《地下工程圍巖壓力》課件

地下工程圍巖壓力地下工程建設中,設計合理的圍巖壓力控制方案是關鍵。恰當的圍巖壓力評估能夠確保項目安全性,減少建設成本和維護費用。我們將探討地下工程中的主要圍巖壓力類型及其應對措施。引言地下工程的重要性地下工程是城市建設和基礎設施發(fā)展的重要組成部分,為滿足人類日益增長的需求而興建。圍巖壓力分析的必要性地下工程環(huán)境復雜,了解和掌握圍巖壓力對設計、施工和安全至關重要。本課件的目標通過系統(tǒng)介紹地下工程圍巖壓力相關知識,幫助參與者更好地理解和把控圍巖壓力。地下工程的特點復雜的環(huán)境條件地下工程常位于深層土體或巖體中,面臨復雜的地質環(huán)境,如高地應力、高溫高壓、地下水侵蝕等。這對地下工程的建設和運營提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。狹小的工作空間相比于地上工程,地下工程的施工和作業(yè)空間較為狹小。這對機械設備的選擇和人員的活動都帶來了一定的限制。施工環(huán)境的復雜性地下工程的施工受周圍巖體、含水層等因素的影響較大,需要根據實際狀況不斷調整施工方案和措施。運營維護的困難地下工程位于隱蔽的環(huán)境中,日常的檢查和維護工作相對更加復雜和困難。圍巖壓力的定義及作用圍巖壓力的定義圍巖壓力是指地下工程開挖過程中,由于圍巖自重、構造運動、地應力等因素產生的壓力。它是地下工程建設中需要重點關注的重要參數。圍巖壓力的作用圍巖壓力對地下工程的穩(wěn)定性和支護結構設計有重大影響。準確把握圍巖壓力的分布特征和變化規(guī)律至關重要,是確保地下工程安全的基礎。圍巖壓力的研究意義深入研究圍巖壓力的形成機理、測量方法和控制措施,對于提高地下工程建設的安全性和經濟性具有重要意義。圍巖壓力的形成機理地下應力場地下應力場是由地層的自重、地質構造、工程開挖等因素形成的復雜的三維力場。應力傳遞過程地下應力通過巖層的應力傳遞過程作用于工程圍巖,形成復雜的應力狀態(tài)。變形能量積累開挖后,圍巖會發(fā)生變形,并在此過程中積累大量的應變能,形成圍巖壓力。圍巖壓力的構成地應力地應力是由于地球內部自重、構造活動等因素形成的內部應力。這是圍巖壓力的根本原因。水壓力地下水的浸潤和壓力也會產生水壓力,是圍巖壓力的重要組成部分。瓦斯壓力一些地下工程中存在天然氣等易燃氣體,形成的瓦斯壓力也是圍巖壓力的一部分。熱應力地下環(huán)境溫度較高,相比地表會產生熱膨脹,從而產生熱應力。垂直向圍巖壓力2MPa最大壓力深埋地下工程可達2MPa的垂直向壓力。5-10%支護承載垂直壓力需承擔支護結構5-10%的載荷。500m抑制深度一般500m以淺的地下工程會受到垂直壓力影響。水平向圍巖壓力水平向圍巖壓力是地下工程設計中極其重要的參數。它主要受地層巖性、埋深、地應力狀態(tài)等因素的影響。該圖展示了不同類型圍巖的水平向壓力值。頁巖具有最高的水平壓力，砂巖最低，而泥巖和粉砂巖介于兩者之間。圍巖壓力的測量方法直接測量利用壓力測點或壓力計直接測量圍巖壓力的大小和分布。這種方法精度高,但需要在實際工程中進行原位測試。間接計算根據圍巖的物理力學性質,結合理論分析和試驗數據,間接推算圍巖壓力的大小和分布。這種方法簡單方便,但精度相對較低。模型試驗建立圍巖壓力模型,通過模擬實際工程條件進行試驗測量?？梢匝芯繌碗s工況下的圍巖壓力,但需要滿足相似性原理。瓦斯壓力的測量直接測量法利用壓力表直接測量鉆孔中的瓦斯壓力,可以直觀反映瓦斯壓力的大小?？讐河砍龇ㄍㄟ^分析鉆孔內瓦斯的涌出情況,可以間接計算出瓦斯壓力的大小。進氣量法利用通風管道中的瓦斯流量計計算出瓦斯流量,以此推算瓦斯壓力。水壓力的測量測量方法采用靜壓計或壓電式壓力傳感器等設備直接測量水壓力大小。測量位置測量時應選擇對地下水流動有較大影響的關鍵部位。測量頻率由于水壓力隨時間變化較大，需要持續(xù)動態(tài)監(jiān)測。測壓過程中的注意事項對測試點進行仔細勘察在進行地下壓力測試前,要仔細勘察測試點的地質情況,確保測試點具有良好的地質條件。使用專業(yè)的測壓設備采用高精度、可靠性強的測壓儀器,以確保測試數據的準確性和可靠性。由專業(yè)人員操作測壓工作需要由經過專門培訓的技術人員執(zhí)行,確保測試過程的規(guī)范性。圍巖壓力的分類靜態(tài)圍巖壓力靜態(tài)圍巖壓力是指不隨時間而變化的恒定壓力,主要受巖石自重、構造應力等影響。動態(tài)圍巖壓力動態(tài)圍巖壓力是指隨時間變化的壓力,受溫度、濕度、地下水等因素影響。地震、爆破等外力作用也會引起動態(tài)圍巖壓力變化。靜態(tài)圍巖壓力自重壓力由巖體自身重量所產生的垂直向壓力。隨埋深的增加而增大。地應力由地層形成過程中的應力狀態(tài)而產生的水平向壓力。受地質構造影響較大。液體靜壓力地下水或其他液體對巖體的垂直和水平向壓力。與水頭高度成正比。動態(tài)圍巖壓力瞬時性變化動態(tài)圍巖壓力通常由爆破、地震等外力突然作用于地下工程時發(fā)生。這種壓力變化極其迅速,并可能引發(fā)嚴重的工程災害。周期性變化部分地下工程會遭受季節(jié)性、潮汐等周期性變化的圍巖壓力,需要采取特殊的支護措施。持續(xù)性變化一些地下工程會受到持續(xù)的地殼運動、采空區(qū)變形等導致的圍巖壓力變化,需要長期監(jiān)測和調整支護方案。圍巖壓力的研究方法理論分析法利用數學模型和計算機技術,對圍巖壓力的形成機理和作用規(guī)律進行深入研究和分析,得出理論預測結果。原位試驗法在實際的地下工程中,采用各種測量儀器和設備直接測量和監(jiān)測圍巖壓力的實際情況,從而獲取真實可靠的數據。模型試驗法利用縮尺模型,模擬實際工程環(huán)境,通過實驗測量與觀測,分析圍巖壓力的形成過程和規(guī)律。理論分析法1基于數學模型該方法通過建立地下工程圍巖壓力的數學模型,利用數學推導和計算分析來預測圍巖壓力的分布和大小。2考慮多種因素理論分析法可以綜合考慮地質條件、地應力狀態(tài)、開挖方式等多種因素,得到更加準確的壓力預測結果。3可分析復雜情況相比于經驗公式,理論分析法更適合分析復雜的地下工程環(huán)境,如深埋隧道、軟弱圍巖等。4結果可視化展示通過數值模擬,理論分析法可以直觀地展示圍巖壓力的分布和變化趨勢,為支護設計提供依據。原位試驗法現場監(jiān)測通過在地下工程現場直接對圍巖壓力進行測量和監(jiān)測,獲取真實可靠的數據。模擬實際環(huán)境在原位條件下進行測試,能夠更好地模擬實際的地下環(huán)境和荷載條件。結果可靠性高原位試驗法可以消除縮小模型帶來的誤差,得到更為準確的結果。模型試驗法縮尺模型實驗通過建立縮尺模型,模擬實際工程環(huán)境,觀察并記錄圍巖壓力變化。參數監(jiān)測在模型中布置各類傳感器,實時監(jiān)測圍巖應力、位移等參數。數據分析對監(jiān)測數據進行分析,評估模型試驗結果,為工程設計提供參考。模型試驗法是研究圍巖壓力的有效手段,通過建立可控的實驗模型,模擬實際工程條件,觀察和測量圍巖壓力變化規(guī)律,為工程設計提供數據支持。這種方法操作靈活,可以針對特定工程條件進行優(yōu)化和驗證。圍巖壓力對地下工程的影響1結構穩(wěn)定性極大的圍巖壓力可能導致隧道、cavern等結構的破壞和塌坍。2機械設備損壞壓力過大可能會損壞施工機械設備，影響工程進度。3施工安全隱患壓力過大還可能造成工人傷害事故，威脅施工安全。地下工程的主要挑戰(zhàn)之一就是如何有效應對圍巖壓力。強大的圍巖壓力不僅會影響結構的穩(wěn)定性，還可能損壞重要的施工設備，甚至威脅到工人的安全。因此，全面認知圍巖壓力的特點并采取針對性的預防措施至關重要。綜合控制措施支護結構設計根據預測的圍巖壓力,合理選擇支護形式和參數,確保支護結構能夠有效承受圍巖壓力。圍巖預處理技術采用針噴、化學注漿等預處理措施,提高圍巖的強度和穩(wěn)定性,減小圍巖壓力。開挖工藝優(yōu)化采用分段開挖、爆破控制等工藝,緩解單斷面開挖對圍巖的沖擊,降低圍巖壓力。監(jiān)測預警安裝監(jiān)測系統(tǒng)實時監(jiān)控圍巖壓力變化,及時發(fā)現異常情況并采取相應措施。支護結構設計1結構類型選擇根據工程類型、地質條件及承載能力要求,選擇合適的支護結構類型,如針桿支護、錨索支護、混凝土襯砌等。2結構尺寸計算依據荷載分析和力學計算確定支護結構的幾何尺寸和鋼筋配置,確保結構安全性。3施工工藝優(yōu)化結合施工現場條件,優(yōu)化支護結構的安裝和施工工藝,提高施工效率和質量。4結構監(jiān)測與管理設置監(jiān)測點,定期檢查支護結構的變形和應力狀態(tài),及時發(fā)現問題并采取修復措施。圍巖預處理技術應力松弛通過事先釋放圍巖內部應力,降低巖石的強度與變形性,從而控制圍巖壓力。注漿加固將水泥漿液或化學藥劑注入巖體中,填充裂隙,增強巖石強度,提高抗壓能力。預裂爆破通過控制爆破震動破壞巖石,形成預先設計的裂縫系統(tǒng),以降低開挖過程中的圍巖壓力。開挖工藝優(yōu)化合理調整開挖線路根據地質條件和結構特點,適當調整隧道線路,避免復雜不利地段,盡量選擇穩(wěn)定性好的地層。優(yōu)化開挖順序采用分段開挖、先導洞開挖等技術,根據圍巖性質逐步推進,確保開挖安全。采用先進開挖設備使用全斷面掘進機、大型液壓挖掘機等高效設備,提高開挖效率,縮短工期。優(yōu)化爆破工藝合理設置爆破參數,減少對圍巖的損壞,控制振動,保護周邊建筑物。工程案例分析1地鐵工程復雜的地質條件和高密集的城市環(huán)境下的挑戰(zhàn)2隧道工程長距離開挖和支護難度大的問題3礦山工程深層開采和高溫高壓環(huán)境的獨特困難地下工程項目面臨著各種特殊的地質條件和施工環(huán)境,需要針對不同工程類型采取相應的圍巖壓力控制措施。下面將從地鐵、隧道和礦山三個典型工程案例出發(fā),分析具體的圍巖壓力問題及其解決方案。地鐵工程案例地鐵工程是一種典型的地下工程,在建設過程中需要面對復雜的地質環(huán)境和高壓的圍巖壓力。下面我們以某地鐵工程為例,探討在實際項目中如何應對這些挑戰(zhàn)。該地鐵工程位于城市中心地帶,隧道需要穿越軟土和風化巖層。在開挖過程中,軟土層產生大量的膨脹壓力,同時風化巖層又有剝落和崩塌的風險。為此,工程團隊采取了多項措施來控制圍巖壓力,如注漿加固、設置支護網、使用防護板等手段。隧道工程案例以高速鐵路隧道為例,施工過程中面臨的主要挑戰(zhàn)包括高地應力、大變形、高水壓等。通過優(yōu)化施工工藝和采取加強支護等綜合措施,成功確保了隧道工程質量和安全。在復雜地質條件下,合理控制開挖步驟、及時補充支護、加強監(jiān)測等措施非常關鍵,確保隧道結構穩(wěn)定和安全施工。礦山工程案例在礦山工程中,地下開采是常見的方式。由于地形環(huán)境復雜,地下巖石結構變化較大,因此圍巖壓力的分析和控制尤為重要。針對礦山工程中的一些典型案例,如金礦、銅礦、煤礦等,我們需要針對不同的地質條件和開采方式,采取有針對性的圍巖壓力分析和控制措施。通過實際工程案例的分析,可以為今后的礦山工程提供寶貴的經驗和依據,從而更好地應對復雜的地下工程環(huán)境。結論與展望總結成果本課程詳細探討了地下工程圍巖壓力的定義、形成機理、測量方法等關鍵內容。對地下工程的設計和施工有重要指導意義。未來展望隨著新技術的不斷應用,未來將進一步提高對圍巖壓力的預測和控制能力,確保地下工程的安全與經濟。繼續(xù)研究需要進一步深入研究圍巖壓力在復雜地質條件下的表現特征,完善圍巖壓力的測量方法和預測模型?？偨Y主要內容回顧本課件全面介紹了地下工程的圍巖壓力特點、形成機理、測量方法以及對地下工程的影響。從基礎概念到實際應用案例進行了系統(tǒng)梳理。重點知識點總結圍巖壓力的分類、測量技