隧道围岩块体稳定性分析及支护对策研究

文章编号:1009-6825(2009)30-0111-02浅谈地下工程围岩稳定性与围岩控制收稿日期:2009-06-14作者简介:段学超(1974-),男,工程师,山西省交通建设工程监理总公司,山西太原 030006段学超摘 要:对影响地下工程围岩稳定性的自然因素进行了详细分析,讨论了围岩稳定性与围岩控制的方法与思路,介绍了围岩稳定性的监测方法和手段,论述了锚杆工作载荷与围岩稳定性的相互关系,用锚杆无损监测的方法来全程监测围岩稳定性对研究围岩稳定及工程施工具有很大的指导意义。

关键词:围岩稳定性,锚杆,围岩控制,锚杆无损监测中图分类号:T U 457文献标识码:A地下工程围岩的稳定性对工程的正常运营是至关重要的。

地下工程围岩的稳定性主要与岩石的性质、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[1],并且还与开挖方式及支护的形式和时间等因素有关。

本文将对围岩稳定性监测的手段进行讨论,详细的论述利用锚杆工作载荷与围岩稳定性的关系来全程动态检测围岩稳定性的方法。

1 地下工程围岩稳定性因素1.1 岩石性质及岩体的结构围岩的岩石性质和岩体结构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黏土质岩石、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;脆性围岩主要指各类坚硬体,由于岩石本身的强度远高于结构面的强度,这类围岩的强度取决于岩体结构。

从岩体的结构角度,可将岩体结构划分为整体块状结构、层状结构、碎裂结构、散体结构。

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。

探讨水平岩层隧道围岩稳定性及施工措施1、引言在公路隧道施工作业中，薄板状水平岩层是经常遇到的一种地质构造，在隧道开挖过程中，经常出现拱顶大面积平顶、落石、塌顶等现象，不但直接影响隧道的爆破效果，还会影响裸洞的围岩稳定性，增加初期支护喷射混凝土的使用量，导致施工成本不可控。

虽然光面爆破、预裂爆破等控制爆破技术日益成熟，且已成为山岭隧道开挖爆破的常规方法，但受钻爆人员技术水平参差不齐，以及施工管理水平高低等其他因素影响，在薄板状水平岩层公路隧道开挖施工时易造成拱顶落石、片帮、崩塌等现象，给施工安全带来极大的隐患和困难。

另外在薄板状水平岩层中，岩体通常都较为破碎，节理发育，粘着性差，完整程度不高，围岩稳定性较差。

由此，对薄板状水平岩层隧道围岩进行稳定性分析，预先考虑及采取防止围岩失稳垮塌的措施，对薄板状水平岩层隧道的安全施工以及成本控制等有着较大的积极意义。

2、工程概况瓦店子隧道在重庆万州区境内，隧道左线起讫桩号：ZK10+990～ZK14+246，长3256m；右线起讫桩号：K11+000～K14+280，长3280m，单线合计长度6536m。

瓦店子隧道进口前线路跨越长江，隧址区属丘陵地貌，隧道地表高程在260～575m之间。

洞身段属丘陵地貌区，高程575～347m，相对高差228m。

出口段位于槽谷山脊斜坡，高程265～320m，相对高差55m，斜坡坡度8～56°。

沿线地形起伏较大，属中低山地貌。

隧道位于万州区向斜近轴部，为单斜构造。

岩层产状340°∠4～8°，产状稳定构造简单。

穿越地层主要为侏罗系上统上遂宁组砂岩、泥岩，围岩岩性主要为泥岩、砂岩为主。

地层为水平岩层或近水平岩层，呈层状结构，层间结合力较差，地下水以基岩裂隙水为主，空间分布不均，整体水量较小。

3、薄板状水平岩层稳定性分析瓦店子隧道主要是以薄层～中厚层水平岩层或近水平岩层为主，岩层倾角较缓（4°～8°）。

文章编号:1004 5716(2003)05 59 02中图分类号:U451+ 2 文献标识码:B 分析影响隧道围岩稳定性因素习小华(西安科技学院,陕西西安710054)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RQ D、节理组数Jn、节理面粗糙程度Jy、节理变质系数Ja、裂隙水降低系数Jw、应力降低系数SR F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。

块体理论在隧道围岩稳定性分析中的应用摘要：本文以山西阳泉檀树岩隧道为工程实体,应用块体理论原理,建立了隧道和结构面的实体模型,详细介绍了块体理论的建模过程、块体边界条件的确定、块体的几何模型以及几何参数的确定，进而对块体的稳定性进行了评价,得出了较有益的结果，对檀树岩隧道超前地质预报提供了较好的依据。

关键词：块体理论围岩稳定性分析1、引言在坚硬和半坚硬地层中，岩体被结构面切割成各种类型的空间镶嵌块体。

在自然状态下，这些空间块体处于静力平衡状态。

当进行隧道开挖时，使暴露在临空面上某些块体失去原始的静力平衡状态，因而造成某些块体首先沿着结构面滑移、失稳，进而产生连锁反应，造成整个隧道围岩的破坏。

本文利用块体理论这一原理分析评价隧道围岩的破坏机制，从而进行隧道围岩的稳定性评价。

2、工程概况檀树岩隧道位于阳泉市盂县南娄镇白家沟村～檀树岩村～狮子坪村西。

设计为分离式隧道，单洞宽度约13m，双线隧道间距约为12 m，左线里程桩号为ZK8+982～ZK12+824，长3842m，右线里程桩号为K8+982～K12+787，长3805m；属特长隧道，隧道总体走向为北东-西南向。

本次进行评价的区段为进口左线（桩号：ZK9+168～ZK9+198），根据隧址区域的勘察报告，结合野外工程地质调查，该段不存在大的断裂构造和不良地质体，隧道围岩主要由二叠系上石盒子组(P2s1)和下石盒子组(P1x2)地层构成，岩性主要为黄绿～紫红色泥质砂岩和灰白色粗粒砂岩构成，该段岩层产状为120°～145°∠5°～8°。

地表部分区域为残坡积物覆盖，厚度一般为1～2m，植被较发育，与基岩接触面夹0～1.0m厚的风化夹层，以下中～微风化，通过掌子面的编录，节理以平面共轭X节理组30°～35°∠72°～80°和160～165°∠59°～81°为主，其规模为5～10m，间距为0.3～0.57m。

爆破施工对隧道围岩的稳定性影响分析摘要：隧道钻爆施工技术在城市山区隧道中应用，可以有效加速施工进度，控制施工成本。

但受周边环境影响，爆破施工对隧道围岩的影响日益突出，特别是爆破振动和爆破应力波的影响已成为制约爆破开挖的主要因素。

关键词：爆破；隧道；围岩；稳定性；爆炸1.隧道开挖爆破产生的破坏和扰动1.爆破的内部作用（1）扩大空腔。

即爆炸使炮孔周围产生破坏，破变大。

（2）压碎区。

又称压缩区，即直接与药包接触的岩石，在爆炸发生后，爆炸产生的爆轰压力激发了在岩石中传播的冲击波，冲击波的强度远远大于岩石的动抗压强度。

使岩石破碎或形成压缩空洞。

（3）破裂区。

即冲击波在通过压碎区后，强度变小，以致于低于岩石的动抗压强度，无法直接造成岩石的破碎。

这种低于岩石动抗压强度的波称为压缩波。

压缩波在压碎区外围的岩石中传播，引起切向拉应力，使得外围的岩石产生径向裂缝。

同时压缩波还会使外围岩石压缩，岩石的应力释放，出现环向裂缝。

径向环向的交互作用，使得岩石被割据成块。

（4）振动区。

在破裂区外围的岩石，应力波强度无法使岩石产生破坏。

但是，这些应力波会产生岩石的弹性振动。

1.2爆破的外部作用外部作用与内部作用相对立。

当药包的中心与自由面的垂直距离低于临界值，则爆炸后，爆炸的破坏作用能到达自由面，造成自由面附近的岩石破坏。

主要从以下几点讨论外部作用。

（1）爆炸产生的冲击波或者应力波在到达自由面后，会发生发射，反射波与入射波相反。

反射波则为拉力波，使得岩石被拉断。

导致岩石从自由面向内部破碎。

（2）自由面反射回来的拉伸波，与裂缝端口处的应力场相互叠加，导致裂缝的延伸。

（3）岩石中的准静态应力场被改变。

使得岩石在自由面方向受到剪切破坏更加容易。

1.隧道围岩应力状态在隧道爆破开挖过程中，爆破冲击荷载使岩体中的细小结构缺陷（如微裂缝、微孔隙等）扩展为宏观裂缝，导致岩体本身的力学性能下降，结构劣化。

同时，爆破和开挖等工程力量破坏了岩体的初始地应力场，导致岩体中的应力重新分布。

海底隧道围岩稳定性分析现状及方法摘要：随着经济的快速发展，我国正处于隧道建设的高潮时期，在隧道建设上我国每年都投入大量的人力、物力和财力，这就迫切需要实现隧道建设高效与经济。

隧道施工过程中，洞室周围岩体发生应力重新分布，当这种重新分布应力超过围岩的强度极限时，将会造成围岩的失稳破坏，因此隧道施工过程中洞室围岩稳定性评价与受力状态研究就显得日益重要。

关键词：隧道；围岩；稳定性1隧道围岩稳定性影响因素分析现状1.1地质结构地质结构是多因素的综合影响，其中软弱结构面是影响隧道围岩稳定的一个重要因素，所谓软弱结构面是指相对发育软弱的结构面，即张开度较大，充填物较差，成组性好，规模较大，有利于滑移的优势方位的结构面。

由于结构面产状不同，与洞轴线的组合关系不同，对隧道工程围岩稳定的影响程度亦不相同。

这些结构面是岩体中的薄弱部位，它们的力学强度较低因此，岩体软弱结构面分布状况经常是围岩稳定与否的控制性因素。

1.2地应力水平围岩地应力因素对隧道工程围岩稳定性的影响是众所周知的，特别是高初始应力的存在。

岩石强度与初始应力之比（rc/σmax）大于一定值时，可以认为对洞室围岩稳定不起控制作用，当这个比值小于一定值时，再加上洞室周边应力集中结果，对围岩稳定性或变形破坏的影响表现就显著了。

海底隧道由于其处于海底，围岩前期固结压力较大，岩体在海水压力和自重应力下已经固结，海水压力即使是浅海地区也有几百千帕，对于海底软岩或是含软弱结构面的岩体，岩石强度较低，rc/σmax值较小，隧道拱底两侧会发生严重的应力集中现象，此外弱层内部会出现较大面积的塑性区。

1.3地下水地下水的存在及活动使它在隧道周围产生水利学的、力学的、物理和化学的作用几乎总是不利于洞室的稳定。

这种不利的作用大致体现在三个方面：①由于洞室开挖，地下水有了新的排泄通道，因此在洞周会产生渗压梯度。

而且经常是不对称指向洞内的附加体积力，增加了周围岩石向洞内的挤压力；②润滑作用。

隧道中脆性岩石稳定性分析及处理办法在现代社会中，大量的城市化建设和交通工程需要通过隧道来实现。

由于地质环境的差异，有些隧道建设过程中会遇到一些特殊的问题，如脆性岩石的稳定性。

脆性岩石是指在受到应力后，它会引起裂缝和碎裂的一类岩石，它往往会给隧道的建设带来很大的困难，同时也会威胁隧道的安全。

因此，对于隧道中脆性岩石的稳定性问题迫在眉睫。

本文将从隧道中脆性岩石的特点、形成机理、稳定性分析及处理办法等方面展开探讨。

一、脆性岩石的特点和形成机理脆性岩石是在甚低温度的条件下形成的一种岩石。

它生长非常缓慢，有着非常脆弱的性质，容易出现裂缝和碎裂的现象。

这种岩石通常都分布在大陆边缘和板块交界上，发生地震等地质灾害时，往往是最容易受到破坏的对象。

脆性岩石的形成机制与温度、压力、湿度有关，离子水化反应的速度是这种矿物在大陆边缘形成的重要因素。

在这种过程中，水化离子在形成负离子时会带上水分，类似于“吃水”。

而脆性岩石的化学成分又包含了许多可溶性离子，这些离子在溶解时会释放大量的热量，因此使得脆性岩石在生成的时候受到巨大的压力，这也意味着脆性岩石很容易在受到外力作用时造成裂缝和碎裂。

二、脆性岩石的稳定性分析隧道建设中，造成隧道脆性岩石破坏的主要因素往往是隧道挖掘的施工质量和施工过程中的应力集中。

这种破坏往往发生在隧道的上部和边缘位置，长时间存在的裂缝和微裂缝也会扩大并演变为大的裂隙痕迹，进而导致隧道结构的不稳定和变形等问题。

在进行隧道稳定性分析时，需要考虑以下几个方面：1. 几何特点隧道的几何特性是进行稳定性分析时的基础和前提。

可以通过探岩、人工开挖等方法获取隧道岩石的物理特性参数，再借助工程力学等方法计算出隧道固结围压、岩体之间的剪切力和摩擦力等数据。

据此，可以初步评估隧道的稳定性问题。

2. 材料特性材料特性的分析不仅是隧道稳定性评估的重要依据，也是评估工程实施方案的关键因素。

材料特性的分析涉及到隧道建设中所使用的各种材料，比如钢筋、混凝土等等。

现代化背景下隧道围岩稳定性影响因素浅析摘要由于隧道工程自身优势，隧道工程建设数量日益增多。

隧道空间是依靠围岩而成的，因而围岩稳定性对于隧道施工具有非常重要的影响。

影响围岩稳定性的因素很多，根据隧道工程实际施工经验，总结了影响围岩稳定性的多个因素，针对每个因素对隧道的影响做了具体阐述，为隧道工程施工和隧道设计提供了重要参考依据。

关键词围岩；状态；岩石；施工目前，我国经济建设速度突飞猛进，隧道工程以它自身的优越性越发得到人们的认可，国内外各大城市均大量地进行隧道工程建设。

公路隧道、水底隧道、城市道路隧道、铁路隧道等隧道工程在日益增多。

围岩稳定性对于隧道工程具有十分重要的影响，影响围岩稳定性因素越来越受到广大学者的重视。

影响围岩稳定性的因素归纳起来主要有两类，一类是地质状态，包括岩体的基本特征、结构状态、地下水状态、岩体强度及初始应力状态。

另一类是人为因素，包括施工方法、断面形式，支护结构形式等。

1 地质结构1.1 围岩完整状态围岩完整状态，即围岩破碎程度，包括两个方面，一是岩体岩块大小，二是构成这些岩块所处状态。

围岩破碎程度越差，隧道結构就越不稳定。

结构岩体在不同工程地质条件下，就会形成稳定、次稳定或不稳定的围岩。

目前，为了便于判断围岩的完整状态，大连海事大学道桥所研究所推出了完整性系数（Kv）与岩体体积节理数（Jv），完整性系数定性的确定方式参考表1。

1.2 岩石本身强度隧道所处位置的围岩性质是决定围岩稳定性的重要因素。

如果在较大块岩体中，结构面强度较高，裂隙较少，岩石与岩体强度比较接近，这时，岩石越硬、则其强度就会越高，围岩状态也就会越稳定。

隧道结构经常会出现一些岩溶、蠕变、大变形、湿陷性以及水膨胀等问题，这些失稳现象是与岩性密切相关的[1]。

1.3 初始应力状态岩体的初始应力主要是由岩体的自重和地质构造运动所引起的。

在岩体中进行开挖以后，改变了岩体的初始应力状态，使岩体中的应力重新分布，引起岩体变形，甚至破坏。

隧道开挖施工中的围岩支护设计与施工技术一、引言隧道是一种重要的地下交通和工程建设设施，隧道的施工需要考虑岩体的稳定性和围岩的支护措施。

本文将讨论隧道开挖施工中的围岩支护设计与施工技术。

二、围岩分类与特点隧道中的围岩主要分为软岩、硬岩和岩溶地质。

不同类型的围岩具有不同的物理性质和力学特点。

软岩较脆弱，易塌方；硬岩较坚固，易出现裂隙；岩溶地质则易受水体侵蚀。

三、围岩支护设计原则在隧道开挖施工中，围岩支护设计是确保隧道安全稳定的关键。

围岩支护设计应遵循以下原则：合理布置支护形式；选择适当的支护材料；根据围岩的稳定性设计支护结构。

四、围岩支护材料围岩支护材料通常包括钢支撑、锚杆锚网、锚索和喷射混凝土等。

钢支撑具有强度高、稳定性好的特点，适用于较坚硬的围岩；锚杆锚网和锚索能增强围岩的整体性和抗拉强度，在较软的围岩中应用较多；喷射混凝土则可以填补围岩的空隙，加固支护结构。

五、围岩支护结构围岩支护结构包括切削法支护、封闭式隧道衬砌、洞室围岩锚索支护和喷射混凝土支护。

切削法支护适用于坚硬岩体，可利用机械设备将岩体切削成块体，提高开挖效率；封闭式隧道衬砌常用于软岩和岩溶地质，通过衬砌来稳定洞室，防止岩体塌方；洞室围岩锚索支护适用于有裂隙和节理的岩层，通过锚杆和锚索来支撑洞室的围岩；喷射混凝土支护可填补空隙，提高围岩的整体强度。

六、围岩支护施工技术围岩支护施工技术包括预应力锚杆技术、掌子面灌浆技术、双壁管法等。

预应力锚杆技术可以通过张拉锚杆提高围岩的整体稳定性；掌子面灌浆技术是将浆液注入洞室围岩的裂隙和空隙中，加固围岩的支护结构；双壁管法通过一次性注浆管在开挖过程中形成支撑结构，确保隧道的稳定和安全。

七、围岩监测与预测围岩监测是评估围岩支护效果和掌握围岩变形和破坏的重要手段。

围岩监测主要包括岩体位移监测、地下水位监测、应力监测和裂隙监测等。

通过对监测数据的分析和处理，可以预测围岩变化，及时采取相应的围岩支护措施。

八、结论围岩支护设计与施工技术在隧道开挖施工中起着至关重要的作用。