北京交通大学---隧道设计与施工---第9部分软弱围岩的.pptx

主讲: 谭忠盛隧道工程设计与施工北京交大隧道系 第九部分 软弱围岩的隧道施工（1） 软弱围岩的自支护能力比较弱，甚至没有自支护能力。因此，在软弱围岩中施工最重要的是：如何提高围岩的自支护能力，来保证开挖及后续作业的进行。 在软弱围岩中，提高围岩自支护能力的方法很多。根据国内外的施工经验，基本方法是控制围岩的松弛、流失。其原则是：稳定掌子面、及时闭合和加固地层。具体方法如下： 1）稳定掌子面的方法 正面喷混凝土和锚杆；超前支护；留核心土。 2）及时闭合的方法 临时仰拱或底部横撑；加强基脚；向底部地层注浆加固；底部锚杆；改变施工方法。　 3）加固地层 注浆加固；超前支护；地表面加固。 一、掌子面自稳性评价方法 日本根据近9000个掌子面的数据，其中典型的　崩塌事例列于下表。 掌子面崩塌现象: （1）在断层中，根据断层破碎程度可能产生小的崩塌，也可能出现很大规模的崩塌，可能出现一次，也可能出现多次； （2）在互层围岩中，崩塌一般多是小规模的。例如第三纪的砂岩页岩互层，可能由于少量的涌水使固结度低的砂岩层流出，残留的泥岩也会呈块状剥落。崩塌的程度因砂岩的固结度、层理面间隔、层理面的固结度、砂岩层的滞水水量、水压等而异。崩塌的时间多在涌水状况有急剧变化的时期发生。 （3）在强风化的围岩中，会产生比较大的崩塌，有涌水时崩塌的规模会更大； （4）在有层理面的容易崩塌的围岩中，会产生比较大规模的崩塌。根据层理面的强度、涌水的状况，在几小时内就会产生多次崩塌，瞬时发生大规模崩塌的情况也不少。 （5）在砂层中，多发生比较小规模的和中等规模的崩塌。在没有涌水的砂砾层中，掌子面可能是自稳的，但会从拱顶发生小规模的掉落。 评价指标及方法： 表2列出有关评价掌子面稳定性的评价指标及方法。 表3给出砂质围岩的掌子面自稳性的最简易的判断指标。 表2 评价指标和方法不稳定原因对象围岩评价方法评价指标沿龟裂、层理的崩塌龟裂性的岩层层状岩层块体理论不连续面情报（走向、倾斜、连续性、摩擦角、间隔等）ＲＭＲ法不连续面情报RQD、岩石强度因涌水压、凝聚力降低引起的崩塌土砂围岩未固结围岩均质系数细颗粒含有率颗粒组成、含水比、比重、单位体积重量、透水系数、涌水压因围岩强度不足，变形大引起的崩塌膨胀性围岩围岩强度比等颗粒组成、含水比、比重、液限、塑限、阳离子交换容量、单位体积重量、单轴抗压强度初期位移速度初期位移速度土砂围岩单位体积重量、凝聚力、内摩擦角未固结围岩准弹性系数净空位移 表3 掌子面稳定性评价（砂质围岩）　围岩级别围岩状态分类指标相对密度（DR）细颗粒含有率(FC)IN掌子面基本稳定的围岩DR≥８０％FC≥１０％IL掌子面不稳定，只要有很小变化，就可能流出的围岩FC１０％特L掌子面稳定性显著差，开挖会引起重大变化的围岩DR８０％　 根据统计，涌水的影响很大，一般说掌子面涌水量在100L/min附近，可作为稳定和坍塌的判断基准，在500L/min以上几乎都是坍塌。 埋深对掌子面的自稳定性也有很大影响。浅埋与深埋相比，主要是难以形成承载拱。同时，在这种情况下多数会有地形偏压、表层软弱堆积物、风化带等对隧道开挖有很大影响的特殊问题。 　　 地表下沉与埋深有密切关系。埋深大时，在隧道横断面内形成了承载拱，开挖引起的下沉局限在隧道周边，而埋深小时，没有形成承载拱，开挖下沉会直接达到地表面。 在这种情况下，埋深小的隧道，因不能期待形成承载拱，故为防止支护下沉、增强支承力而应采取必要的措施，并研究采用药液压注、垂直锚杆等辅助工法。 如图1所示，浅埋隧道的掌子面松弛将达到地表面，在横断面方向不能形成承载拱，在纵向的掌子面前方也形成不了承载拱。根据实测结果的分析，首先是接近掌子面前方的围岩急剧下沉，并向后方扩展，结果形成了图2所示的盆状的地表下沉。 此下沉槽的坡度是与围岩中发生的剪应变相对应的。超过此限界后，如图所示就会发生地表开裂。 图1 埋深与隧道纵断面内的下沉a)开挖上半断面（埋深小时）； b)开挖下半断面（埋深小时）；c)开挖上半断面（埋深大时）； d)开挖下半断面（埋深小时）。 图2 地表下沉与地表 二、稳定掌子面的方法有代表性的稳定掌子面的工法的分类列于表1。工法拱顶稳定掌子面稳定使用材料工法说明超前支护（超前锚杆、小导管等）◎○锚杆小导管（注浆）钢筋采用锚杆等提高前方围岩约束的方法使用小导管注