《地下工程围岩压力》课件

地下工程围岩压力地下工程建设中,设计合理的围岩压力控制方案是关键。恰当的围岩压力评估能够确保项目安全性,减少建设成本和维护费用。我们将探讨地下工程中的主要围岩压力类型及其应对措施。引言地下工程的重要性地下工程是城市建设和基础设施发展的重要组成部分,为满足人类日益增长的需求而兴建。围岩压力分析的必要性地下工程环境复杂,了解和掌握围岩压力对设计、施工和安全至关重要。本课件的目标通过系统介绍地下工程围岩压力相关知识,帮助参与者更好地理解和把控围岩压力。地下工程的特点复杂的环境条件地下工程常位于深层土体或岩体中,面临复杂的地质环境,如高地应力、高温高压、地下水侵蚀等。这对地下工程的建设和运营提出了严峻的挑战。狭小的工作空间相比于地上工程,地下工程的施工和作业空间较为狭小。这对机械设备的选择和人员的活动都带来了一定的限制。施工环境的复杂性地下工程的施工受周围岩体、含水层等因素的影响较大,需要根据实际状况不断调整施工方案和措施。运营维护的困难地下工程位于隐蔽的环境中,日常的检查和维护工作相对更加复杂和困难。围岩压力的定义及作用围岩压力的定义围岩压力是指地下工程开挖过程中,由于围岩自重、构造运动、地应力等因素产生的压力。它是地下工程建设中需要重点关注的重要参数。围岩压力的作用围岩压力对地下工程的稳定性和支护结构设计有重大影响。准确把握围岩压力的分布特征和变化规律至关重要,是确保地下工程安全的基础。围岩压力的研究意义深入研究围岩压力的形成机理、测量方法和控制措施,对于提高地下工程建设的安全性和经济性具有重要意义。围岩压力的形成机理地下应力场地下应力场是由地层的自重、地质构造、工程开挖等因素形成的复杂的三维力场。应力传递过程地下应力通过岩层的应力传递过程作用于工程围岩,形成复杂的应力状态。变形能量积累开挖后,围岩会发生变形,并在此过程中积累大量的应变能,形成围岩压力。围岩压力的构成地应力地应力是由于地球内部自重、构造活动等因素形成的内部应力。这是围岩压力的根本原因。水压力地下水的浸润和压力也会产生水压力,是围岩压力的重要组成部分。瓦斯压力一些地下工程中存在天然气等易燃气体,形成的瓦斯压力也是围岩压力的一部分。热应力地下环境温度较高,相比地表会产生热膨胀,从而产生热应力。垂直向围岩压力2MPa最大压力深埋地下工程可达2MPa的垂直向压力。5-10%支护承载垂直压力需承担支护结构5-10%的载荷。500m抑制深度一般500m以浅的地下工程会受到垂直压力影响。水平向围岩压力水平向围岩压力是地下工程设计中极其重要的参数。它主要受地层岩性、埋深、地应力状态等因素的影响。该图展示了不同类型围岩的水平向压力值。页岩具有最高的水平压力，砂岩最低，而泥岩和粉砂岩介于两者之间。围岩压力的测量方法直接测量利用压力测点或压力计直接测量围岩压力的大小和分布。这种方法精度高,但需要在实际工程中进行原位测试。间接计算根据围岩的物理力学性质,结合理论分析和试验数据,间接推算围岩压力的大小和分布。这种方法简单方便,但精度相对较低。模型试验建立围岩压力模型,通过模拟实际工程条件进行试验测量。可以研究复杂工况下的围岩压力,但需要满足相似性原理。瓦斯压力的测量直接测量法利用压力表直接测量钻孔中的瓦斯压力,可以直观反映瓦斯压力的大小。孔压涌出法通过分析钻孔内瓦斯的涌出情况,可以间接计算出瓦斯压力的大小。进气量法利用通风管道中的瓦斯流量计计算出瓦斯流量,以此推算瓦斯压力。水压力的测量测量方法采用静压计或压电式压力传感器等设备直接测量水压力大小。测量位置测量时应选择对地下水流动有较大影响的关键部位。测量频率由于水压力随时间变化较大，需要持续动态监测。测压过程中的注意事项对测试点进行仔细勘察在进行地下压力测试前,要仔细勘察测试点的地质情况,确保测试点具有良好的地质条件。使用专业的测压设备采用高精度、可靠性强的测压仪器,以确保测试数据的准确性和可靠性。由专业人员操作测压工作需要由经过专门培训的技术人员执行,确保测试过程的规范性。围岩压力的分类静态围岩压力静态围岩压力是指不随时间而变化的恒定压力,主要受岩石自重、构造应力等影响。动态围岩压力动态围岩压力是指随时间变化的压力,受温度、湿度、地下水等因素影响。地震、爆破等外力作用也会引起动态围岩压力变化。静态围岩压力自重压力由岩体自身重量所产生的垂直向压力。随埋深的增加而增大。地应力由地层形成过程中的应力状态而产生的水平向压力。受地质构造影响较大。液体静压力地下水或其他液体对岩体的垂直和水平向压力。与水头高度成正比。动态围岩压力瞬时性变化动态围岩压力通常由爆破、地震等外力突然作用于地下工程时发生。这种压力变化极其迅速,并可能引发严重的工程灾害。周期性变化部分地下工程会遭受季节性、潮汐等周期性变化的围岩压力,需要采取特殊的支护措施。持续性变化一些地下工程会受到持续的地壳运动、采空区变形等导致的围岩压力变化,需要长期监测和调整支护方案。围岩压力的研究方法理论分析法利用数学模型和计算机技术,对围岩压力的形成机理和作用规律进行深入研究和分析,得出理论预测结果。原位试验法在实际的地下工程中,采用各种测量仪器和设备直接测量和监测围岩压力的实际情况,从而获取真实可靠的数据。模型试验法利用缩尺模型,模拟实际工程环境,通过实验测量与观测,分析围岩压力的形成过程和规律。理论分析法1基于数学模型该方法通过建立地下工程围岩压力的数学模型,利用数学推导和计算分析来预测围岩压力的分布和大小。2考虑多种因素理论分析法可以综合考虑地质条件、地应力状态、开挖方式等多种因素,得到更加准确的压力预测结果。3可分析复杂情况相比于经验公式,理论分析法更适合分析复杂的地下工程环境,如深埋隧道、软弱围岩等。4结果可视化展示通过数值模拟,理论分析法可以直观地展示围岩压力的分布和变化趋势,为支护设计提供依据。原位试验法现场监测通过在地下工程现场直接对围岩压力进行测量和监测,获取真实可靠的数据。模拟实际环境在原位条件下进行测试,能够更好地模拟实际的地下环境和荷载条件。结果可靠性高原位试验法可以消除缩小模型带来的误差,得到更为准确的结果。模型试验法缩尺模型实验通过建立缩尺模型,模拟实际工程环境,观察并记录围岩压力变化。参数监测在模型中布置各类传感器,实时监测围岩应力、位移等参数。数据分析对监测数据进行分析,评估模型试验结果,为工程设计提供参考。模型试验法是研究围岩压力的有效手段,通过建立可控的实验模型,模拟实际工程条件,观察和测量围岩压力变化规律,为工程设计提供数据支持。这种方法操作灵活,可以针对特定工程条件进行优化和验证。围岩压力对地下工程的影响1结构稳定性极大的围岩压力可能导致隧道、cavern等结构的破坏和塌坍。2机械设备损坏压力过大可能会损坏施工机械设备，影响工程进度。3施工安全隐患压力过大还可能造成工人伤害事故，威胁施工安全。地下工程的主要挑战之一就是如何有效应对围岩压力。强大的围岩压力不仅会影响结构的稳定性，还可能损坏重要的施工设备，甚至威胁到工人的安全。因此，全面认知围岩压力的特点并采取针对性的预防措施至关重要。综合控制措施支护结构设计根据预测的围岩压力,合理选择支护形式和参数,确保支护结构能够有效承受围岩压力。围岩预处理技术采用针喷、化学注浆等预处理措施,提高围岩的强度和稳定性,减小围岩压力。开挖工艺优化采用分段开挖、爆破控制等工艺,缓解单断面开挖对围岩的冲击,降低围岩压力。监测预警安装监测系统实时监控围岩压力变化,及时发现异常情况并采取相应措施。支护结构设计1结构类型选择根据工程类型、地质条件及承载能力要求,选择合适的支护结构类型,如针杆支护、锚索支护、混凝土衬砌等。2结构尺寸计算依据荷载分析和力学计算确定支护结构的几何尺寸和钢筋配置,确保结构安全性。3施工工艺优化结合施工现场条件,优化支护结构的安装和施工工艺,提高施工效率和质量。4结构监测与管理设置监测点,定期检查支护结构的变形和应力状态,及时发现问题并采取修复措施。围岩预处理技术应力松弛通过事先释放围岩内部应力,降低岩石的强度与变形性,从而控制围岩压力。注浆加固将水泥浆液或化学药剂注入岩体中,填充裂隙,增强岩石强度,提高抗压能力。预裂爆破通过控制爆破震动破坏岩石,形成预先设计的裂缝系统,以降低开挖过程中的围岩压力。开挖工艺优化合理调整开挖线路根据地质条件和结构特点,适当调整隧道线路,避免复杂不利地段,尽量选择稳定性好的地层。优化开挖顺序采用分段开挖、先导洞开挖等技术,根据围岩性质逐步推进,确保开挖安全。采用先进开挖设备使用全断面掘进机、大型液压挖掘机等高效设备,提高开挖效率,缩短工期。优化爆破工艺合理设置爆破参数,减少对围岩的损坏,控制振动,保护周边建筑物。工程案例分析1地铁工程复杂的地质条件和高密集的城市环境下的挑战2隧道工程长距离开挖和支护难度大的问题3矿山工程深层开采和高温高压环境的独特困难地下工程项目面临着各种特殊的地质条件和施工环境,需要针对不同工程类型采取相应的围岩压力控制措施。下面将从地铁、隧道和矿山三个典型工程案例出发,分析具体的围岩压力问题及其解决方案。地铁工程案例地铁工程是一种典型的地下工程,在建设过程中需要面对复杂的地质环境和高压的围岩压力。下面我们以某地铁工程为例,探讨在实际项目中如何应对这些挑战。该地铁工程位于城市中心地带,隧道需要穿越软土和风化岩层。在开挖过程中,软土层产生大量的膨胀压力,同时风化岩层又有剥落和崩塌的风险。为此,工程团队采取了多项措施来控制围岩压力,如注浆加固、设置支护网、使用防护板等手段。隧道工程案例以高速铁路隧道为例,施工过程中面临的主要挑战包括高地应力、大变形、高水压等。通过优化施工工艺和采取加强支护等综合措施,成功确保了隧道工程质量和安全。在复杂地质条件下,合理控制开挖步骤、及时补充支护、加强监测等措施非常关键,确保隧道结构稳定和安全施工。矿山工程案例在矿山工程中,地下开采是常见的方式。由于地形环境复杂,地下岩石结构变化较大,因此围岩压力的分析和控制尤为重要。针对矿山工程中的一些典型案例,如金矿、铜矿、煤矿等,我们需要针对不同的地质条件和开采方式,采取有针对性的围岩压力分析和控制措施。通过实际工程案例的分析,可以为今后的矿山工程提供宝贵的经验和依据,从而更好地应对复杂的地下工程环境。结论与展望总结成果本课程详细探讨了地下工程围岩压力的定义、形成机理、测量方法等关键内容。对地下工程的设计和施工有重要指导意义。未来展望随着新技术的不断应用,未来将进一步提高对围岩压力的预测和控制能力,确保地下工程的安全与经济。继续研究需要进一步深入研究围岩压力在复杂地质条件下的表现特征,完善围岩压力的测量方法和预测模型。总结主要内容回顾本课件全面介绍了地下工程的围岩压力特点、形成机理、测量方法以及对地下工程的影响。从基础概念到实际应用案例进行了系统梳理。重点知识点总结围岩压力的分类、测量技