第四章-圍巖分級與圍巖壓力

隧道工程施工技術(shù)1第4章

圍巖分級及圍巖壓力

2一、概述

4.4.1概述■研究隧道地質(zhì)環(huán)境需要解決的兩個問題（最佳的施工方法和支護結(jié)構(gòu)）?！隹刹捎玫姆椒ㄓ校ń?jīng)驗方法和理論方法）?！鑫覈壳暗乃淼拦こ烫幵冢ń?jīng)驗設(shè)計和經(jīng)驗施工）的階段?！鼋?jīng)驗法的依據(jù)就是隧道圍巖穩(wěn)定性的分級?！鏊淼绹鷰r分級的基礎(chǔ)條件是坑道開挖后的穩(wěn)定性

在不同的巖體中開挖隧道后巖體所表現(xiàn)出的穩(wěn)定性是不同的，可歸納為充分穩(wěn)定、基本穩(wěn)定、暫時穩(wěn)定和不穩(wěn)定四種。第二節(jié)圍巖分級3

圍巖分級：各種圍巖的物理性質(zhì)之間存在一定的內(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。圍巖分級的目的：作為選擇施工方法的依據(jù)；進行科學(xué)管理及正確評價經(jīng)濟效益；確定結(jié)構(gòu)上的荷載(松散荷載)；給出襯砌結(jié)構(gòu)的類型及其尺寸；制定勞動定額、材料消耗標準的基礎(chǔ)等等。4

比較理想的分級方法是：準確客觀，有定量指標，盡量減少因人而異的隨機性；便于操作使用，適于一般勘測單位所具備的技術(shù)裝備水平；最好在挖開地層前得到結(jié)論。應(yīng)該說，到現(xiàn)在還沒有出現(xiàn)一種比較完美的方法。5圍巖分類的幾個基本要素

圍巖分級的方法很多種，不同國家，不同行業(yè)都根據(jù)各自的特點和目的提出了各自的分級方法，現(xiàn)行的許多分級方法中，作為分級的基本要素大致有三類:

與巖性有關(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6與巖性有關(guān)的要素：

例如分為硬巖，軟巖，膨脹巖。其分級指標是巖石強度和變形性質(zhì)等；例如掩飾的單軸抗壓強度、巖石的變形模量或彈性波速等

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)，風化程度等。其分級指標采用巖石質(zhì)量指標，地質(zhì)因素評分法等。實際上就是對巖石完整性和結(jié)構(gòu)狀態(tài)的評價。它是占有重要地位的！

7與地下水有關(guān)的要素：

例如地下水發(fā)育時，圍巖級別應(yīng)降低。1個附加要素：

初始地應(yīng)力：適當考慮。8二、圍巖分級方法(4類）(一)以巖石強度或巖石的物性指標為代表的分級方法1.以巖石強度為基礎(chǔ)的分級方法:這種分級方法，單純以巖石強度為依據(jù)。這種分級方法認為隧道開挖后它的穩(wěn)定性取決于巖石強度。巖石越堅硬，坑道越穩(wěn)定。反之，巖石越松軟，可到穩(wěn)定性就越差。實踐證明，這種認識是不全面的，例如我國陜北的老黃土，無水時直立性很強，穩(wěn)定性相當高，在無支護的情況下，可以維持十幾年，甚至幾十年。但單軸抗壓強度很低；又如江西福建一帶的紅砂巖，整體性很好，坑道開挖后穩(wěn)定性較好，但強度卻不高，因此單純以巖石強度為基礎(chǔ)的分級方法需要改進完善。92.以巖石的物性指標為基礎(chǔ)的分級方法：見表1-2在這種分級方法中，具有代表性的是前蘇聯(lián)普落托奇雅柯諾夫教授提出的“巖石堅固系數(shù)”分級法(或稱“f”值分級法，或普氏分級法)。這種分級方法在我國的隧道工程中得到了廣泛的應(yīng)用?！癴”值是一個綜合物性指標，它表示巖石在采礦過程中各個方面的相對堅固性，如抗暴性、抗鉆性、強度等。但以往人們確定“f”值主要采用強度試驗法，再堅固其他指標。即式中--巖石飽和單軸極限抗壓強度。我國工程部門在將“f”值分級法應(yīng)用到隧道工程的設(shè)計、施工時，已注意到必須考慮巖體的地質(zhì)構(gòu)造、風化程度、地下水狀況等多種因素的影響，而將由單一巖石強度決定的“f”值適當降低，即：式中“f”值是由巖石強度決定的，K是考慮地質(zhì)條件的折減系數(shù)，一般情況下，K＜1.0。10(二)以巖體構(gòu)造、巖性特征為代表的分級方法

1.泰沙基分級法這種分級方法是在早期提出的，限于當時條件，僅把不同巖性、不同構(gòu)造條件的圍巖分成九級，每級都有相應(yīng)的地壓范圍值和支護措施，在分級時是以坑道有水的條件為基礎(chǔ)的，當確認無水時，Ⅳ～Ⅶ圍巖的地壓值應(yīng)降低50﹪。這種分級方法曾長期被各國采用，至今有廣泛影響。112.以巖體綜合物性為指標的分級方法

60年代，我國在積累大量鐵路隧道修建經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，提出了以巖體綜合物性指標為基礎(chǔ)的“巖體綜合分級法”，并于1975年經(jīng)修正后被我國“鐵路工程技術(shù)規(guī)范(隧道)”所采用。該分級法將隧道圍巖分為6級。見表1-4

這類方法的優(yōu)點是正確地考慮了地質(zhì)構(gòu)造特征、風化狀況、地下水情況等多種因素對隧道圍巖穩(wěn)定性的影響，并建議了各類圍巖應(yīng)采用的支護類型和施工方法。此外，這種分級法最早考慮了埋深對圍巖級別的影響。其缺點是分類指標還缺乏定量描述，沒有提供可靠的預(yù)測隧道圍巖級別的方法，在一定程度上要等到隧道開挖后才能確定。12(三)與地質(zhì)勘探手段相聯(lián)系的分級方法

1.按彈性波(縱波)速度的分級方法

圍巖彈性波速度是日本提出的分級方法，圍巖彈性波速度是判斷巖性、巖體結(jié)構(gòu)的綜合指標，它既可以反映巖石軟硬，又可以表達巖體結(jié)構(gòu)的破碎程度。因此，在彈性波速度基礎(chǔ)上，綜合考慮與隧道開挖及土壓有關(guān)的因素(巖性、風化程度、破碎狀態(tài)、含水及涌水狀態(tài)等)，將圍巖分為7級。我國1986年施行的“鐵路隧道設(shè)計規(guī)范”中將彈性波(縱波)速度引入隧道圍巖分級中，將圍巖分為6級(表1-1)。

表1-1彈性波(縱波)速度分級圍巖類別ⅥⅤⅣⅢⅡⅠ彈性波速(km/s)＞4.53.5～4.52.5～4.01.5～3.01.0～2.0＜1.0(飽和土＜1.5)132.以巖石質(zhì)量為指標的分級方法——RQD法

所謂巖石質(zhì)量指標RQD是指鉆探時巖芯復(fù)原率，或稱巖芯采取率，即單位長度鉆孔中10cm以上的巖芯占有的比例，可寫為:

RQD(％)

該分級法將圍巖分為5級R>0.90.75<R<0.90.5<R<0.750.25<R<0.5R<0.25優(yōu)良好差很差表中R為RQD指標。14“巖體質(zhì)量——Q”的分類方法。(四)組合多種因素的分級方法

這種分級法認為，評價一種巖體的好壞，既要考慮地質(zhì)構(gòu)造、巖性、巖石強度，還要考慮施工因素，如掘進方向與巖層之間的關(guān)系、開挖斷面的大小等，因此就需要建立在多種因素的分析基礎(chǔ)之上。在這類分級法中，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”分級法。Q與六個表明巖體質(zhì)量的地質(zhì)參數(shù)有關(guān)，表達如下：15組合了6個參數(shù)：巖石質(zhì)量指標、節(jié)理組數(shù)目、節(jié)理粗糙度、節(jié)理蝕變值、節(jié)理含水折減系數(shù)、應(yīng)力折減系數(shù)。16

根據(jù)不同的Q值，將巖體質(zhì)量評為九等，詳見表3-5。巖體質(zhì)量特別好極好良好好中等不良壞極壞特別壞Q400～1000100～40040～10010～404～101～40.1～10.01～0.10.001～0.01表4-2巖體質(zhì)量評估17：綜上所述，圍巖分級有以下幾方面發(fā)展趨勢：分級要以巖體為對象。分級要與地質(zhì)勘探手段有機地聯(lián)系起來，這樣才有一個方便而又較可靠的判斷手段分級要有明確的工程對象和工程目的。分級逐漸定量化。18三、我國鐵路隧道圍巖分級方法1.圍巖分級的基本因素(1)巖石堅硬程度根據(jù)單軸飽和抗壓強度Rc分為5級，即極硬巖、硬質(zhì)巖、較軟巖、軟巖、極軟巖，如表。

目前鐵路隧道圍巖分級采用兩種方法:以圍巖穩(wěn)定性為基礎(chǔ)的分級方法和按彈性波(縱波)速度的分級方法。(一)以圍巖穩(wěn)定性為基礎(chǔ)的分級方法鐵路隧道圍巖分級19巖石堅硬程度的劃分

巖石類別單軸飽和抗壓強度Rc/MPa代表性巖石硬質(zhì)巖極硬巖>60花崗巖、閃長巖、玄武巖等巖漿巖；硅巖、鈣質(zhì)膠結(jié)的礫巖及砂巖、石灰?guī)r、白云巖等沉積巖；片麻巖、石英巖、大理巖、板巖、片巖等變質(zhì)巖

硬巖30～60軟質(zhì)巖較軟巖15～30凝灰?guī)r等噴出巖；砂礫巖、泥質(zhì)砂巖、泥質(zhì)頁巖、灰質(zhì)頁巖、泥灰?guī)r、泥巖、煤等沉積巖；云母片巖或千枚巖等變質(zhì)巖軟巖5～15極軟巖<5鐵路隧道圍巖分級20

(2)巖體的完整程度：衡量圍巖的完整程度要考慮以下因素按照軟弱面的產(chǎn)狀、貫通性以及充填物的情況，可將圍巖分為：完整、較完整、較破碎、破碎、極破碎。按照圍巖受地質(zhì)構(gòu)造影響的程度，可將圍巖分為

構(gòu)造變動輕微、較重、嚴重、很嚴重。鐵路隧道圍巖分級按照節(jié)理(裂隙)發(fā)育程度的不同又分為：節(jié)理不發(fā)育、節(jié)理較發(fā)育、節(jié)理發(fā)育及節(jié)理很發(fā)育。按照巖體風化程度的不同將圍巖分為：風化輕微、較重、嚴重、極嚴重四級。巖體完整程度按下表劃分。

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巖體完整程度的劃分

完整程度結(jié)構(gòu)面狀態(tài)結(jié)構(gòu)類型巖體完整性指數(shù)完整結(jié)構(gòu)面1~2組，以構(gòu)造型節(jié)理或?qū)用鏋橹鳎荛]性巨塊狀整體結(jié)構(gòu)>0.75較完整結(jié)構(gòu)面2~3組，以構(gòu)造型節(jié)理、層面為主，裂隙多呈密閉型，部分為微張型，少有充填物塊狀結(jié)構(gòu)0.55～0.75較破碎結(jié)構(gòu)面一般為3組，以節(jié)理及風化裂隙為主，在斷層附近受構(gòu)造作用影響較大，裂隙以微張型和張開型為主，多有充填物層狀結(jié)構(gòu)、塊石碎石結(jié)構(gòu)0.35～0.55破碎結(jié)構(gòu)面大于3組，多以風化型裂隙為主，在斷層附近受構(gòu)造作用影響大，裂隙寬度以張開型為主，多有充填物碎石角礫狀結(jié)構(gòu)0.15～0.35極破碎結(jié)構(gòu)面雜亂無序，在斷層附近受斷層作用影響大，寬張裂隙全為泥質(zhì)或泥夾巖屑充填，充填物厚度大散體狀結(jié)構(gòu)≤0.15222.圍巖基本分級及其修正(1)基本分級《公(鐵)路隧道設(shè)計規(guī)范》隧道圍巖劃分為六級。鐵路隧道圍巖分級(2)隧道級別的修正地下水影響的修正地下水對圍巖的影響主要表現(xiàn)在軟化圍巖軟化結(jié)構(gòu)面承壓水作用

23地下水狀態(tài)的分級級別狀態(tài)滲水量(L/(min·10m))Ⅰ干燥或濕潤<10Ⅱ偶有滲水10-25Ⅲ經(jīng)常滲水25-125鐵路隧道圍巖分級根據(jù)單位時間的滲水量將地下水狀態(tài)分為3級24地下水影響的修正地下水狀態(tài)圍巖級別ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅠⅠⅡⅢⅣⅤ—ⅡⅠⅡⅣⅤⅥ—ⅢⅡⅢⅣⅤⅥ—鐵路隧道圍巖分級根據(jù)地下水狀態(tài)對圍巖級別的修正如表。25圍巖初始地應(yīng)力狀態(tài)修正

根據(jù)圍巖初始地應(yīng)力狀態(tài)，按下做出評估。鐵路隧道圍巖分級初始應(yīng)力狀態(tài)主要現(xiàn)象評估基準Rc/σmax極高應(yīng)力硬質(zhì)巖：開挖過程中時有巖爆發(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，開挖過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)時間長，不宜成洞高應(yīng)力硬質(zhì)巖：開挖過程中可能出現(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4～7軟質(zhì)巖：巖芯時有餅化現(xiàn)象，開挖過程中洞壁巖體位移顯著，持續(xù)時間長，成洞性差26圍巖初始地應(yīng)力狀態(tài)修正

初始地應(yīng)力對圍巖級別的修正宜按下表進行。鐵路隧道圍巖分級初始地應(yīng)力狀態(tài)圍巖級別ⅠⅡⅢⅣⅤ極高應(yīng)力ⅠⅡⅢ或Ⅳ*ⅤⅥ高應(yīng)力ⅠⅡⅢⅣ或Ⅴ**Ⅵ注：*圍巖巖體為較破碎的極硬巖、較完整的硬巖時，定為Ⅲ級；圍巖巖體為完整的較軟巖、較完整的軟硬互層時，定為Ⅳ級。**圍巖巖體為破碎的極硬巖、較破碎及破碎的硬巖時，定為Ⅳ級；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，定為Ⅴ級。27風化作用的影響

當圍巖為風化層時應(yīng)按風化層的圍巖基本分級考慮圍巖僅受地表影響時，應(yīng)較相應(yīng)圍巖降低1~2級。二、彈性波速度的分級方法彈性波(縱波)速度與圍巖級別的關(guān)系鐵路隧道圍巖分級圍巖類別ⅠⅡⅢⅣⅤⅥ彈性波(縱波)速度vp(km/s)＞4.53.5～4.52.5～4.01.5～3.01.0～2.0＜1.0＜1.5(飽和狀態(tài)的土)注：飽和狀土壤vp<1.5km/s28四、我國公路隧道圍巖分級方法采用兩步走的方法：(1)根據(jù)巖石的堅硬程度和巖體完整程度兩個基本因素的定性特征和定量的巖體基本質(zhì)量指標BQ綜合進行初步分級；(2)考慮修正系數(shù)，修正巖體基本質(zhì)量指標值；(3)按修正后的巖體基本質(zhì)量指標[BQ]，結(jié)合巖體的定性特征綜合評判、確定圍巖的詳細分級。公路隧道圍巖分級29公路隧道圍巖分級1、分級因素及其確定方法本分級標準認為巖體基本質(zhì)量應(yīng)由巖石堅硬程度和巖體完整程度兩個因素確定。

堅硬程度分為五級：堅硬巖、較堅硬巖、較軟巖、軟巖、極軟巖。巖體完整程度可分為五級：完整、較完整、較破碎、破碎、極破碎。巖體完整程度劃分的定量指標采用巖體完整性指數(shù)Kv

。30公路隧道圍巖分級巖石堅硬程度定性劃分31公路隧道圍巖分級巖石堅硬程度定量劃分按巖石單軸飽和抗壓強度Rc分為5級。Rc也可按實測的點荷載強度指數(shù)換算：32公路隧道圍巖分級定性劃分巖體完整程度33公路隧道圍巖分級定量劃分按巖體完整性指數(shù)Kv表達巖體完整性指數(shù)：

現(xiàn)場測定的巖體彈性波速度v的平方與同種巖石試件彈性波速度v0的平方的比值。巖體完整程度34公路隧道圍巖分級巖體的完整程度也可按巖體體積節(jié)理數(shù)Jv確定35公路隧道圍巖分級2、確定巖體基本質(zhì)量分級巖體基本質(zhì)量分級可根據(jù)上述的分級因素結(jié)合巖體基本質(zhì)量指標BQ進行。巖體基本質(zhì)量指標BQ應(yīng)根據(jù)Rc的兆帕數(shù)值和Kv值計算而得。36公路隧道圍巖分級BQ=90+3Rc+250Kv

當Rc＞90Kv+30時，應(yīng)以Rc=90Kv+30和Kv代入式計算BQ值；當Kv＞0.04Rc+0.4時，應(yīng)以Kv=0.04Rc+0.4和Rc代入式計算BQ值。適用條件：37公路隧道圍巖分級3、工程巖體級別的確定

修正的巖體基本質(zhì)量指標[BQ]：

[BQ]=BQ－100(K1十K2十K3)

式中，K1——地下水影響修正系數(shù)；

K2——軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀影響修正系數(shù)；

K3——初始應(yīng)力狀態(tài)影響修正系數(shù)。圍巖詳細定級時，如遇下列情形之一，應(yīng)對巖體基本質(zhì)量指標進行修正：有地下水；圍巖穩(wěn)定性受軟弱結(jié)構(gòu)面的影響，且由一組起控制作用；存在高初始地應(yīng)力。38公路隧道圍巖分級地下水影響修正系數(shù)K139公路隧道圍巖分級主要軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀影響系數(shù)K2

初始應(yīng)力狀態(tài)影響修正系數(shù)K340公路隧道圍巖分級公路隧道圍巖分級

根據(jù)[BQ]值可重新確定工程巖體的質(zhì)量級別。

41公路隧道圍巖分級4.地下工程巖體自穩(wěn)能力地下工程巖體自穩(wěn)能力42五、施工現(xiàn)場圍巖級別判定43第三節(jié)、圍巖壓力一、圍巖壓力及分類(一)圍巖壓力圍巖壓力是指引起地下開挖空間周圍巖體和支護變形或破壞的作用力。它包括由地應(yīng)力引起的圍巖應(yīng)力以及圍巖變形受阻而作用在支護結(jié)構(gòu)上的作用力。(鐵路規(guī)范)

隧道開挖后，因圍巖變形或松動等原因，作用于洞室周邊巖體或支護結(jié)構(gòu)上的壓力。(公路規(guī)范)(二)圍巖壓力分類圍巖壓力按作用力發(fā)生的形態(tài)，一般可分為如下幾種類型：圍巖壓力44由于開挖而松動或坍塌的巖體以重力形式直接作用在支護結(jié)構(gòu)上的壓力稱為松動壓力。松動壓力常通過下列三種情況發(fā)生：

在整體穩(wěn)定的巖體中，可能出現(xiàn)個別松動掉塊的巖石；在松散軟弱的巖體中，坑道頂部和兩側(cè)邊幫冒落；在節(jié)理發(fā)育的裂隙巖體中，圍巖某些部位沿軟弱面發(fā)生剪切破壞或拉壞等局部塌落。

1.松動壓力

圍巖壓力452.形變壓力

形變壓力是由于圍巖變形受到與之密貼的支護如錨噴支護等的抑制，而使圍巖與支護結(jié)構(gòu)共同變形過程中，圍巖對支護結(jié)構(gòu)施加的接觸壓力。3.膨脹壓力

當巖體具有吸水膨脹崩解的特征時，由于圍巖吸水而膨脹脹崩解所引起的壓力稱為膨脹壓力。它與形變壓力的基本區(qū)別在于它是由吸水膨脹引起的。46影響圍巖壓力的因素很多，通?？煞譃閮纱箢悺５刭|(zhì)因素:(內(nèi)因）工程因素：（外因）6個因素見P624.沖擊壓力

沖擊壓力是在圍巖中積累了大量的彈性變形能以后，由于隧道的開挖，圍巖的約束被解除，能量突然釋放所產(chǎn)生的壓力。二、影響圍巖壓力的因素47光面爆破48預(yù)裂爆破49三、圍巖松動壓力的形成和確定方法(一)圍巖松動壓力的形成坑道開挖后圍巖由形變到坍塌成拱的整個變形過程：

(1)隧道開挖后，在圍巖應(yīng)力重分布過程中，頂板開始沉陷，并出現(xiàn)拉斷裂紋，可視為變形階段；

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(2)頂板的裂紋繼續(xù)發(fā)展并且張開，由于結(jié)構(gòu)面切割等原因，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樗蓜?，可視為松動階段；(3)頂板巖體視其強度的不同而逐步塌落，可視為塌落階段；51(4)頂板塌落停止，達到新的平衡，此時其界面形成一近似的拱形，可視為成拱階段。自然拱范圍的大小除了受上述的圍巖地質(zhì)條件、支護結(jié)構(gòu)架設(shè)時間、剛度以及它與圍巖的接觸狀態(tài)等因素影響外，還取決于以下諸因素：隧道的形狀和尺寸；尺寸↑，e↑;拐角↑，e↑。隧道的埋深；在一定范圍內(nèi)，H↑，e↑施工因素。52自然拱53(二)確定圍巖松動壓力的方法現(xiàn)場實地量測：按目前的量測手段和技術(shù)水平來看量測的結(jié)果尚不能充分反映真實情況理論公式計算：由于圍巖地質(zhì)條件的千變?nèi)f化，所用計算參數(shù)難以確切取值，目前還沒有一種能適合于各種客觀實際情況的統(tǒng)一理論。統(tǒng)計的方法：在大量施工坍方事件的統(tǒng)計基礎(chǔ)上建立起來的統(tǒng)計方法，在一定程度上能反映圍巖壓力的真實情況。

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1)深埋隧道圍巖松動壓力的確定方法

(1)統(tǒng)計法—我國《隧規(guī)》所推薦的方法式中γ—圍巖容重；

hq—坍落拱高度；（鐵路隧道實際坍方體統(tǒng)計平均高度

s—圍巖級別；

w—寬度影響系數(shù)，由w=1+i（B-5）計算：

B—坑道寬度，當B＜5m時，取i=0.2，當B＞5m時，取i=0.1。55水平壓力見表4-7：表4-7圍巖水平均布壓力圍巖級別Ⅰ、ⅡⅢⅣⅤⅥ水平均布壓力0＜0.15q(0.15～0.3)q(0.3～0.5)q(0.5～1.0)q56統(tǒng)計法公式的適用條件：

H/B＜1.7，H為坑道的高度；深埋隧道；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。57例.隧道穿經(jīng)Ⅳ級圍巖，其開挖尺寸凈寬7.40m(單線)，凈高8.80m，圍巖天然容重21KN/m3，試確定其圍巖松動壓力；若開挖跨度為14.8m(雙線)，其圍巖壓力為？58解：∵H/B=8.80/7.40=1.2<1.7∴采用統(tǒng)計法方式?！呤菃尉€隧道，豎向均布（壓力）作用：水平均布（壓力）作用：若開挖跨度為14.8m，H/B=8.80/14.80=0.6<1.7∴采用統(tǒng)計法方式。∵B=14.8m>5m，故i=0.1，=1+0.1(14.8-5.00)=1.98∴豎向均布壓力為：水平均布壓力為：59據(jù)統(tǒng)計，圍巖垂直松動壓力的分布可概括為4種，如圖4-7。

圖4-7圍巖豎向松動壓力的分布圖形統(tǒng)計法公式僅針對圖中第一種情況。

60(2)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。普氏系數(shù)f(巖體堅固性系數(shù)):6162巖體堅固性系數(shù)f的概念：

f—是一個以巖體強度為主的指標，兼顧抗鉆性、抗爆性、地下水等性質(zhì)。前述自然拱概念最早由普氏提出：圖4-8自然拱的兩種形態(tài)63①堅硬巖體:②松散破碎巖體：式中為隧道凈跨度的一半；為隧道凈高度。

一般來說，普氏理論比較適用于松散、破碎的圍巖中。

64(3)泰沙基理論理論：散粒體理論。◆假定：破裂面為折線—OAB◆方法：研究微分條帶dh的平衡。◆步驟：1.ΣV=0，建立微分方程2.邊界條件：653.解微分方程，得：4.討論：⑴當埋深h達到一定程度時，為恒值：⑵取側(cè)壓力系數(shù)k=1，則有：⑶與普氏法對照，能發(fā)現(xiàn)什么？在深埋情形下，太沙基理論的計算結(jié)果與普氏理論的計算結(jié)果實質(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)摩擦角等因素對巖體穩(wěn)定性的影響。一般認為太沙基理論適用硐室埋深較淺的情形。

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2)淺埋隧道圍巖松動壓力的確定方法⑴深、淺埋隧道的判定原則

Hp＝（2～2.5）hq

I一III級圍巖取:Hp＝2hqIV～VI級圍巖取:Hp＝2.5hq

H≥Hp時為深埋H＜Hp時為淺埋H為覆蓋層厚度67

(2)鐵路淺埋隧道圍巖松動壓力的確定方法①當h≤hq

時，作用在隧道襯砌上的壓力為

q=γh

ht

為隧道開挖高度，h為隧道埋深，e1作用在隧道頂處壓力，e2作用在隧道底處壓力，為圍巖的計算摩擦角要點：忽略滑動面上的阻力。適于：埋深h≤hq

垂直壓力：q=γh

68①當hq＜

q≤HP，垂直壓力標準值按計算式中：------圍巖重度KN/m3，按表取值------隧道覆蓋深度（m）------隧道寬度（m）------垂直均布作用夾持系數(shù)，按表取值69圍巖重度及夾持系數(shù)圍巖級別ⅣⅤⅥ圍巖重度（KN/m3）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)0.230.160.087071水平壓力按梯形分布，其標準值按下式計算式中：結(jié)構(gòu)高度范圍內(nèi)，任意點i的水平側(cè)壓標準值---結(jié)構(gòu)高度范圍內(nèi)，任意點i離地面的高度m----側(cè)壓力系數(shù)72圍巖級別ⅣⅤⅥ拱部截面?zhèn)葔毫ο禂?shù)0.150.250.35邊墻截面?zhèn)葔毫ο禂?shù)0.350.50.65側(cè)壓力系數(shù)734.4.5明洞壓力的計算

設(shè)計明洞時，其荷載要按以下幾項計算

1.拱圈回填土垂直壓力

2.拱圈回填土石側(cè)壓力

3.邊墻回填土垂直壓力744.4.6圍巖應(yīng)力的現(xiàn)場量測

直接量測間接量測754.4.1直接量測法直接量測法是指采用各種壓力盒量測圍巖作用在襯砌或支護結(jié)構(gòu)上的接觸壓力的方法。這種方法是將壓力盒（或稱壓力傳感器）放置在襯砌或支護結(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。目前用于這種量測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，當壓力盒上作用有壓力時，由于機械作用使鋼弦拉緊，鋼弦拉得越緊，則鋼弦的振動頻率就越高。這樣，當由接受器向壓力盒感應(yīng)線圈輸入一脈沖電流時，線圈產(chǎn)生磁通，鐵芯對鋼弦產(chǎn)生瞬時吸力。電流中斷時，吸力消失，鋼弦彈起，從而激起鋼弦振動。作用壓力大小不同，則鋼弦振動的頻率也不同，這一振動頻率使得感應(yīng)線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，感應(yīng)電動勢的頻率與鋼弦的自振頻率相同時，感應(yīng)電動勢頻率通過導(dǎo)線輸回接受器，從而測出鋼弦的振動頻率。再根據(jù)壓力盒本身的標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4-7振弦式壓力盒