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造價師土建工程高頻考點：圍巖

地下工程位置選則的影響因素

地下工程位置的選擇，除取決于工程目的要求外，還需要考慮區域穩定、山體穩定及地形、巖性、地質構造、地下水、地應力等因素的影響。

(1)地形條件：在地形上要求山體完整，地下工程周圍包括洞頂及傍山側應有足夠的山體厚度。如選擇隧洞位置時，隧洞進出口地段的邊坡應下陡上緩，無滑坡、崩塌等現象存在。

(2)巖性條件：一般在堅硬完整巖層中開挖，圍巖穩定、進度快、造價低。在軟弱、破碎、松散巖層中開挖，頂板易坍塌，邊墻及底板易產生鼓脹擠出變形等事故，且需邊開挖邊支護或超前支護，進而影響工程造價和工期。一般而言，巖漿巖、厚層堅硬的沉積巖及變質巖，圍巖的穩定性好，適于修建大型的地下工程。凝灰巖、黏土巖、頁巖、膠結不好的砂礫巖、千枚巖及某些片巖，穩定性差，不宜建大型地下工程。松散及破碎的巖石穩定性極差，選址時應盡量避開。

(3)地質構造條件：

①褶皺的影響。在背斜核部，巖層呈上拱形，巖層雖破碎，但像石砌的拱形結構，能將上覆巖層的荷重傳遞至兩側巖體中，有利于洞頂的穩定。向斜核部巖層呈倒拱形，頂部被張裂隙切割的巖塊上窄下寬，易于塌落。原則上應避開褶皺核部，若必須在褶皺巖層地段修建地下工程，可以將地下工程放在褶皺的兩側。

②斷裂的影響。應避免地下工程軸線沿斷層帶布置。而地下工程軸線垂直或近于垂直斷裂帶，所需穿越的不穩定地段較短，但也可能產生塌方。因此，在選址時應盡量避開大斷層。

③巖層產狀的影響。在水平巖層中布置地下工程時，應盡量使地下工程位于均質厚層的堅硬巖層中。若地下工程必須切穿軟硬不同的巖層組合時，應將堅硬巖層作為頂板，避免將軟弱巖層或軟弱夾層置于頂部，后者易于造成頂板懸垂或坍塌。軟弱巖層位于地下工程兩側或底部也不利，容易引起邊墻或底板鼓脹變形或被擠出。在傾斜巖層中，一般也是不利的。當洞身穿過軟硬相間或破碎的傾斜巖層時，順傾向一側的圍巖易于變形或滑動，造成很大的偏壓，逆傾向一側圍巖側壓力小，有利于穩定。

(4)地下水。在選址時最好選在地下水位以上的干燥巖體內，或地下水量不大、無高壓含水層的巖體內。

(5)地應力。初始應力狀態是決定圍巖應力重分布的主要因素。

地質構造條件

①褶皺的影響。在背斜核部，巖層呈上拱形，巖層雖破碎，但像石砌的拱形結構，能將上覆巖層的荷重傳遞至兩側巖體中，有利于洞頂的穩定。向斜核部巖層呈倒拱形，頂部被張裂隙切割的巖塊上窄下寬，易于塌落。原則上應避開褶皺核部，若必須在褶皺巖層地段修建地下工程，可以將地下工程放在褶皺的兩側。

②斷裂的影響。應避免地下工程軸線沿斷層帶布置。而地下工程軸線垂直或近于垂直斷裂帶，所需穿越的不穩定地段較短，但也可能產生塌方。因此，在選址時應盡量避開大斷層。

③巖層產狀的影響。在水平巖層中布置地下工程時，應盡量使地下工程位于均質厚層的堅硬巖層中。若地下工程必須切穿軟硬不同的巖層組合時，應將堅硬巖層作為頂板，避免將軟弱巖層或軟弱夾層置于頂部，后者易于造成頂板懸垂或坍塌。軟弱巖層位于地下工程兩側或底部也不利，容易引起邊墻或底板鼓脹變形或被擠出。在傾斜巖層中，一般也是不利的。當洞身穿過軟硬相間或破碎的傾斜巖層時，順傾向一側的圍巖易于變形或滑動，造成很大的偏壓，逆傾向一側圍巖側壓力小，有利于穩定。

巖層產狀的影響

在水平巖層中布置地下工程時，應盡量使地下工程位于均質厚層的堅硬巖層中。若地下工程必須切穿軟硬不同的巖層組合時，應將堅硬巖層作為頂板，避免將軟弱巖層或軟弱夾層置于頂部，后者易于造成頂板懸垂或坍塌。軟弱巖層位于地下工程兩側或底部也不利，容易引起邊墻或底板鼓脹變形或被擠出。在傾斜巖層中，一般也是不利的。當洞身穿過軟硬相間或破碎的傾斜巖層時，順傾向一側的圍巖易于變形或滑動，造成很大的偏壓，逆傾向一側圍巖側壓力小，有利于穩定。

圍巖穩定性分析

變形與破壞的五種形式：

①脆性破裂，經常產生于高地應力地區。

②塊體滑移，是塊狀結構圍巖常見的破壞形式。

③巖層的彎曲折斷，是層狀圍巖變形失穩的主要形式。

④碎裂結構巖體在張力和振動力作用下容易松動、解脫，在洞頂則產生崩落，在邊墻上則表現為滑塌或碎塊的坍塌。當結構面間夾泥時，往往會產生大規模的塌方，如不及時支護，將愈演愈烈，直至冒頂。

⑤一般強烈風化、強烈構造破碎或新近堆積的土體，在重力、圍巖應力和地下水作用下常產生冒落及塑性變形。

提高圍巖穩定性的措施

目前，用以提高圍巖穩定性的工程措施主要有傳統的支護或襯砌和噴錨支護兩大類。

(1)支護與襯砌。支護是在地下工程開挖過程中用以穩定圍巖用的臨時性措施。按照選用材料的不同，有木支撐、鋼支撐及混凝土支撐等。在不太穩定的巖體中開挖，需及時支撐以防止圍巖早期松動。襯砌是加固圍巖的永久性結構，其作用主要是承受圍巖壓力及內水壓力，有混凝土及鋼筋混凝土襯砌，也可以用漿砌條石襯砌。

(2)噴錨支護。噴錨支護是在地下工程開挖后，及時地向圍巖表面噴一薄層混凝(一般厚度為5～2Ocm)，有時再增加一些錨桿，從而部分地阻止圍巖向洞內變形，以達到支護的目的。

噴錨支護能使混凝土噴層與圍巖緊密結合，并且噴層本身具有一定的柔性和變形特性，因而能及時有效地控制和調整圍巖應力的重分布，最大限度地保護巖體的結構和力學性質，防止圍巖的松動和坍塌。如果噴混凝土再配合錨桿加固圍巖，則會更有效地提高圍巖自身的承載力和穩定性。

噴混凝土具備以下幾方面的作用：首先，能緊跟工作面，速度快，因而縮短了開挖與支護的間隔時間，及時地填補了圍巖表面的裂縫和缺損，阻止裂隙切割的碎塊脫落松動，使圍巖的應力狀態得到改善;其次，由于有較高的噴射速度和壓力，漿液能充填張開的裂隙，起著加固巖體的作用，提高了巖體的強度和整體性。此外，噴層與圍巖緊密結合，有較高的粘結力和抗剪強度，能在結合面上傳遞各種應力，可以起到承載拱的作用。

錨桿有楔縫式金屬錨桿、鋼絲繩砂漿錨桿、普通砂漿金屬錨桿、預應力錨桿及木錨桿等，目前在大中型工程中，常用的是楔縫式金屬錨桿和砂漿金屬錨桿兩種。為了防止錨桿之間的碎塊塌落，可采用噴層和鋼絲網來配合。

(3)各類圍巖的具體處理方法。對于堅硬的整體圍巖，巖塊強度高，整體性好，在下工程開挖后自身穩定性好，基本上不存在支護向題。這種情況下噴混凝土的作用主要防止圍巖表面風化，消除開挖后表面的凹凸不平及防止個別巖塊掉落，其噴層厚度一般3～5cm.當地下工程圍巖中出現拉應力區時，應采用錨桿穩定圍巖。

對于塊狀圍巖，這類圍巖的坍塌總是從個別石塊--危石掉落開始，再逐漸發展擴大，只要及時有效地防止個別危石掉落，就能保證圍巖整體的穩定性。一般而言，對于此類圍巖，噴混凝土支護即可，但對于邊墻部分巖塊可能沿某一結構面出現滑動時，應該用錨桿加固。

對于層狀圍巖，在開挖地下工程時，往往不易打成拱形(或圓形)，爆破后頂面經常成平板狀，如不加支護，圍巖常常先發生彎曲張開，然后逐漸坍塌。因此對于此類圍巖，應以錨桿為主要的支護手段。

對于軟弱圍巖，相當于圍巖分類中的IV類和V類圍巖，一般強度低、成巖不牢固的軟巖，破碎及強烈風化的巖石。該類圍巖在地下工程開挖后一般都不能自穩，所以必須立即噴射混凝土，有時還要加描桿和鋼筋網才能穩定圍巖。

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