2019年造價工程師考試土建計量知識點:地下工程圍巖的穩(wěn)定性
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地下工程圍巖的穩(wěn)定性
1.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(qū)域穩(wěn)定、山體穩(wěn)定及地形、巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地下水、地應(yīng)力等因素的影響。
?。?)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(cè)應(yīng)有足夠的山體厚度。如選擇隧洞位置時,隧洞進(jìn)出口地段的邊坡應(yīng)下陡上緩,無滑坡、崩塌等現(xiàn)象存在。洞口巖石應(yīng)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。
?。?)巖性條件
堅硬完整的巖體,圍巖一般是穩(wěn)定的,能適應(yīng)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(fēng)化巖體、吸水易膨脹的巖體等,通常力學(xué)強度低,遇水易軟化、崩解及膨脹等,不利于圍巖的穩(wěn)定。
因此,地下工程位置應(yīng)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(zhì)巖,圍巖的穩(wěn)定性好,適于修建大型的地下工程。凝灰?guī)r、黏土巖、頁巖、膠結(jié)不好的砂礫巖、千枚巖及某些片巖,穩(wěn)定性差,不宜建大型地下工程。
(3)地質(zhì)構(gòu)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?shù)姆€(wěn)定。向斜核部巖層呈倒拱形,易于塌落。原則上應(yīng)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(cè)。
2)斷裂的影響。斷層破碎帶及斷層交匯區(qū)穩(wěn)定性極差,地下工程開挖如遇較大規(guī)模的斷層,基本上都會產(chǎn)生塌方甚至冒頂(洞頂大規(guī)模突然坍塌破壞)。一般而言,應(yīng)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(wěn)定地段較短,但也可能產(chǎn)生塌方。因此,在選址時應(yīng)盡量避開大斷層。
3)巖層產(chǎn)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(wěn)定性較好,特別是對邊墻穩(wěn)定有利。在水平巖層中布置地下工程時,應(yīng)盡量使地下工程位于均質(zhì)厚層的堅硬巖層中。當(dāng)洞身穿過軟硬相間或破碎的傾斜巖層時,順傾向一側(cè)的圍巖易于變形或滑動,造成很大的偏壓,逆傾向一側(cè)圍巖側(cè)壓力小,有利于穩(wěn)定。
?。?)地下水
在選址時最好選在地下水位以上的干燥巖體內(nèi),或地下水量不大、無高壓含水層的巖體內(nèi)。
?。?)地應(yīng)力
初始應(yīng)力狀態(tài)是決定圍巖應(yīng)力重分布的主要因素。
2.圍巖的工程地質(zhì)分析
?。?)圍巖穩(wěn)定性分析
變形與破壞的五種形式:
1)脆性破裂,經(jīng)常產(chǎn)生于高地應(yīng)力地區(qū)。存儲有很大彈性應(yīng)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(jié)構(gòu)圍巖常見的破壞形式,常以結(jié)構(gòu)面交匯切割組合成不同形狀的塊體滑移、塌落等形式出現(xiàn)。
3)巖層的彎曲折斷,是層狀圍巖變形失穩(wěn)的主要形式。在傾斜層狀圍巖中,當(dāng)層間結(jié)合不良時,順傾向一側(cè)拱腳以上部分巖層易彎曲折斷,逆傾向一側(cè)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(yīng)力與邊墻巖層近于平行,所以邊墻容易凸邦彎曲。
4)碎裂結(jié)構(gòu)巖體在張力和振動力作用下容易松動、解脫,在洞頂則產(chǎn)生崩落,在邊墻上則表現(xiàn)為滑塌或碎塊的坍塌。當(dāng)結(jié)構(gòu)面間夾泥時,往往會產(chǎn)生大規(guī)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(fēng)化、強烈構(gòu)造破碎或新近堆積的土體,在重力、圍巖應(yīng)力和地下水作用下常產(chǎn)生冒落及塑性變形。
?。?)圍巖的分類
主要是鑒于圍巖的穩(wěn)定性對圍巖進(jìn)行分類,不同建設(shè)行業(yè)對圍巖的分類尚不盡相同。例如,水利建設(shè)行業(yè)將圍巖分為五類,交通建設(shè)行業(yè)將圍巖分為六類。
3.提高圍巖穩(wěn)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(wěn)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(wěn)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(jié)構(gòu),其作用主要是承受圍巖壓力及內(nèi)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。
?。?)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一薄層混凝土(一般厚度為5~2Ocm),有時再增加一些錨桿,從而部分地阻止圍巖向洞內(nèi)變形,以達(dá)到支護的目的。
噴錨支護能使混凝土噴層與圍巖緊密結(jié)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(diào)整圍巖應(yīng)力的重分布,最大限度地保護巖體的結(jié)構(gòu)和力學(xué)性質(zhì),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(wěn)定性。
噴混凝土具備以下幾方面的作用:
首先,能緊跟工作面,速度快,因而縮短了開挖與支護的間隔時間,及時地填補了圍巖表面的裂縫和缺損,阻止裂隙切割的碎塊脫落松動,使圍巖的應(yīng)力狀態(tài)得到改善;
其次,由于有較高的噴射速度和壓力,漿液能充填張開的裂隙,起著加固巖體的作用,提高了巖體的強度和整體性。
此外,噴層與圍巖緊密結(jié)合,有較高的粘結(jié)力和抗剪強度,能在結(jié)合面上傳遞各種應(yīng)力,可以起到承載拱的作用。
為了防止錨桿之間的碎塊塌落,可采用噴層和鋼絲網(wǎng)來配合。
?。?)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(wěn)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(fēng)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(dāng)?shù)叵鹿こ虈鷰r中出現(xiàn)拉應(yīng)力區(qū)時,應(yīng)采用錨桿穩(wěn)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(fā)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(wěn)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(jié)構(gòu)面出現(xiàn)滑動時,應(yīng)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(jīng)常成平板狀,如不加支護,圍巖常常先發(fā)生彎曲張開,然后逐漸坍塌。因此對于此類圍巖,應(yīng)以錨桿為主要的支護手段。
4)對于軟弱圍巖,相當(dāng)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(fēng)化的巖石。該類圍巖在地下工程開挖后一般都不能自穩(wěn),所以必須立即噴射混凝土,有時還要加錨桿和鋼筋網(wǎng)才能穩(wěn)定圍巖。
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報考指南
大綱 / 教材
25年預(yù)計6月發(fā)布
報 名 時 間
預(yù)計考前2-3個月
準(zhǔn)考證打印
考前10日至一周內(nèi)
考 試 時 間
預(yù)計25年10月
考 試 成 績
考后2-3個月左右
合格證領(lǐng)取
成績公布后1個月左右
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