第章 公開洞室

第十三章地下洞室13.1概述人工開挖或天然存在于巖土體內作為各種用途的構筑物統(tǒng)稱為地下洞室，也有稱為地下建筑或地下工程的。地下洞室按其用途可分為交通隧道、水工隧洞、礦山巷道、地下廠房和倉庫、地下鐵道及地下軍事工程等類型；（1）按其內壁是否有內水壓力作用可分為無壓洞室和有壓洞室兩類；（2）按其斷面形狀可分為圓形、矩形、城門洞形和馬蹄形等類型；按洞室軸線與水平面的關系可分為水平洞室、豎井和傾斜洞室三類；（3）按圍巖介質類型可分為土洞和巖洞兩類；（4）另外還有人工洞室與天然洞室之分等等。變形與破壞的圍巖作用于支襯上的壓力稱為圍巖壓力。襯砌產生變形并把壓力傳遞給圍巖，這時圍巖將產生一個反力，稱為圍巖抗力。圍巖應力、圍巖壓力、圍巖變形與破壞及圍巖抗力是地下洞室主要的巖土工程問題。除此之外，在某些特殊地質條件下開挖地下洞室時，還存在諸如坑道涌水、有害氣體及地溫等工程問題。一、地下采空區(qū)場地評價與勘察人類為采掘地下資源而留下的地下空間稱為地下采空區(qū)，根據開采現狀可分為老采空區(qū)、現采空區(qū)及未來采空區(qū)三類。地下采空區(qū)場地評價的主要任務是：查明老采空區(qū)上覆巖層的穩(wěn)定性，預測現采空區(qū)和未來采空區(qū)地表移動、變形的特征和規(guī)律，判定其作為建筑場地的適宜性和對建筑物的危害程度。二、采空區(qū)的地表變形特征(一)地表變形的分區(qū)與分類當地下開采影響到達地表以后，在采空區(qū)上方地表將形成一個凹陷盆地，或稱地表移動盆地。發(fā)育完全的地表移動盆地可分為三個區(qū)域(圖13－19見書P289)：①中間區(qū)。位于采空區(qū)正上方，其地表下沉均勻，地面平坦，一般不出現裂縫，地表下沉值最大；②內邊緣區(qū)。位于采空區(qū)內側上方，其地表下沉不均勻，地面向盆地中心傾斜，呈凹形，一般不出現明顯的裂縫；③外邊緣區(qū)。位于采空區(qū)外側礦層上方，其地表下沉不均勻，地面向盆地中心傾斜，呈凸形，常有張裂縫出現。地表移動盆地內各區(qū)域變形可劃分出下沉{又稱為垂直位移：指盆地內任一點鉛直方向的位移分量W（mm）}、水平位移{U(mm)是指盆地內任一點水平方向的位移分量}(伸張與壓縮)、傾斜{T(mm/m)是指任意兩點間的沉降差ΔW與兩點間的水平距離之比}和彎曲(曲率：指任意一點處的平均傾斜變化率)及水平變形等五種變形。如圖13-20所示。水平變形ε(mm/m)是指任意兩點水平位移之差ΔU與兩點間的水平距離L之比。(二)影響地表變形的因素采空區(qū)地表變形的大小及其發(fā)展趨勢、地表移動盆地的形態(tài)與范圍等主要受以下因素影響：糕1酸)參礦層因慘素：表悅現在礦蜘層埋深善愈詠大奇(想即開采循深度愈桿大張)獵，變形杜擴展到嗽地表所鑰需的時幕間愈長扶，地表怕變形值效愈小，六變形比馳較平緩耀均勻，交且地表溫移動盆代地范圍碗較大。姜礦層厚帝度愈大蹦，采空孟區(qū)愈大也，促使來地表變搞形值增婚大。礦償層傾角彼愈大，糾使水平炕位移增董大，地拋表出現絲裂縫的防可能性份加大，徐且盆地殖與采空雅區(qū)的位返置也不宜對稱等波。耐2葵)庫巖性因雹素：上潤覆巖層惑強度高妻且單層友厚度大渣時，其牙變形破黨壞過程浙長協(xié),奴不易影音響到地左表。有汽些厚度頑大的堅姐硬巖層多，甚至后長期不氣產生地自表變形莊，而強過度低、唉單層厚惠度薄的熔巖層則耳相反。首脆性巖喇層易出腹現裂縫每，而塑設性巖層凱則往往莫表現出打均勻沉翻降變形似。另外挑，地表暴第四系雪堆積物凈愈厚，腹則地表微變形值進愈大，旦但變形遲平緩均絲勻。伸3聰)露地質構唇造因素匆：巖層械節(jié)理裂堪隙發(fā)育究時，會賄促進變書形加塊吧，變形丑范圍增翻大，擴晚大地表緊裂縫區(qū)衛(wèi)。而斷朝層則會派破壞地咐表變形脖的正常圈規(guī)律，歸改變移星動盆地餅的范圍決和位置擺，同時狗，斷層留帶上的蓄地表變券形會更猛加劇烈舅4捉)潤地下水監(jiān)因素：畫地下水折活動會新加快變瘦形速率匪，擴大擱變形范奏圍，增捐大其地受表變形煌值。海5做)欺開采條稅件：礦諸層開采某和頂板巾處理方鳥法及采惠空區(qū)的廁大小、篩形狀、傍工作面類推進速餅度等，唇都影響蛋著地表副變形值碰、變形匪速度和量變形方誰式。如批以柱房銜式開采弟和全充仿填法處心理頂板揭時，對蠶地表變重形影響哄就較小阿等等。騰(克三專)蚊抗地表變歪形的觀法測方止法河胃地表變淺形觀測份是在選繩定的地傭區(qū)或建結筑物上丈，設置脈一定數肯量的觀飾測拖點結(夜水準點探或三角靠測量厲點謀)權，定期田觀測這悼些點在柿地下采陣動過程撲中變形露隨時間衡的變化趁情況，呼確定其家位移和租變形大匆小。侮地表變靜形觀測砍一般至壽少布置洗兩條測鬼線，一直條平行庫于礦層凍走向，起另一條遵垂直于規(guī)礦層走透向。方慮法是先甚確定礦友層走向苗，然后陜根據礦堆區(qū)已有媽地表位偏移資料槳確定其燦觀測線頑。喬匠觀測點佩的間距半應大致聰相等，熊可根據慎開采深闊度哈H戴按贏表見13-諷1盜8最確定。睛各觀測剃點的觀刊測周期傭可據開言采深度鑒按切表復13-景1闖9阿或公您式賓13-惰41貢(敘見蛛P29潤1半)淘確定。棋在觀測擱過程中棉應同時廣對地表韻裂縫、旗陷坑及造臺階的筑發(fā)展和饞建筑物般變形情犬況進行外觀測與默描述。散根據系隆統(tǒng)觀測億可得到毫如下成親果程：倘①璃觀測區(qū)勺和各觀晨測點的牛下沉曲腐線、下尖沉等值猶線及水報平位移歪分布圖呀等；企②屬根據下惹沉赤W群≥準10m鏡m職，圈定守地表移錄動盆地齒范圍，瞇同時根悟據一定幼標準進莊行變形蚊分區(qū)甲；附③篩根據沿表興1膛3練－杰1企7銷中的公剝式計算繡相關點知的地表麗下觀沉貢(W吼)衣、傾竄斜墓(T伯)第、曲辰率高(K串)擱和水平心位移呼值錄(U葉)果。艇同時對寒正在開桃采和未白來開采膜的采空史區(qū)地表嘉變形進墾行預測它，為建葉筑地基站穩(wěn)定性便評價、揀處理及較工程設知計提供獵依據。賴三誤、帝銜采空區(qū)捷場地的悄建筑適席宜性評豪價沒(慮一窯)治唯地表變桃形對建票筑物的鳳影響：趣在采空哨區(qū)場地跌進行建共筑時，評必須考礦慮地表施變形對墨建筑物烤安全穩(wěn)丙定及正征常使用僵的影響挪。建筑津所處的獵位置不懲同，其形地表變擠形的類仰型與大絲小各異獲，使建融筑物遭答受的破奪壞程度匯和方式犯都是不秒一樣的坐。地表掌變形類記型不同丸，對建冊筑物的靠影響也橋是不同霞的均?；氐乇碜兝螌ê酥锏慕o破壞作飄用，常滔是幾種日變形同虛時作用驗的結果公。辜監(jiān)(吃二夾)摸釀建筑物櫻的允許喜變形和礙破壞等輛級劃分蔑：各類順建筑地加基的允熱許變形跳可參考慧國磁標目GBJ索7-8您9摸《建筑等地基基服礎設計保規(guī)范。聽根據各在類地表正變形值最的大小盜，可將挨磚石結詢構建筑煉物的破不壞等級拒劃分為槍如籃表幅13-帆2混0渴的威4寨級悠。躁奪在建筑某物下采卸礦時，坊應根據吹預測的非變形值屆及其對擋建筑物侍的破壞鼻程度，均對建筑班物采取哲加固措蔬施。奧(粥三橋)暫肯場地的民建筑適冷宜性評吃價：在謝采空區(qū)熟建筑時圈，應根悠據地表積變形特炮征、所鳥處的階績段、變饑形值大蒜小和上克覆巖層扇穩(wěn)定性足進行建粒筑適宜失性分區(qū)殿，劃分鐵出不宜癥建筑的防場地、昌相對穩(wěn)竹定可以藥建筑的秩場地和屬較穩(wěn)定天須經處裕理后才滔能建筑小的場地蒼三類。球1韻)邁不宜建艷筑的場權地：這集是指經綿預測變宿形超過耽建筑物眾允許變沉形值，城將使建病筑物產飲生嚴重翼破壞，扶甚至有堵倒塌危怪險，嚴智重影響掉建筑物蜜安全穩(wěn)寄定的場彎地。具揮體有如演下幾種臺場地不災宜建筑予：歡①斥在開采畏過程中皺及其以悶后可能寇產生臺艙階、裂枝縫和塌桿陷坑等雨非連續(xù)杰變形的理地段迷；遷②鈴處于地鬼表變形裳活躍階盯段的地者段集；汽③失特厚煤北層和傾巾角大敵于烤55有°陳的厚煤勞層的露佳頭地段嫌。皆④順由于地憂表變形縫可能引池起邊坡劇失穩(wěn)和扶山崩的排地段靠；瓜⑤況地下水君位埋深屠小于下錄沉量與建建筑物茂基礎埋平深之和心的地段混。酸2恰)船相對穩(wěn)闖定的場箏地：這夾是指地駐表變形惕趨于穩(wěn)款定，且拉無重復梯開采可矮能的地糞表移動擔盆地的驕中間區(qū)石或預測俯的地表驅變形小側于建筑蹈物允許星變形，譯即地表革傾饒斜妨T廁＜褲3mm皮/到m碼，曲豐率窄K蠅＜輸0.2謝×10扯-3m搬m/m瞧2哄及水平忌變約形美ε卻＜籌2mm繳/洪m雕凱的地段舍。戴3扎)緞較穩(wěn)定努的場地遣：這是重指穩(wěn)定耐性介于煌以上兩粘者之間鋪，須進望行結構金或地基謝方面的脖特殊處忠理或加毛固才能訴建筑的贊場地?？輰儆谶@幫類場地施的有退：美①捧采空區(qū)立采深采討厚比小傲于樣3猛0醒的地段屈；熔②似預測地疊表變形京值處于簡以下范察圍內的傅地段，遞即地表扶傾壩斜雪T=慌3遙～芽10m悄m/異m景或曲良率淹K=0世.宇2是～棒0.6前×10征-3m撇m/m雄2鞏或水平總變瞇形堵ε黨=挨2梅～膝6mm仁/長m美；浩③棋老采空釣區(qū)可能向活化或鼻有較大抓殘余變欠形影響鼻的地段奏；覽④把采深小槳、上覆親巖層堅希硬并采取用非正陡規(guī)開采動方法掘粱進的采馳空區(qū)地撞段。啄四亡、樂斑采空區(qū)派場地的笑建筑設俱計原則擾在地下顆采空區(qū)御場地建粱筑時，泰應在充俗分掌握道地表移最動和變蒼形規(guī)律拍，分析考地表變湖形對建杏筑物影倘響的基防礎上，棍合理規(guī)示劃并采祥取有效類的結構灘與建筑疫措施，陷以減少密地表變敬形對建劉筑物的沈影響，購保證建祝筑物安盈全穩(wěn)定仗與正常燃使用。論(腔一謀)漁涉建筑規(guī)藝劃她籠首先根繩據地表蒸變形分寬析預測校結果和衣建筑適槐宜性分蟲區(qū)結果柜，選擇道有利的怒建筑場規(guī)址；然保后，規(guī)撒劃各種逼建筑物纖的位置粒、型式掠和軸線偶方位等繭等垮威(港二囑)飲斜建筑措感施貌為了減昨少地下樓開采及糞地表變密形對建憤筑物的目影響，帆建筑上扒一般可號采取如摩下措施抬：鑒(1呀)京徐建筑物功體型力皆求簡單清、對稱縫，平面腳形狀以拴矩形或脫方形為都宜，且畏各部分書高度相解同叼。正(2屬)槍撲設置沉核降縫，贏將體型轟復雜、困長度過虧長及各籌部分剛乞度或荷云載相差荷較大的春建筑物加，劃分葵為若干齊個體型口簡單、靠長度較綱短及剛嗽度與荷盟載均勻遣的獨立坦單元。銹(瓦三燃)享呀結構措額施堡為了提舉高建筑辛物抵抗屑地表變累形引起冤的附加六作用力罷的能力潔，結構煤上可采宜取如下憤措施：瓶(1)純訂采用混萬凝土或榜鋼筋混葛凝土十亂字交叉包條形基私礎，以幼增加基主礎的整搏體性和迫剛度。淚(2)城廢設置圈尤梁和縱岸橫貫通踐式對稱醒承重墻善，以增勇加建筑傅物的整中體性和骨剛度，轉提高磚容砌體的彈抗彎、彎抗剪和崗抗拉強患度。森(3)火遮在地表個曲率變飄形較大先時，為蛛提高墻新體的抗籌剪強度配，增加呢建筑物焰的整體腥剛度，亂可在墻彩內受剪啟力較大辮或單元肆墻體轉就角部位健，設置鈔鋼筋混亡凝土構批造柱等架。膠除建筑志和結構逢措施外用，改進儉開采工監(jiān)藝和頂畏板管理彼方法也劫是防止望地表和柱建筑物早變形破狂壞的有識效措施驕。穩(wěn)五蔥、績火地下采陶空區(qū)場福地勘察掘要點跪地下采如空區(qū)勘螺察的主夸要目的嚷是查明免老采空祖區(qū)的分績布范圍賠、埋深鹽、充填漿程度及寸上覆巖災層的穩(wěn)置定性，析預測現分采空區(qū)耍和未來眾采空區(qū)展的地表崗變形特重征和規(guī)獻律，為楊建筑工怪程選址照、設計儉和施工怒提供可爛靠的地啄質和巖怒土工程拉資料。算采空區(qū)克勘察主延要通過射資料搜廢集、地鉤面調查呆，輔以芳物探、輕鉆探和摘地表變貪形觀測皆等進行欲。診具體內卷容如下端：牲(1)獨譽礦區(qū)地伯層巖性修、地質光構造及收水文地在質條件妙?；?2)碑添礦層的勸分布、赴層數、葡厚度、巴傾角、量埋深及家上覆巖愈層性質賊。側(3)緣結開采方鞠法、深日度、厚妹度、頂粘板管理鬼方法、判開采邊繳界及工撐作面推慘進方向謀與速度宋。批(4)伐嗚地表變舍形特征費和分布小規(guī)律，多包括地去表陷坑百、臺階夾及裂縫襖的位置昌、形狀滴、大小趴、深度籌、延伸齡方向及階其與采目空區(qū)、擴地質構鳥造、開互采邊界命及工作諷面推進緞方向等直的關系概。殺(5)止緊對老采橡空區(qū)應奉通過調牧查訪問通和物探怎、鉆探魂工作查糧明采空鑼區(qū)的分受布范圍絞、采厚鋒、埋深冬、充填卡情況和院密實程娛度、開舟采時間芝、方式溫，評價呢上覆巖零層的穩(wěn)套定性，墊預測殘那余變形建的影響鵝，判定苦作為建倍筑場地相的適宜史性和應偽采取的隱措施。耳(6)論驕對現采設空區(qū)和灣未來采蹲空區(qū)，秋應分析錯預測地六表移動頁盆地的愉特征，博劃分出給中間區(qū)羽、內邊朝緣區(qū)和導外邊緣法區(qū)。計以算地表名下沉、就傾斜、跳曲率、慨水平位乏移和變楊形等值援的大小鄰。根據醉建筑物撇的允許漸變形判憶斷對建軋筑物的覺危害程恐度，提射出加固什保護方旗案和措條施。旦(7)途貌采空區(qū)盼附近的傍抽、排寄水情況元及對采染空區(qū)穩(wěn)鏡定性的勾影響。予(8)愧遷已有建舊筑物的維類型、融結構及刷其對地擴表變形毒的適宜煉程度和頌建筑經秀驗等。耽(9)紹蝴建筑場房地的地榆形及地士基巖土賽物理力虛學性質銹。午13.疼10魂脾地下洞鏟室?guī)r土搬工程勘陷察要點該地下洞界室?guī)r土紹工程勘動察的目母的，是共查明建珠筑地區(qū)隙的巖土雪工程地記質條件精，選擇棉優(yōu)良的角建筑場秧址、洞箏口及軸裁線方位框，進行俘圍巖分農類和圍慰巖穩(wěn)定訂性評價暴，提出惕有關設田計、施濕工參數兆及支護臂結構方溝案的建見議，為響地下洞練室設計楚、施工起提供可稈靠的巖挺土工程養(yǎng)依據。逃整個勘真察工作黃應與設竭計工作刪相適應雞地分階迫段進行消。孟一傍、軍因可行性捎研究勘股察及初公步勘察字本階段獸勘察的陸目的是崗選擇優(yōu)錄良的地濱下洞室瞞位址和鏈最佳軸掉線方位渣。稀勘察研掘究內容抱有澡：叛①默搜集已糖有地形戶、航衛(wèi)騾片、區(qū)盾域地質增、地震殊及巖土鞏工程等雖方面的要資料顧；?、谶呎{查各慧比較洞鋤線地貌逃、地層勿巖性、攏地質構落造及物鐵理地質慌現象等扣條件，售查明是曠否存在催不良地脂質因素妖，如性白質不良貍巖層、潮與洞軸堂線平行脂或交角注很小的裝斷裂和羞斷層破暈碎的存槽在與分唇布等博；盛③扛調查洞鼻室進出貪口和傍低山淺埋轎地段的床滑坡、弄泥石流燃、覆蓋磨層等的辱分布，朝分析其兔所在山霉體的穩(wěn)忽定性虎；倍④框調查洞山室沿線派的水文角地質條煩件，并甜注意是勻否有巖概溶洞穴銜、礦山守采空區(qū)棋等存在者；籮⑤惠進行洞句室工程普地質分略段和初痕步圍巖霸分類。酸勘察方誘法以工勵程地質胸測繪為藥主，輔途以必要紋的物探蟲、鉆探蓋與測試宇等工作凳。測繪揚比例尺明一般修為胞1鉤∶時50中0殿0圈～盛1暑∶挑25宣00繭0愿。對可獄行性研仙究階段位的小比室例尺測到繪可在狐遙感資挨料解釋能的基礎催上進行囑。慕本階段并的勘探似以物探晝?yōu)橹?，保主要用雹于探測娃覆蓋層恐厚度及覺古河道布、巖溶抬洞穴、宗斷層破昨碎帶和狂地下水抵的分布雄等。鉆賞探孔距壯一般練為暗20塑0陸～番500面m簽，主要董布置在母洞室進喂出口、傷地形低挖洼處及荒有巖土揀工程問周題存在薦的地段擁。鉆探掙中應注憂意收集卡水文地筑質資料飲，并根污據需要乘進行地炒下水動鳳態(tài)觀測區(qū)和抽、電壓水試瓦驗。試赤驗則以釀室內巖園土物理奶力學試洋驗為主鄰。史二扇、史橫詳細勘爛察冊紛本階段犁勘察是鳥在已選勞定的洞統(tǒng)址區(qū)進孫行。其告勘察研鳥究內容母有：執(zhí)①樓查明地予下洞室袖沿線的坐工程地蒸質條件藝。在地時形復雜想地段應政注意過謝溝地段款、傍山拋淺埋地抗段和進危出口邊紀坡的穩(wěn)啦定條件朽。在地他質條件雖復雜地奮段，應遺查明松肥軟、膨病脹、易即溶及巖杯溶化地應層的分男布，以男及巖體株中各種辟結構面往的分布贏、性質醒及其組蹄合關系勻，并分老析它們儉對圍巖忘穩(wěn)定性脊的影響謙。洽②塊查明地密下洞室密地區(qū)的蛾水文地榨質條件敞，預測丟涌水及扁突水的敗可能性熟、位置慕及最大崖涌水量礎。在可皂溶巖分蒸布區(qū)還蹄應查明魂巖溶發(fā)雹育規(guī)律儉，溶洞隱規(guī)模、瞇充填情稼況及富賀水性。拍③柜確定巖弄體物理稈力學參股數，進庭行圍巖確分類，預分析預養(yǎng)測地下恐洞室圍留巖及進功出口邊視坡的穩(wěn)護定性，萬提出處停理建議耐。眾④商對大跨幅度洞室刮，還應藏查明主當要軟弱鄙結構面召的分布表和組合家關系，言結合天撤然應力貓評價圍崗巖穩(wěn)定信性，提典出處理噸建議。之⑤腦提出施賞工方案怒及支護脆結構設概計參數董的建議良。晉本階段核工程地棉質測繪乒、勘探強及測試莊等工