應力與邊墻巖層近于平行，所以邊墻容易凸邦彎曲。

　　4)碎裂結構巖體在張力和振動力作用下容易松動、解脫，在洞頂則產生崩落，在邊墻上則表現為滑塌或碎塊的坍塌。當結構面間夾泥時，往往會產生大規模的塌方，如不及時支護，將愈演愈烈，直至冒頂。

　　5)一般強烈風化、強烈構造破碎或新近堆積的土體，在重力、圍巖應力和地下水作用下常產生冒落及塑性變形。

　　(2)圍巖的分類

　　主要是鑒于圍巖的穩定性對圍巖進行分類，不同建設行業對圍巖的分類尚不盡相同。例如，水利建設行業將圍巖分為五類，交通建設行業將圍巖分為六類。

　　(三)提高圍巖穩定性的措施

　　(1)支撐與襯砌。

　　支撐是在地下工程開挖過程中用以穩定圍巖用的臨時性措施。按照選用材料的不同，有木支撐、鋼支撐及混凝土支撐等。在不太穩定的巖體中開挖，需及時支撐以防止圍巖早期松動。

　　襯砌是加固圍巖的永久性結構，其作用主要是承受圍巖壓力及內水壓力，有混凝土及鋼筋混凝土襯砌，也可以用漿砌條石襯砌。

　　(2)噴錨支護。噴錨支護是在地下工程開挖后，及時地向圍巖表面噴--薄層混凝土(一般厚度為 5～20cm)，有時再增加一些錨桿，從而部分地阻止圍巖向洞內變形，以達到支護的目的。

　　噴錨支護能使混凝土噴層與圍巖緊密結合，并且噴層本身具有一定的柔性和變形特性，因而能及時有效地控制和調整圍巖應力的重分布，最大限度地保護巖體的結構和力學性質，防止圍巖的松動和坍塌。如果噴混凝土再配合錨桿加固圍巖，則會更有效地提高圍巖自身的承載力和穩定性。

　　(四)各類圍巖的具體處理方法

　　(1)對于堅硬的整體圍巖，巖塊強度高，整體性好，在下工程開挖后自身穩定性好，基本上不存在支護向題。這種情況下噴混凝土的作用主要防止圍巖表面風化，消除開挖后表面的凹凸不平及防止個別巖塊掉落，其噴層厚度一般 3～5cm。當地下工程圍巖中出現拉應力區時，應采用錨桿穩定圍巖。

　　(2)對于塊狀圍巖，這類圍巖的坍塌總是從個別石塊——“危石”掉落開始，再逐漸發展擴大，只要及時有效地防止個別“危石”掉落，就能保證圍巖整體的穩定性。一般而言，對于此類圍巖，噴混凝土支護即可，但對于邊墻部分巖塊可能沿某一結構面出現滑動時，應該用錨桿加固。

　　(3)對于層狀圍巖，在開挖地下工程時，往往不易打成拱形(或圓形)，爆破后頂面經常成平板狀，如不加支護，圍巖常常先發生彎曲張開，然后逐漸坍塌。因此對于此類圍巖，應以錨桿為主要的支護手段。

　　(4)對于軟弱圍巖，相當于圍巖分類中的 IV 類和 V 類圍巖，一般強度低、成巖不牢固的軟巖，破碎及強烈風化的巖石。該類圍巖在地下工程開挖后一般都不能自穩，所以必須立即噴射混凝土，有時還要加鋼筋網，然后打描桿才能穩定圍巖。

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