第四章__圍巖分級(jí)與圍巖壓力

1、1隧道工程施工技術(shù)隧道工程施工技術(shù)一、概述一、概述 4.4.1 概述研究隧道地質(zhì)環(huán)境需要解決的兩個(gè)問(wèn)題（最佳的施工方法和支護(hù)結(jié)構(gòu)）?？刹捎玫姆椒ㄓ校ń?jīng)驗(yàn)方法和理論方法）。我國(guó)目前的隧道工程處在（經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)和經(jīng)驗(yàn)施工）的階段。經(jīng)驗(yàn)法的依據(jù)就是隧道圍巖穩(wěn)定性的分級(jí)。隧道圍巖分級(jí)的基礎(chǔ)條件是坑道開(kāi)挖后的穩(wěn)定性 在不同的巖體中開(kāi)挖隧道后巖體所表現(xiàn)出的穩(wěn)定在不同的巖體中開(kāi)挖隧道后巖體所表現(xiàn)出的穩(wěn)定性是不同的，可歸納為性是不同的，可歸納為充分穩(wěn)定、基本穩(wěn)定、暫時(shí)穩(wěn)充分穩(wěn)定、基本穩(wěn)定、暫時(shí)穩(wěn)定和不穩(wěn)定定和不穩(wěn)定四種。四種。4 圍巖分級(jí)：圍巖分級(jí)：各種圍巖的物理性質(zhì)之間存在一定的各種圍巖的物理性質(zhì)之間存在一定的

2、內(nèi)在聯(lián)系和規(guī)律，依照這些聯(lián)系和規(guī)律，可將圍內(nèi)在聯(lián)系和規(guī)律，依照這些聯(lián)系和規(guī)律，可將圍巖劃分為若干級(jí)。巖劃分為若干級(jí)。圍巖分級(jí)的目的圍巖分級(jí)的目的：作為選擇施工方法的依據(jù)；作為選擇施工方法的依據(jù)；進(jìn)行科學(xué)管理及正確評(píng)價(jià)經(jīng)濟(jì)效益；進(jìn)行科學(xué)管理及正確評(píng)價(jià)經(jīng)濟(jì)效益；確定結(jié)構(gòu)上的荷載確定結(jié)構(gòu)上的荷載( (松散荷載松散荷載) )；給出襯砌結(jié)構(gòu)的類(lèi)型及其尺寸；給出襯砌結(jié)構(gòu)的類(lèi)型及其尺寸；制定勞動(dòng)定額、材料消耗標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)等等。制定勞動(dòng)定額、材料消耗標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)等等。5 比較理想的分級(jí)方法是：比較理想的分級(jí)方法是：準(zhǔn)確客觀準(zhǔn)確客觀，有定量指標(biāo)，盡量減少因人而異的隨，有定量指標(biāo)，盡量減少因人而異的隨機(jī)性；機(jī)性；便于

3、操作使用便于操作使用，適于一般勘測(cè)單位所具備的技術(shù)，適于一般勘測(cè)單位所具備的技術(shù)裝備水平；裝備水平；最好在挖開(kāi)地層前得到結(jié)論最好在挖開(kāi)地層前得到結(jié)論。應(yīng)該說(shuō)，到現(xiàn)在還沒(méi)有出現(xiàn)一種比較完美的方法。應(yīng)該說(shuō)，到現(xiàn)在還沒(méi)有出現(xiàn)一種比較完美的方法。 6圍巖分類(lèi)的幾個(gè)基本要素圍巖分類(lèi)的幾個(gè)基本要素圍巖分級(jí)的方法很多種，不同國(guó)家，不同行業(yè)都根據(jù)圍巖分級(jí)的方法很多種，不同國(guó)家，不同行業(yè)都根據(jù)各自的特點(diǎn)和目的提出了各自的分級(jí)方法，現(xiàn)行的許各自的特點(diǎn)和目的提出了各自的分級(jí)方法，現(xiàn)行的許多分級(jí)方法中，作為分級(jí)的基本要素大致有三類(lèi)多分級(jí)方法中，作為分級(jí)的基本要素大致有三類(lèi): : 與巖性有關(guān)的要素與巖性有關(guān)的要素 地質(zhì)

4、構(gòu)造有關(guān)的要素地質(zhì)構(gòu)造有關(guān)的要素 與地下水有關(guān)的要素與地下水有關(guān)的要素7與巖性有關(guān)的要素與巖性有關(guān)的要素： 例如分為硬巖，軟巖，膨脹巖。其分級(jí)指標(biāo)是巖石強(qiáng)度和例如分為硬巖，軟巖，膨脹巖。其分級(jí)指標(biāo)是巖石強(qiáng)度和變形性質(zhì)等；例如掩飾的單軸抗壓強(qiáng)度、巖石的變形模量或彈變形性質(zhì)等；例如掩飾的單軸抗壓強(qiáng)度、巖石的變形模量或彈性波速等性波速等 與地質(zhì)構(gòu)造有關(guān)的要素：與地質(zhì)構(gòu)造有關(guān)的要素： 例如軟弱結(jié)構(gòu)面的分布與性態(tài)，風(fēng)化程度等。其分級(jí)指標(biāo)例如軟弱結(jié)構(gòu)面的分布與性態(tài)，風(fēng)化程度等。其分級(jí)指標(biāo)采用巖石質(zhì)量指標(biāo)，地質(zhì)因素評(píng)分法等。實(shí)際上就是對(duì)巖石完采用巖石質(zhì)量指標(biāo)，地質(zhì)因素評(píng)分法等。實(shí)際上就是對(duì)巖石完整性和結(jié)構(gòu)狀

5、態(tài)的評(píng)價(jià)。它是占有重要地位的！整性和結(jié)構(gòu)狀態(tài)的評(píng)價(jià)。它是占有重要地位的！ 8與地下水有關(guān)的要素與地下水有關(guān)的要素： 例如例如地下水發(fā)育時(shí)，圍巖級(jí)別應(yīng)降低。地下水發(fā)育時(shí)，圍巖級(jí)別應(yīng)降低。1 1個(gè)附加要素：個(gè)附加要素： 初始地應(yīng)力：適當(dāng)考慮初始地應(yīng)力：適當(dāng)考慮。9二、圍巖分級(jí)方法二、圍巖分級(jí)方法(4類(lèi)）類(lèi)）1.1.以巖石強(qiáng)度為基礎(chǔ)的分級(jí)方法以巖石強(qiáng)度為基礎(chǔ)的分級(jí)方法: :這種分級(jí)方法，單純以巖石強(qiáng)度為依據(jù)。這種分級(jí)方法，單純以巖石強(qiáng)度為依據(jù)。這種分級(jí)方法認(rèn)為隧道開(kāi)挖后它的穩(wěn)定性取決于巖石強(qiáng)度。這種分級(jí)方法認(rèn)為隧道開(kāi)挖后它的穩(wěn)定性取決于巖石強(qiáng)度。巖石越堅(jiān)硬，坑道越穩(wěn)定。反之，巖石越松軟，可到穩(wěn)定巖石

6、越堅(jiān)硬，坑道越穩(wěn)定。反之，巖石越松軟，可到穩(wěn)定性就越差。性就越差。實(shí)踐證明，這種認(rèn)識(shí)是不全面的，實(shí)踐證明，這種認(rèn)識(shí)是不全面的，例如我國(guó)陜例如我國(guó)陜北的老黃土，無(wú)水時(shí)直立性很強(qiáng)，穩(wěn)定性相當(dāng)高，在無(wú)支北的老黃土，無(wú)水時(shí)直立性很強(qiáng)，穩(wěn)定性相當(dāng)高，在無(wú)支護(hù)的情況下，可以維持十幾年，甚至幾十年。但單軸抗壓護(hù)的情況下，可以維持十幾年，甚至幾十年。但單軸抗壓強(qiáng)度很低；又如江西福建一帶的紅砂巖，整體性很好，坑強(qiáng)度很低；又如江西福建一帶的紅砂巖，整體性很好，坑道開(kāi)挖后穩(wěn)定性較好，但強(qiáng)度卻不高，因此單純以巖石強(qiáng)道開(kāi)挖后穩(wěn)定性較好，但強(qiáng)度卻不高，因此單純以巖石強(qiáng)度為基礎(chǔ)的分級(jí)方法需要改進(jìn)完善。度為基礎(chǔ)的分級(jí)方法需要

7、改進(jìn)完善。10 2.2.以巖石的物性指標(biāo)為基礎(chǔ)的分級(jí)方法：見(jiàn)表以巖石的物性指標(biāo)為基礎(chǔ)的分級(jí)方法：見(jiàn)表1-21-2在這種分級(jí)方法中，具有代表性的是前蘇聯(lián)普落托奇雅柯諾夫教授提出的“巖石堅(jiān)固系數(shù)”分級(jí)法(或稱(chēng)“ f ”值分級(jí)法，或普氏分級(jí)法)。這種分級(jí)方法在我國(guó)的隧道工程中得到了廣泛的應(yīng)用。 “ f ”值是一個(gè)綜合物性指標(biāo)，它表示巖石在采礦過(guò)程中各個(gè)方面的相對(duì)堅(jiān)固性，如抗暴性、抗鉆性、強(qiáng)度等。但以往人們確定“ f ”值主要采用強(qiáng)度試驗(yàn)法，再堅(jiān)固其他指標(biāo)。即式中 -巖石飽和單軸極限抗壓強(qiáng)度。 我國(guó)工程部門(mén)在將“ f ”值分級(jí)法應(yīng)用到隧道工程的設(shè)計(jì)、施工時(shí)，已注意到必須考慮巖體的地質(zhì)構(gòu)造、風(fēng)化程度、地

8、下水狀況等多種因素的影響，而將由單一巖石強(qiáng)度決定的“ f ”值適當(dāng)降低，即： 式中 “ f ” 值是由巖石強(qiáng)度決定的， K是考慮地質(zhì)條件的折減系數(shù)，一般情況下， K 1.0。 11=150100ccfRR巖石cR11=150100ccfRR巖石=fKf巖體巖石11 1.泰沙基分級(jí)法泰沙基分級(jí)法 這種分級(jí)方法是在早期提出的，限于當(dāng)時(shí)條件，這種分級(jí)方法是在早期提出的，限于當(dāng)時(shí)條件，僅把不同巖性、不同構(gòu)造條件的圍巖分成九級(jí)，僅把不同巖性、不同構(gòu)造條件的圍巖分成九級(jí)，每級(jí)都有相應(yīng)的地壓范圍值和支護(hù)措施，在分級(jí)每級(jí)都有相應(yīng)的地壓范圍值和支護(hù)措施，在分級(jí)時(shí)是以坑道有水的條件為基礎(chǔ)的，當(dāng)確認(rèn)無(wú)水時(shí)，時(shí)是以坑

9、道有水的條件為基礎(chǔ)的，當(dāng)確認(rèn)無(wú)水時(shí)，圍巖的地壓值應(yīng)降低圍巖的地壓值應(yīng)降低50。這種分級(jí)方法。這種分級(jí)方法曾長(zhǎng)期被各國(guó)采用，至今有廣泛影響。曾長(zhǎng)期被各國(guó)采用，至今有廣泛影響。12 2.以巖體綜合物性為指標(biāo)的分級(jí)方法以巖體綜合物性為指標(biāo)的分級(jí)方法 60年代，我國(guó)在積累大量鐵路隧道修建經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提出了以巖體綜合物性指標(biāo)為基礎(chǔ)的“巖體綜合分級(jí)法”，并于1975年經(jīng)修正后被我國(guó)“鐵路工程技術(shù)規(guī)范(隧道)”所采用。該分級(jí)法將隧道圍巖分為6級(jí) 。見(jiàn)表1-4 這類(lèi)方法的優(yōu)點(diǎn)是正確地考慮了地質(zhì)構(gòu)造特征、風(fēng)化狀況、地下水情況等多種因素對(duì)隧道圍巖穩(wěn)定性的影響，并建議了各類(lèi)圍巖應(yīng)采用的支護(hù)類(lèi)型和施工方法。此外，這

10、種分級(jí)法最早考慮了埋深對(duì)圍巖級(jí)別的影響。其缺點(diǎn)是分類(lèi)指標(biāo)還缺乏定量描述，沒(méi)有提供可靠的預(yù)測(cè)隧道圍巖級(jí)別的方法，在一定程度上要等到隧道開(kāi)挖后才能確定。 1.1.按彈性波按彈性波( (縱波縱波) )速度的分級(jí)方法速度的分級(jí)方法 圍巖彈性波速度是日本提出的分級(jí)方法，圍巖彈性波速度是判斷巖性、巖體結(jié)構(gòu)的綜合指標(biāo)，它既可以反映巖石軟硬，又可以表達(dá)巖體結(jié)構(gòu)的破碎程度。因此，在彈性波速度基礎(chǔ)上，綜合考慮與隧道開(kāi)挖及土壓有關(guān)的因素(巖性、風(fēng)化程度、破碎狀態(tài)、含水及涌水狀態(tài)等)，將圍巖分為7級(jí)。我國(guó)1986年施行的“鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范”中將彈性波(縱波)速度引入隧道圍巖分級(jí)中，將圍巖分為6級(jí)(表1-1)。 表1-

11、1 彈性波(縱波)速度分級(jí) 圍巖類(lèi)別彈性波速(km/s)4.53.54.52.54.01.53.01.02.01.0(飽和土1.5)142.2.以巖石質(zhì)量為指標(biāo)的分級(jí)方法以巖石質(zhì)量為指標(biāo)的分級(jí)方法RQD法法 所謂巖石質(zhì)量指標(biāo)所謂巖石質(zhì)量指標(biāo)RQD是指鉆探時(shí)巖芯復(fù)是指鉆探時(shí)巖芯復(fù)原率，或稱(chēng)巖芯采取率，即單位長(zhǎng)度鉆孔中原率，或稱(chēng)巖芯采取率，即單位長(zhǎng)度鉆孔中10cm以上的巖芯占有的比例，可寫(xiě)為以上的巖芯占有的比例，可寫(xiě)為: : RQD() 10cm100以上巖芯累計(jì)長(zhǎng)度單位鉆孔長(zhǎng)度 該分級(jí)法將圍巖分為5級(jí)R 0.90.75 R 0.90.5 R 0.750.25 R 0.5R 0.25優(yōu)優(yōu)良良好好差

12、差很差很差表中表中R R為為RQDRQD指標(biāo)。指標(biāo)。 “巖體質(zhì)量巖體質(zhì)量Q”Q”的分類(lèi)方法。的分類(lèi)方法。 這種分級(jí)法認(rèn)為，評(píng)價(jià)一種巖體的好壞，既要考慮地質(zhì)構(gòu)造、巖性、巖石強(qiáng)度，還要考慮施工因素，如掘進(jìn)方向與巖層之間的關(guān)系、開(kāi)挖斷面的大小等，因此就需要建立在多種因素的分析基礎(chǔ)之上。 在這類(lèi)分級(jí)法中，比較完善的是1974年挪威地質(zhì)學(xué)家巴頓(N.Barton)等人所提出的“巖體質(zhì)量Q”分級(jí)法。Q與六個(gè)表明巖體質(zhì)量的地質(zhì)參數(shù)有關(guān)，表達(dá)如下：SRFJJJJRQDQwarh16組合了組合了6 6個(gè)參數(shù)：個(gè)參數(shù)： 巖石質(zhì)量指標(biāo)、節(jié)理組數(shù)目、節(jié)理粗糙度、巖石質(zhì)量指標(biāo)、節(jié)理組數(shù)目、節(jié)理粗糙度、 節(jié)理蝕變值、節(jié)理

13、含水折減系數(shù)、應(yīng)力折減系數(shù)。節(jié)理蝕變值、節(jié)理含水折減系數(shù)、應(yīng)力折減系數(shù)。17 根據(jù)不同的Q值，將巖體質(zhì)量評(píng)為九等，詳見(jiàn)表3-5。巖體質(zhì)量特別好極好良好好中等不良?jí)臉O壞特別壞Q4001000100400401001040410140.110.010.10.0010.01表4-2 巖體質(zhì)量評(píng)估：綜上所述，：綜上所述，圍巖分級(jí)有以下幾方面發(fā)展趨勢(shì)：圍巖分級(jí)有以下幾方面發(fā)展趨勢(shì)：分級(jí)要以巖體為對(duì)象。分級(jí)要以巖體為對(duì)象。 分級(jí)要與地質(zhì)勘探手段有機(jī)地聯(lián)系起來(lái)，這樣才有分級(jí)要與地質(zhì)勘探手段有機(jī)地聯(lián)系起來(lái)，這樣才有一個(gè)方便而又較可靠的判斷手段一個(gè)方便而又較可靠的判斷手段分級(jí)要有明確的工程對(duì)象和工程目的。分級(jí)要

14、有明確的工程對(duì)象和工程目的。分級(jí)逐漸定量化。分級(jí)逐漸定量化。19三、我國(guó)鐵路隧道圍巖分級(jí)方法三、我國(guó)鐵路隧道圍巖分級(jí)方法 20 2122 2324級(jí)別狀態(tài)滲水量(L/(min10m)干燥或濕潤(rùn)10偶有滲水10-25經(jīng)常滲水25-1252526初始應(yīng)力狀態(tài)主要現(xiàn)象評(píng)估基準(zhǔn)Rc/max極高應(yīng)力硬質(zhì)巖：開(kāi)挖過(guò)程中時(shí)有巖爆發(fā)生，有巖塊彈出，洞壁巖體發(fā)生剝離，新生裂縫多，成洞性差4軟質(zhì)巖：巖芯常有餅化現(xiàn)象，開(kāi)挖過(guò)程中洞壁巖體有剝離，位移極為顯著，甚至發(fā)生大位移，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，不宜成洞高應(yīng)力硬質(zhì)巖：開(kāi)挖過(guò)程中可能出現(xiàn)巖爆，洞壁巖體有剝離和掉塊現(xiàn)象，新生裂縫較多，成洞性較差47軟質(zhì)巖：巖芯時(shí)有餅化現(xiàn)象，開(kāi)挖過(guò)

15、程中洞壁巖體位移顯著，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，成洞性差27初始地應(yīng)初始地應(yīng)力狀態(tài)力狀態(tài)圍巖級(jí)別圍巖級(jí)別極高應(yīng)力極高應(yīng)力或*高應(yīng)力高應(yīng)力或*注：*圍巖巖體為較破碎的極硬巖、較完整的硬巖時(shí)，定為級(jí)；圍巖巖體為完整的較軟巖、較完整的軟硬互層時(shí)，定為級(jí)。 *圍巖巖體為破碎的極硬巖、較破碎及破碎的硬巖時(shí)，定為級(jí)；圍巖巖體為完整及較完整軟巖、較完整及較破碎的較軟巖時(shí)，定為級(jí)。28圍巖類(lèi)別彈性波(縱波)速度vp(km/s)4.53.54.52.54.01.53.01.02.01.01.5(飽和狀態(tài)的土)29四、我國(guó)公路隧道圍巖分級(jí)方法四、我國(guó)公路隧道圍巖分級(jí)方法巖石堅(jiān)硬程度巖石堅(jiān)硬程度巖石堅(jiān)硬程度巖石堅(jiān)硬程度75. 0

16、)50(82.22scIR 定性劃分定性劃分巖體完整程度巖體完整程度定量劃分定量劃分巖體完整性指數(shù)：巖體完整性指數(shù)： 202vvK巖體完整程度巖體完整程度 43五、施工現(xiàn)場(chǎng)圍巖級(jí)別判定五、施工現(xiàn)場(chǎng)圍巖級(jí)別判定45 474849 (1)隧道開(kāi)挖后，在圍巖應(yīng)力重分布過(guò)程中，頂板開(kāi)始沉陷，并出現(xiàn)拉斷裂紋，可視為變形階段；51 (2)頂板的裂紋繼續(xù)發(fā)展并且張開(kāi)，由于結(jié)構(gòu)面切割等原因，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樗蓜?dòng)，可視為松動(dòng)階段；(3)頂板巖體視其強(qiáng)度的不同而逐步塌落，可視為塌落階段；52(4)頂板塌落停止，達(dá)到新的平衡，此時(shí)其界面形成一近似的拱形，可視為成拱階段。53自然拱。 55 1) 1)深埋隧道圍巖松動(dòng)壓力的

17、確定方法深埋隧道圍巖松動(dòng)壓力的確定方法 (1) (1) 統(tǒng)計(jì)法統(tǒng)計(jì)法我國(guó)我國(guó)隧規(guī)隧規(guī)所推薦的方法所推薦的方法 whhqsqq1245.0式中式中 圍巖容重；圍巖容重； h hq q坍落拱高度；（坍落拱高度；（鐵路隧道實(shí)際坍方體統(tǒng)計(jì)平均高度鐵路隧道實(shí)際坍方體統(tǒng)計(jì)平均高度 s s 圍巖級(jí)別；圍巖級(jí)別； w w 寬度影響系數(shù)，由寬度影響系數(shù)，由 w=1+iw=1+i（B-5B-5）計(jì)算：）計(jì)算： B B 坑道寬度，當(dāng)坑道寬度，當(dāng) B B5m5m時(shí)，取時(shí)，取 i =0.2i =0.2，當(dāng)，當(dāng) B B5m5m時(shí)，取時(shí)，取i =0.1i =0.1。0.41 1.79sqhw56水平壓力見(jiàn)表水平壓力見(jiàn)表4-

18、74-7：表表4-74-7圍巖水平均布?jí)毫鷰r水平均布?jí)毫鷰r級(jí)別圍巖級(jí)別、 水平均布?jí)毫λ骄級(jí)毫? 0 0.15q 0.15q (0.15(0.150.3)q0.3)q(0.3(0.30.5)q 0.5)q (0.5(0.51.0)q 1.0)q 57 統(tǒng)計(jì)法公式的適用條件：統(tǒng)計(jì)法公式的適用條件： H/BH/B1.71.7，H H為坑道的高度；為坑道的高度； 深埋隧道；深埋隧道； 不產(chǎn)生顯著偏壓力及膨脹力的一般圍巖；不產(chǎn)生顯著偏壓力及膨脹力的一般圍巖； 采用礦山法施工。采用礦山法施工。58例.隧道穿經(jīng)級(jí)圍巖，其開(kāi)挖尺寸凈寬7.40m(單線)，凈高8.80m，圍巖天然容重21KN/m，試確

19、定其圍巖松動(dòng)壓力；若開(kāi)挖跨度為14.8m(雙線)，其圍巖壓力為？59解：H/B= 8.80/ 7.40=1.21.7采用統(tǒng)計(jì)法方式。是單線隧道，豎向均布（壓力）作用：水平均布（壓力）作用：若開(kāi)挖跨度為14.8m，H/B= 8.80/ 14.80=0.65m，故i=0.1，=1+0.1(14.8-5.00)=1.98豎向均布?jí)毫椋核骄級(jí)毫椋?0 據(jù)統(tǒng)計(jì)，圍巖垂直松動(dòng)壓力的分布可概括為據(jù)統(tǒng)計(jì)，圍巖垂直松動(dòng)壓力的分布可概括為4 4種，如種，如圖圖4-74-7。 圖圖4-7 4-7 圍巖豎向松動(dòng)壓力的分布圖形圍巖豎向松動(dòng)壓力的分布圖形統(tǒng)計(jì)法公式僅針對(duì)圖中第一種情況。統(tǒng)計(jì)法公式僅針對(duì)圖中第一種情

20、況。 圖 4-761(2) (2) 普氏理論普氏理論 散粒體理論：巖體被節(jié)理、裂隙所切割，視為散粒體理論：巖體被節(jié)理、裂隙所切割，視為散粒體。散粒體。 普氏系數(shù)普氏系數(shù)f(f(巖體堅(jiān)固性系數(shù)巖體堅(jiān)固性系數(shù)):):0tantancf6263巖體堅(jiān)固性系數(shù)巖體堅(jiān)固性系數(shù) f f 的概念：的概念： f f是一個(gè)以巖體強(qiáng)度為主的指標(biāo)，兼顧抗鉆性、抗爆性、是一個(gè)以巖體強(qiáng)度為主的指標(biāo)，兼顧抗鉆性、抗爆性、地下水等性質(zhì)。地下水等性質(zhì)。 前述自然拱概念最早由普氏前述自然拱概念最早由普氏提出：提出： fbhq圖圖4-8 4-8 自然拱的兩種形態(tài)自然拱的兩種形態(tài)B hkBthk BbHt64 堅(jiān)硬巖體堅(jiān)硬巖體:

21、: 松散破碎巖體：松散破碎巖體： 式中式中 為隧道凈跨度的一半；為隧道凈跨度的一半； 為隧道凈高度。為隧道凈高度。 一般來(lái)說(shuō)，普氏理論比較適用于松散、破碎的圍巖中。一般來(lái)說(shuō)，普氏理論比較適用于松散、破碎的圍巖中。 245tan0ttHbbtbb tbtH65(3) 泰沙基理論泰沙基理論 理論：散粒體理論。理論：散粒體理論。假定：假定： 破裂面為折線破裂面為折線OAB OAB 方法：方法： 研究微分條帶研究微分條帶dhdh的平衡。的平衡。 步驟：步驟： 1.V=01.V=0，建立微分方程，建立微分方程 2.2.邊界條件：邊界條件：0,0vh663.3.解微分方程解微分方程，得：，得： 4.4.討

22、論：討論： 當(dāng)埋深當(dāng)埋深h h 達(dá)到一定程度時(shí)，達(dá)到一定程度時(shí)， 為恒值：為恒值： 取側(cè)壓力系數(shù)取側(cè)壓力系數(shù)k=1k=1， 則有：則有： 與普氏法對(duì)照，能發(fā)現(xiàn)什么？與普氏法對(duì)照，能發(fā)現(xiàn)什么？在深埋情形下，太沙基理在深埋情形下，太沙基理論的計(jì)算結(jié)果與普氏理論的計(jì)算結(jié)果實(shí)質(zhì)上是一致的。太沙基理論考論的計(jì)算結(jié)果與普氏理論的計(jì)算結(jié)果實(shí)質(zhì)上是一致的。太沙基理論考慮了硐室尺寸、埋深及巖石的粘結(jié)力和內(nèi)摩擦角等因素對(duì)巖體穩(wěn)定性慮了硐室尺寸、埋深及巖石的粘結(jié)力和內(nèi)摩擦角等因素對(duì)巖體穩(wěn)定性的影響。一般認(rèn)為太沙基理論適用硐室埋深較淺的情形。的影響。一般認(rèn)為太沙基理論適用硐室埋深較淺的情形。 )1 (tan0tan0

23、bhkvekbvkbv0tanf0tanhfbv67 2) 2)淺埋隧道圍巖松動(dòng)壓力的確定方法淺埋隧道圍巖松動(dòng)壓力的確定方法 深、淺埋隧道的判定原則深、淺埋隧道的判定原則 Hp（22.5）hq I I一一IIIIII級(jí)圍巖取級(jí)圍巖取: : H Hp p2h2hq q IV IVVIVI級(jí)圍巖取級(jí)圍巖取: : H Hp p2.5h2.5hq q HHpHHp時(shí)為深埋時(shí)為深埋 H HHpHp時(shí)為淺埋時(shí)為淺埋 H H 為覆蓋層厚度為覆蓋層厚度68 (2) (2) 鐵路淺埋隧道圍巖松動(dòng)壓力的確定方法鐵路淺埋隧道圍巖松動(dòng)壓力的確定方法 當(dāng)當(dāng)hhq 時(shí)，作用在隧道襯砌上的壓力為 q=h ht 為隧道開(kāi)挖高

24、度，為隧道開(kāi)挖高度，h為隧道埋深，為隧道埋深，e1 作用在隧道頂處壓力，作用在隧道頂處壓力，e2作用在隧道底處作用在隧道底處壓力，為圍巖的計(jì)算摩擦角壓力，為圍巖的計(jì)算摩擦角要點(diǎn)：忽略滑動(dòng)面上的阻力。要點(diǎn)：忽略滑動(dòng)面上的阻力。 適于：埋深適于：埋深 h hqh hq 垂直壓力：垂直壓力：q=hq=h 2()tehh1eh 2tan (45)269 當(dāng)當(dāng)hq qHP，垂直壓力標(biāo)準(zhǔn)值按，垂直壓力標(biāo)準(zhǔn)值按(1)kkb hqhBh計(jì)算計(jì)算式中：式中：B-圍巖重度圍巖重度KN/m，按表取值，按表取值-隧道覆蓋深度（隧道覆蓋深度（m）kb-隧道寬度（隧道寬度（m）-垂直均布作用夾持系數(shù)，按表取值垂直均布作用

25、夾持系數(shù)，按表取值70圍巖重度及夾持系數(shù)圍巖級(jí)別圍巖級(jí)別 圍巖重度 （KN/m）20.518.516.0拱部截面夾持系數(shù)0.100.080.01拱部截面夾持系數(shù)0.230.160.08kb71圖 4-11NT2W2NT2PT1W2BFW1EAhBtT1DCHG00HHt72水平壓力按梯形分布，其水平壓力按梯形分布，其標(biāo)準(zhǔn)值按下式計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)值按下式計(jì)算式中：式中：結(jié)構(gòu)高度范圍內(nèi)，任意點(diǎn)結(jié)構(gòu)高度范圍內(nèi)，任意點(diǎn)i的水平側(cè)壓標(biāo)準(zhǔn)值的水平側(cè)壓標(biāo)準(zhǔn)值-結(jié)構(gòu)高度范圍內(nèi)，任意點(diǎn)結(jié)構(gòu)高度范圍內(nèi)，任意點(diǎn)i離地面的高度離地面的高度m-側(cè)壓力系數(shù)側(cè)壓力系數(shù)ikiieh73圍巖級(jí)別圍巖級(jí)別 拱部截面?zhèn)葔毫ο禂?shù)0.150.

26、250.35邊墻截面?zhèn)葔毫ο禂?shù)0.350.50.65側(cè)壓力系數(shù)側(cè)壓力系數(shù)74 4.4.5 4.4.5 明洞壓力的計(jì)算明洞壓力的計(jì)算 設(shè)計(jì)明洞時(shí)，其荷載要按以下幾項(xiàng)計(jì)設(shè)計(jì)明洞時(shí)，其荷載要按以下幾項(xiàng)計(jì)算算 1.1.拱圈回填土垂直壓力拱圈回填土垂直壓力 2.2.拱圈回填土石側(cè)壓力拱圈回填土石側(cè)壓力 3.3.邊墻回填土垂直壓力邊墻回填土垂直壓力754.4.6 4.4.6 圍巖應(yīng)力的現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)圍巖應(yīng)力的現(xiàn)場(chǎng)量測(cè) 直接量測(cè)直接量測(cè) 間接量測(cè)間接量測(cè)764.4.1直接量測(cè)法直接量測(cè)法 直接量測(cè)法是指采用各種壓力盒量測(cè)圍巖作用在襯砌或支護(hù)結(jié)構(gòu)上的接觸壓力的方法。這種方法是將壓力盒（或稱(chēng)壓力傳感器）放置在襯砌或支

27、護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖之間，并緊密接觸，使二者之間的壓力直接由壓力盒反映出來(lái)。目前用于這種量測(cè)的壓力盒主要有電阻式、電容式、電壓式和振弦式等幾種。 振弦式壓力盒是電測(cè)壓力盒中最普遍的一種，其構(gòu)造如圖4-7所示。其工作原理是，當(dāng)壓力盒上作用有壓力時(shí)，由于機(jī)械作用使鋼弦拉緊，鋼弦拉得越緊，則鋼弦的振動(dòng)頻率就越高。這樣，當(dāng)由接受器向壓力盒感應(yīng)線圈輸入一脈沖電流時(shí)，線圈產(chǎn)生磁通，鐵芯對(duì)鋼弦產(chǎn)生瞬時(shí)吸力。電流中斷時(shí)，吸力消失，鋼弦彈起，從而激起鋼弦振動(dòng)。作用壓力大小不同，則鋼弦振動(dòng)的頻率也不同，這一振動(dòng)頻率使得感應(yīng)線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率與鋼弦的自振頻率相同時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)頻率通過(guò)導(dǎo)線輸回接受器，從而測(cè)出鋼弦的振動(dòng)頻率。再根據(jù)壓力盒本身的標(biāo)定曲線就可查出壓力盒上所受的圍巖壓力大小。在隧道施工中壓力盒的布置如圖4-8所示。 圖圖4-7振弦式壓力盒振弦式壓力盒 圖圖4-8壓力盒布置方法壓力盒布置方法77 4.4.2 4.4.2 間接量測(cè)法間接量測(cè)法 通過(guò)對(duì)襯砌或支護(hù)及圍巖的應(yīng)力或應(yīng)變的量測(cè)來(lái)推求圍巖壓力的方法稱(chēng)為間接量測(cè)法。其中最為常用的方法是對(duì)圍巖變形（位移）的量測(cè)，在反演圍巖壓力的同時(shí)，用于評(píng)價(jià)圍巖的穩(wěn)定性以及確定圍巖松弛帶的范圍。 一、襯砌（支護(hù)）和圍巖的應(yīng)力或應(yīng)變量測(cè)一、襯砌（支護(hù)）和圍巖的應(yīng)力或應(yīng)變量測(cè) （一）應(yīng)力解除法 這種方法是在已經(jīng)承載的襯砌或支護(hù)結(jié)構(gòu)的表面