《隧道与地下工程施工》课件-模块二 隧道勘察与总体设计-单元3-隧道围岩压力

《隧道与地下工程施工》模块二

隧道勘察与总体设计

单元3围岩压力

《隧道与地下工程施工》本讲主要内容隧道围岩压力概述101围岩压力特点2围岩压力影响因素3围岩压力确定4隧道勘察与总体设计——围岩压力

01LOGO围岩压力定义：围岩压力是指引起地下开挖空间周围岩体和支护变形或破坏的作用力。它包括由地应力引起的围岩力以及围岩变形受阻而作用在支护结构上的作用。是隧道支撑或衬砌结构的主要荷载之一。•围岩压力的性质、大小、方向以及发生和发展的规律，对正确进行隧道设计与施工有重要影响。一、围岩压力概述隧道勘察与总体设计——围岩压力

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人们从开挖洞穴后围岩变形和坍塌，衬砌或支护产生变形和开裂等现象，逐步认识到围岩压力的存在。•

从广义来理解，围岩压力既包括围岩有支护的情况，也包括围岩无支护的情况；既包括作用在普通传统支护，也包括锚喷和压力灌浆等现代支护的方法中所显示的力学性质。•

从狭义来理解，围岩力是指围岩作用在支护结构上的压力。在工程中一般研究狭义的围岩压力。一、围岩压力概述隧道勘察与总体设计——围岩压力

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围岩压力按作用力发生形态分类：（1）松散压力：是指由于开挖而松动或坍塌的岩体以重力形式直接作用在支护结构的压力。按作用在支护上的力的位置不同，分为竖向压力和侧向压力。（2）形变压力：是指由于围岩变形受到与之密贴的支护的抑制，而使围岩与支护结构共同变形过程中，围岩对支护结构施加的接触压力。（3）膨胀压力：是指围岩由于吸水、应力解除等膨胀引起的压力。（4）冲击压力：围岩产生岩爆或瓦斯突发，在支护结构上产生的动压力。与岩爆规模、岩爆强烈程度和支护结构的刚度有关，是一种瞬间压力。一、围岩压力概述隧道勘察与总体设计——围岩压力

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隧道结构包括支护结构和围岩，因此隧道围岩压力既取决于自然因素即隧道所穿越的地层（地质环境），也取决于人为因素即开挖和支护方式。•

地质环境—隧道工程所赋予的地质环境很广，包括地层特征、地下水状况、开挖前就存在于地层中的原始地应力状态等•

开挖和支护方式—基于不同理论和手段的隧道掘进方法和保证稳定的结构体系。二、围岩压力特点隧道勘察与总体设计——围岩压力

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影响围岩压力的主要因素（1）地质或地层环境：包括围岩软硬程度、围岩完整程度、破裂构造带、地层构造应力、地下水发育程度。

在软弱围岩中修建隧道很容易发生结构坍塌和破坏等危险。另外有水和没水差别很大，有水隧道比如岩溶体系容易产生富水，容易给施工过程带来危险和人员伤亡。地层原始构造应力很大的情况下，容易发生岩爆或挤压现象。二、围岩压力特点隧道勘察与总体设计——围岩压力

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影响围岩压力的主要因素（1）地质或地层环境：

包括围岩软硬程度、围岩完整程度、破裂构造带、地层构造应力、地下水发育程度。

在软弱围岩中修建隧道很容易发生结构坍塌和破坏等危险。另外有水和没水差别很大，有水隧道比如岩溶体系容易产生富水，容易给施工过程带来危险和人员伤亡。地层原始构造应力很大的情况下，容易发生岩爆或挤压现象。二、围岩压力特点隧道勘察与总体设计——围岩压力

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影响围岩压力的主要因素（2）开挖和支护方式开挖方式：矿山法、新奥法、盾构法等开挖工法：在好的围岩条件下我们使用全断面法，对于差一点的围岩条件下采用台阶法、再差一点的围岩条件采用单侧壁导坑法、更差的围岩条件采用双侧壁导坑法、中隔壁法（CD法）、交叉中隔壁法（CRD法）等。二、围岩压力特点隧道勘察与总体设计——围岩压力

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影响围岩压力的主要因素（3）隧道埋深

浅埋的隧道安全风险较大、深埋隧道相对来说要好的多。（4）隧道跨度

跨度越大安全风险越大（5）不同的支护方式

锚喷、双层模筑、管片拼装的支护方式等，对隧道围岩压力产生影响。二、围岩压力特点隧道勘察与总体设计——围岩压力

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围岩压力的发生形态，其形态分为松动压力和形变压力。

围岩松动压力的形成包括：变形阶段、松动阶段、塌落阶段、成拱阶段

变形阶段:隧道开挖后，围岩应力重分布过程中，顶板开始沉陷，出现拉断裂纹;

松动阶段:顶板裂纹继续发展且张开，由于结构面切割等原因，逐渐转变为松动;

坍塌阶段：随着应力重分布的进一步产生，顶板岩体视其强度不同而逐步坍塌;

成拱阶段:顶板塌落停止，达到新的平衡，此时其界面形成一近似的拱形。三、围岩压力确定隧道勘察与总体设计——围岩压力

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对于好的围岩条件比较容易成拱，开挖后可以形成不需要进行任何支护的裸洞，但是对于淤泥质或沙土质，开挖后形成不了稳定的压力拱结构，需要支护来支撑围岩压力。

开挖隧道所引起围岩松动和破坏范围有大有小，对于一般裂隙岩体中深埋隧道，波及范围仅局限在隧道周围一定深度。

隧道开挖时，上覆地层的变形—松动—坍塌过程会在隧道以上一定范围内稳定终止，出现了一个能够承载以上地层重力的“压力拱结构”。

围岩的“成拱作用”可用来解释作用在支护结构上的围岩松动压力总是远远小于其上覆盖地层自重所造成的压力。

三、围岩压力确定隧道勘察与总体设计——围岩压力

01LOGO围岩压力的确定方法目前常用以下三种方法：•

直接或间接量测法•

经验法或工程类比•

理论估算法三、围岩压力确定隧道勘察与总体设计——围岩压力

01LOGO围岩压力的确定方法

（1）直接量测法：是一种切合实际的方法，对隧道工程而言，也是研究发展的方向，但由于受量测设备和技术水平的制约，其准确性和精度有待提高。主要采用压力盒、压力传感器等，目前使用较多的是钢弦式压力盒。

三、围岩压力确定隧道勘察与总体设计——围岩压力

01LOGO围岩压力的确定方法

（2）间接测量法：利用量测隧道衬砌的应变、变形来推算作用在其上的围岩压力的方法，即间接量测法。如电阻应变片、钢筋应变计、遥测应变计、混凝土应变片等三、围岩压力确定隧道勘察与总体设计——围岩压力

01LOGO围岩压力的确定方法

（3）经验法或工程类比法：是根据大量以前工程的实际资料统计和总结，按不同围岩分级提出围岩压力的经验数值，作为后建隧道工程确定围岩压力的依据的方法。是目前使用较多的方法。三、围岩压