隧道破碎围岩稳定性分析研究

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  摘要:随着隧道工程的增多,在修建隧道的同时,会碰到各种各样的不良地质,所以隧道的稳定性就变的尤为重要。在这些不良地质中,破碎围岩对隧道围岩的稳定性影响较为普遍。该类岩体多发生于受强烈构造运动并产生非常严重变形或破碎的岩体中,隧道沿大断层时常出现此类岩体。此类围岩的开挖难度很大,开挖不当就会使岩层发生严重的变形,岩层的整体性就会产生破坏,完整性变差。由于围岩自稳时间很短或者根本就没有自稳时间,隧道的拱顶就会发生坍塌、冒顶等工程事故,主要原因还是我们缺少有规律的指导与在断层破碎带围岩的稳定性方面的研究。所以我们对实际的破碎围岩的工程进行分析是有一定的指导意义的。为以后类似的岩体开挖施工中提供了参考与工程依据。
  关键词:破碎围岩,稳定性,断层
  中图分类号:C35文献标识码: A
  
  1、围岩稳定性分析研究现状
  随着我国对高速公路建设的大量投入,公路隧道的修建数量越来越多。在隧道开挖过程中围岩发生变形,产生一系列裂隙或者裂缝,并在一定条件下,导致隧道围岩失稳破坏。因此,对隧道围岩进行稳定性分析具有十分重要的意义。特别是破碎围岩的稳定性问题是一个无法避免的问题,也是目前需要解决的重要问题。
  围岩的稳定性是指在隧道的施工过程中,开挖施工完成后在没有支护的前提下围岩本身的自稳能力。但是在实际的隧道工程开挖之后,经常会出现围岩的变形、破坏等导致围岩自身失稳,变的不稳定。因此我们如何才能更好的解决围岩的稳定性问题是目前隧道工程中的难点和问题之一。鉴于隧道工程所在的地质环境的复杂与特殊性,目前国内外许多的专家和学者在隧道围岩稳定性这一问题上做了大量的工作。
  2、围岩稳定性的影响因素
  影响隧道围岩稳定性的因素有很多,这些因素都直接关系到隧道工程的安全性,往往是隧道设计和施工中的重点考虑的对象。为了能更好的判断围岩的稳定性就需要扎实的掌握这些因素对围岩稳定性影响的特点和作用的机理。因此就要阅读大量的资料,归纳总结各种地质环境的因素,然后进行分类。本文从两个方面进行了分析,影响隧道围岩稳定性的因素大致划分为两大类:一类是内部因素(围岩的初始应力场状态、岩体的结构状态及地质构造、岩体的性质及地下水等);一类是外部因素(施工方法、支护的措施、隧道的尺寸等)。
  2.1内部因素
  (1)初始应力状态
  初始应力状态直接影响着隧道围岩的稳定性。对于完整的岩体,初始应力可以改变它的破坏机制、强度和模量。随着应力的增加,其破坏的机制由脆性破坏向塑性破坏转化,岩体强度可以由低变的越来越高,变形模量也是由低变高,在破碎岩体结构中也有着类似的特点。
  (2)围岩的结构状态
  围岩的结构状态是由岩体的岩块大小与岩块之间的组成形态两个方面组成的。通常是用其破碎程度来对其进行描述的,它在隧道围岩稳定性的影响因素中起着重要的作用,这是因为岩体越是破碎构造运动就越严重,节理发育裂隙就越多,就越会发生失稳。
  (3)地下水状态及其它
  从工程实践中可以说明,隧道开挖时候如果遇到水,其围岩的级别就会差一个等级,因此就需要对有水段加强支护。因为地下水对其稳定性基本都起着不利的影响,所以一定要考虑地下水的影响因素,地下水对围岩的稳定性判别也是十分重要的。
  2.2外部环境
  外部环境的影响因素主要是有:施工方法、隧道的支护措施、隧道的形状(横断面形状)和尺寸等。
  
  3、隧道围岩稳定性的基本判定
  3.1围岩稳定性综合评价
  在实际的工程中,通常都是通过对隧道的周边收敛与拱顶下沉的现场监控量测进行分析,判断隧道围岩的变形是不是已经达到了累计位移值和变形速率判断其稳定状态的,这种方法为“常规统计分析”。此类方法判断围岩是不是达到了稳定状态,去决定是不是需要采取支护。
  3.2围岩稳定性的基本判据
  3.2.1围岩强度判定
  围岩之所以失稳破坏,是由于围岩在某一个界面所承受的应力和应变超过了围岩自身材料的极限承载值,围岩没有足够的能力抵抗外力致使岩体发生破坏。所以在围岩承载过程中就需要进行必要的支护,一方面增强围岩的承载能力,另一方面支护结构和围岩本身形成一个整体,在支护结构的作用下使得围岩的受力更加均匀,使围岩各个截面的承载能力都充分的发挥,避免因在某一截面上达到极限强度而是围岩破坏。
  3.2.2围岩变形量或变形速率判定
  大量的实际工程表明,目前常用位移极限位移量、位移加速度和变形速率、位移变化率等作为围岩稳定性的判断依据。
  (1)容许极限位移量的确定
  容许极限位移量是指保证隧道不产生有害松动和保证地表不产生有害下沉量的条件下,自隧道开挖起到变形稳定为止,在起拱线位置的隧道壁面间水平位移总量的最大容许值,也有用拱顶的最大容许下沉量表示的。在实际操作中就是对开挖后的围岩进行现场监控,如果出现拱顶累计下沉量或周边收敛位移量超过了隧道所允许的位移极限值,这就说明围岩不稳定,导致其变形量过大,此时就必须采取必要的防护措施,加强支护,控制位移的进一步发展,否则围岩变形就会进一步恶化发生失稳坍塌现象。
  (2)容许位移速率和加速度
  容许位移速率是指在保证围岩不产生有害松动的条件下,隧道壁面间水平位移速度的最大容许值。围岩的容许位移速率和加速度同样与隧道的岩性、埋深、断面尺寸施工方法密切相关。因此,容许位移速率和加速度是评定围岩与支护体系稳定性的又一重要指标,和容许极限位移量作为判定依据一样,由于各国情况不同,一般也都是根据工程经验给出,因此也没有形成统一规范和标准。
  
  4、结语
  (1)影响隧道围岩稳定性的因素主要包括了两个方面:一个是由于内部的围岩初始应力场状态、结构面、地下水等因素;一个是由于隧道的施工方法、隧道的支护措施、隧道的设计断面尺寸和形状等因素的影响。
  (2)就隧道围岩失稳破坏的各种类型进行了一下分析与总结,为以后的施工与设计提供了参考。
  (3)就隧道围岩稳定性的判別依据及如何去进行稳定性的评价进行了简单的介绍。
  
  参 考 文 献
  [1]朱维申、何满潮著,复杂条件下围岩稳定性与岩体动态施工力学,科学出版社,1996.
  [2]杨臻.岩质隧洞围岩稳定性分析与强度参数的探讨[J].地下工程与工程学报,2009.5.(2).
  [3]李攀峰.大型地下洞室群围岩稳定性工程地质研究.成都理工大学博士学位论文,2004.6.
  [4]悼元,王士天等.工程地质分析原理[M].北京:地质出版社,1997:382—429.
  
  作者简介:李汶陶  男(1988-)汉族 山西太原人 工程造价专业  本科  山西路桥建设集团有限公司 
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