隧道工程中的岩层稳定性分析

隧道施工中的岩层掌子面稳定性分析

随着城市建设和交通网络的发展，隧道的建设已经成为一种常见现象。在隧道施工的过程中，岩层掌子面的稳定性是一个重要的问题。本文将对隧道施工中岩层掌子面的稳定性进行分析，以帮助工程师和施工人员更好地排除隧道施工中的安全隐患。

1. 引言

隧道施工中的岩层掌子面稳定性是指在施工过程中，岩层或土壤的断裂、滑动、坍塌等不稳定现象。在进行隧道施工前，必须进行岩土力学测试和分析，以评估岩层掌子面的稳定性，确保施工过程中的安全。

2. 岩土力学测试和分析

在进行隧道施工前，岩土力学测试是必不可少的。通过采集岩层样本并进行实验，可以得到岩层的物理力学性质，如抗压强度、抗剪强度等。此外，还可以进行地质勘察，了解岩层的结构、岩性、断裂裂隙等情况。通过这些数据，可以进行岩土力学分析，评估岩层的稳定性。

3. 岩层掌子面的稳定性分析

岩层掌子面的稳定性是指岩层在施工过程中是否有倾倒、滑动或坍塌等情况。在分析岩层掌子面的稳定性时，需要考虑到以下因素：

3.1 岩层的物理力学性质：岩层的抗压强度和抗剪强度是评估岩层稳定性的重要指标。当岩层的抗剪强度较低时，容易发生滑动和倾倒现象；当岩层的抗压强度较低时，容易发生坍塌现象。

3.2 岩层的结构和岩层面的倾角：岩层的结构和岩层面的倾角也是影响岩层掌子面稳定性的因素。结构复杂、岩层面倾斜较大的岩层更容易发生滑动和倾倒现象。 3.3 岩层周围的地应力：地应力是指施工场地附近的地下压力。当地应力较大时，岩层掌子面的稳定性较差，容易出现滑动和倾倒现象。

4. 隧道施工中的岩层掌子面稳定性分析方法

为了预防隧道施工过程中的岩层掌子面稳定性问题，可以采用以下方法进行分析和控制：

4.1 前期地质勘察和岩土力学测试：在进行隧道施工前，必须进行详细的地质勘察和岩土力学测试，以了解岩层的结构、性质和稳定性。这将为后续的施工过程提供重要的参考依据。

4.2 施工支护结构的设计和改进：根据岩层的稳定性分析结果，设计合适的施工支护结构，如锚杆、喷射混凝土和钢筋网等。如果在施工过程中发现岩层掌子面的不稳定情况，应及时进行支护结构的改进和加固。

２００８年第３期　西部探矿工程　１３５　

・隧道工程・　高地应力区断层带隧道围岩稳定性分析　

李晓东　（中铁十九局集团第二工程有限公司，辽宁辽阳１１１０００）　

摘要：采用三维弹塑性有限元数值模拟，对高地应力区某深埋隧道通过断层带的开挖过程进行了分　析。重点研究了断层带隧道拱顶、拱肩及边墙围岩的位移、应力、屈服接进度等随施工步的变化规律，　为隧道优化设计和施工提供了参考依据。　关键词：隧道；断层带；围岩稳定性；数值模拟　中图分类号：Ｕ４５６．１文献标识码：Ｂ文章编号：１００４—５７１６（２Ｏ０８）０３—０１３５—０３　

我国山区高速公路建设蓬勃发展，所遇到的地质条　件越来越复杂，如高地应力、岩溶、断层破碎带、涌突水　等，对这些不良地质条件预先做出分析和预测，对隧道　优化设计和安全施工具有重要的意义。基于正确、合理　的地质结构模型的数值模拟，是分析、预测不良地质条　件的有效途径之一。　目前对断层破碎带隧道施工力学的研究较少　引。本　文结合高地应力区深埋隧道通过断层带开挖过程的三维　弹塑性有限元数值模拟，分析断层破碎带围岩的稳定性。　１工程概况　根据工程地质勘察报告，隧道断层及其影响带围岩　为Ｖ级，其前、后围岩为Ⅲ级，岩层及断层倾角６０。（图　１）。隧道埋深７６０ｍ，断面形状为曲墙拱形，开挖断面最　大宽度ｌＯｍ，洞高７．６ｍ；竖向地应力１９．０ＭＰａ，平行和　垂直隧道轴线的地应力分别为２９．２ＭＰａ和２６．２ＭＰａ，　侧压力系数Ｋ　一１．３８，Ｋ　一１．５４，属于高地应力区［引。　２数值分析模型的建立　２．１模型及边界条件　数值分析范围ｘｙｚ—ｌｌＯｍＸ　ｌＯＯｍＸ　４０ｍ（Ｘ方向　为横通道中心线方向，Ｙ方向为重力方向，Ｚ方向为主　隧道中心线方向），满足有限元分析要求。模型初始划　分单元８８６６，节点３８２３４￣最后模型单元７９５６，节点　３５０５４个。模型边界Ｘ方向位移面约束，Ｚ方向位移面　约束，Ｙ负方向底部边界位移面约束，正方向上覆地层　厚度７００ｍ的荷载压力（１７．５ＭＰａ）（图２）。　２．２岩体材料模型　岩体材料假设为均质各向同性，不考虑地下水的影　响。岩体材料应力一应变关系为完全弹塑性，选用Ｄ—　Ｐ模型。　Ｄ—Ｐ破坏准则的达式为：　Ｆ—ａＩ１＋￣／Ｊ２一ｋ一０　（１）　式中：Ｉ１——应力张量第一不变量；　Ｊ　——应力偏量的第二不变量。　．　ｓｉｎ　１　４３Ｃｃｏｓ（ｐ　ａ＝—＝■■＝＝　＝＝＝＝　Ｋ＝—■＝＝＝＝＝＝　√３　Ｊ３－ｌ－ｓｉｎ２　Ｊ３－ｌ－ｓｉｎ２　

１０２　低温建筑技术　２０１１年第１期（总第１５１期）　

某隧道围岩稳定分析　

李丽华，袁恒，江立群　

（中煤国际工程集团重庆设计研究院。　重庆４０００４２）　

【摘要】　采用赤平投影定性分析了该段隧道的稳定性，运用普氏理论及规范计算方法计算了遂道围岩的　受力情况并分析其稳定性，综合定性分析和定量分析的结果，得出该段隧道道壁墙体产生滑移破坏，洞顶发生落　块、塌陷现象，最后还提出了相应的施工措施建议。　【关键词】稳定分析；赤平投影；普氏理论　【中图分类号】ＴＵ４７１．６　【文献标识码】　Ｂ　【文章编号】　１００１—６８６４（２０１１）Ｏ１—０１０２—０３　

为了从根本上解决供电区的用电供需矛盾，提高　

供电可靠性，某电力公司将进行２２０ｋＶ变电站线路的　

建设，并通过地下隧道铺设电缆送电，地下遂道铺设　

电缆线既能节约地上空间，又能美化城市环境。但隧　

道工程中一个最常见的、最重要的问题是隧道围岩稳　

定性问题。如何分析隧道的稳定性，为隧道开挖及加　

固提供理论依据，是隧道工程施工的一个首要问题。　

文中以该遂道的Ｋ１＋９７１．３４～Ｋ２＋２４５．０５ｍ工程段　

为例，就隧道稳定性分析方法开展一些研究，并根据　

分析结果，提出施工措施建议。　

１工程地质概况　

地质构造。场地岩层产状平缓，倾角一般５。一　

ｌ５。，其中该段隧道从起点到终点岩层产状分别为　

１１５。／１４。，场地发育有两组裂隙，裂隙Ｊ．产状：３５。一　

６５。／＿．６０。一７５。，间距０．５０—２．００ｍ，裂隙Ｊ　产状ｌｌＯ。　

一１４０。／＿６５。～８０。，间距０．５—１．５０左右。裂隙主要　

分布在浅部基岩中，联通较好，局部深部岩层中有分　

布，联通较差。整个场地分析，裂隙不发育。根据本　

区域地质资料及本次钻探，综合表明：本区未见断层　

构造及构造破碎带。　

该段隧道长２７３．７１ｍ，Ｋ１＋９７１．３４～Ｋ２＋　

０６７．１８ｍ段主要穿过人工素填土、强风化砂岩和中风　

化砂岩，洞顶为中风化砂岩，上覆人工素填土和强、中　

岩溶对水工隧洞围岩稳定性的影响及研究进展

摘要 随着我国水电事业的迅猛发展和西部大开发的进行,在岩溶地区修建水工隧洞越来越多。而由于岩溶这种不良地质现象的存在,严重影响了隧洞的开挖和运营。因此,探讨分析岩溶对水工隧洞的围岩稳定性也十分必要。本文简要阐述了在岩溶地区岩溶水、岩溶洞隙以及岩溶松散堆积物对隧洞围岩稳定性的影响,总结了国内外的研究现状,提出了基于不同岩溶含水系统的等效模型以及在不同岩溶洞隙的情况下对水工隧洞围岩变形的规律和破坏模式进行研究的方向。

关键词 水工隧洞;围岩;岩溶;稳定性

0 引言

地球上约有15%的地形是喀斯特岩溶地貌,而我国是世界上岩溶分布面积最广的国家之一。在我国,岩溶分布纵深横广,除了形成以北方山西为中心,西南以贵州为中心的两片面积瞩目的岩溶高原外,还有更为广阔的地理环境跨度[1]。随着我国水电事业建设事业的迅猛发展,水工隧洞日趋增多,规模也不断加大,水工隧洞是在山体中或地下开凿的过水洞,可用于灌溉、发电、供水、泄水、输水、施工导流和通航。水工隧洞是大型水利枢纽的重要组成部分,现在西部地区正在大力兴建水利枢纽,然后在西部山区常常会遇到石灰岩溶地区大断面隧洞工程建设,由于岩溶这种不良地质现象的存在给隧洞开挖和运营安全造成严重的威胁。例如,大规模的岩溶涌水,突泥不但危及隧道施工的安全,还影响隧道施工的进度,给人们的生产生活造成重大损失。

1 岩溶地区水工隧洞围岩稳定性的主要影响因素分析

岩溶是地表水和地下水对可溶性岩层进行化学腐蚀/崩解作用和机械破坏\搬运\沉积作用所形成的各种地表和地下溶蚀现象的总称。.综合已有的条件,岩溶产生发育需具备3个条件即可溶性岩石和地质构造与地层结构以及地下水和地表水补给、径流、渗透和循环。研究一个地区的岩溶发育程度需要结合该地区的岩溶层组类型,地质构造条件,岩溶地貌部位以及岩溶发育历史等特点来综合考虑,必须因地制宜,很难得出统一的标准,所以得出的结果仅仅是一种相对的概念。