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(二)围岩的工程地质分析
(1)围岩稳定性分析
变形与破坏的五种形式:
1)脆性破裂,经常产生于高地应力地区。存储有很大弹性应变能的岩体,在开挖卸荷后,能量突然释放形成的。
2)块体滑移,是块状结构围岩常见的破坏形式,常以结构面交汇切割组合成不同形状的块体滑移、塌落等形式出现。
3)岩层的弯曲折断,是层状围岩变形失稳的主要形式。在倾斜层状围岩中,当层间结合不良时,顺倾向一侧拱脚以上部分岩层易弯曲折断,逆倾向一侧边墙或顶拱易滑落掉块。在陡倾或直立岩层中,因洞周的切向应力与边墙岩层近于平行,所以边墙容易凸邦弯曲。
4)碎裂结构岩体在张力和振动力作用下容易松动、解脱,在洞顶则产生崩落,在边墙上则表现为滑塌或碎块的坍塌。当结构面间夹泥时,往往会产生大规模的塌方,如不及时支护,将愈演愈烈,直至冒顶。
5)一般强烈风化、强烈构造破碎或新近堆积的土体,在重力、围岩应力和地下水作用下常产生冒落及塑性变形。
(2)围岩的分类
主要是鉴于围岩的稳定性对围岩进行分类,不同建设行业对围岩的分类尚不尽相同。例如,水利建设行业将围岩分为五类,交通建设行业将围岩分为六类。
(三)提高围岩稳定性的措施
(1)支撑与衬砌。
支撑是在地下工程开挖过程中用以稳定围岩用的临时性措施。按照选用材料的不同,有木支撑、钢支撑及混凝土支撑等。在不太稳定的岩体中开挖,需及时支撑以防止围岩早期松动。
衬砌是加固围岩的永久性结构,其作用主要是承受围岩压力及内水压力,有混凝土及钢筋混凝土衬砌,也可以用浆砌条石衬砌。
(2)喷锚支护。喷锚支护是在地下工程开挖后,及时地向围岩表面喷--薄层混凝土(一般厚度为 5~20cm),有时再增加一些锚杆,从而部分地阻止围岩向洞内变形,以达到支护的目的。
喷锚支护能使混凝土喷层与围岩紧密结合,并且喷层本身具有一定的柔性和变形特性,因而能及时有效地控制和调整围岩应力的重分布,最大限度地保护岩体的结构和力学性质,防止围岩的松动和坍塌。如果喷混凝土再配合锚杆加固围岩,则会更有效地提高围岩自身的承载力和稳定性。
(四)各类围岩的具体处理方法
(1)对于坚硬的整体围岩,岩块强度高,整体性好,在下工程开挖后自身稳定性好,基本上不存在支护向题。这种情况下喷混凝土的作用主要防止围岩表面风化,消除开挖后表面的凹凸不平及防止个别岩块掉落,其喷层厚度一般 3~5cm。当地下工程围岩中出现拉应力区时,应采用锚杆稳定围岩。
(2)对于块状围岩,这类围岩的坍塌总是从个别石块——"危石"掉落开始,再逐渐发展扩大,只要及时有效地防止个别"危石"掉落,就能保证围岩整体的稳定性。一般而言,对于此类围岩,喷混凝土支护即可,但对于边墙部分岩块可能沿某一结构面出现滑动时,应该用锚杆加固。
(3)对于层状围岩,在开挖地下工程时,往往不易打成拱形(或圆形),爆破后顶面经常成平板状,如不加支护,围岩常常先发生弯曲张开,然后逐渐坍塌。因此对于此类围岩,应以锚杆为主要的支护手段。
(4)对于软弱围岩,相当于围岩分类中的 IV 类和 V 类围岩,一般强度低、成岩不牢固的软岩,破碎及强烈风化的岩石。该类围岩在地下工程开挖后一般都不能自稳,所以必须立即喷射混凝土,有时还要加钢筋网,然后打描杆才能稳定围岩。