（三）地下工程圍巖的穩定性

1．地下工程位置選擇的影響因素

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。

(2)巖性條件

①一般在堅硬完整巖層中開挖，圍巖穩定、進度快、造價低。

②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。

③一般而言，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。

④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。

⑤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。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。

④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。

⑤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。

(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

必須了解工程所在部位初始應力場的分布和變化規律，獲得地下工程開挖后圍巖應力重分布的特征。初始應力狀態是決定圍巖應力重分布的主要因素。

【例題】以下說法正確的有（）。

A.一般在堅硬完整巖層中開挖，圍巖穩定、進度快、造價低

B.凝灰巖、頁巖，穩定性差，不宜建大型地下工程

C.若地下工程必須切穿軟硬不同的巖層組合時，應將堅硬巖層作為地板

D.避免將堅硬巖層置于頂部，易于造成頂板懸垂或坍塌

E.軟弱巖層位于地下工程兩側較為有利，不容易引起邊墻或底板鼓脹變形

【答案】AB

【解析】C錯誤，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；D錯誤，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。E錯誤，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。

2．圍巖的工程地質分析

(1)圍巖穩定性分析。

圍巖在壓應力、拉應力作用下能否破壞，一般可采用如下判據：一是圍巖的抗壓強度和抗拉強度是否適應圍巖應力；二是圍巖的抗剪強度是否適應圍巖的剪應力。由于巖體變形與破壞的形式多種多樣，主要有五種：

①脆性破裂

經常產生于高地應力地區。它是儲存有很大彈性應變能的巖體，在開挖卸荷后，能量突然釋放形成的，它與巖石性質、地應力積聚水平及地下工程斷面形狀等因素有關。

②塊體滑移

是塊狀結構圍巖常見的破壞形式，常以結構面交匯切割組合成不同形狀的塊體滑移、塌落等形式出現。

③巖層的彎曲折斷

是層狀圍巖變形失穩的主要形式。

當巖層很薄或軟硬相間時，頂板容易下沉彎曲折斷。

在傾斜層狀圍巖中，當層間結合不良時，順傾向一側拱腳以上部分巖層易彎曲折斷，逆傾向一側邊墻或頂拱易滑落掉塊。

在陡傾或直立巖層中，因洞周的切向應力與邊墻巖層近于平行，所以邊墻容易凸邦彎曲。

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。

常見的塑性變形和破壞形式有邊墻擠入、底鼓及洞徑收縮等。

(2)圍巖的分類。主要是鑒于圍巖的穩定性對圍巖進行分類，不同建設行業對圍巖的分類尚不盡相同。

3．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撐或襯砌、噴錨支護兩大類。

(1)支撐與襯砌。

支撐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，則善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：

①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。

②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。

③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。

【例題】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。噴混凝土具備以下幾方面的作用（）。

A.不能緊跟工作面，速度快。

B.不能使圍巖的應力狀態得到改善

C.不能提高巖體的強度和整體性

D.可以起到承載拱的作用

【答案】D

【解析】噴混凝土具備以下幾方面的作用：

①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。

②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。

③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。

(3)各類圍巖的具體處理方法。

1）對于堅硬的整體圍巖

對于堅硬的整體圍巖，巖塊強度高，整體性好，在地下工程開挖后自身穩定性好，基本上不存在支護問題。這種情況下噴混凝土的作用主要是防止圍巖表面風化，消除開挖后表面的凹凸不平及防止個別巖塊掉落，其噴層厚度一般為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。

2）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。

3）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。通過錨桿將各層聯結在一起，提高巖層的抗彎剛度，有效阻止各層之間的層間錯動。

4）

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，有時還要加錨桿和鋼筋網才能穩定圍巖。

【例題】關于各類圍巖的具體處理方法,以下說法正確的有（）。

A.對于堅硬的整體圍巖噴混凝土支護即可

B.對于塊狀圍巖應以錨桿為主要的支護手段

C.強度低、成巖不牢固的軟巖必須立即噴射混凝土，有時還要加錨桿和鋼筋網

D.對于塊狀圍巖可能沿某一結構面出現滑動時，噴混凝土支護即可

【答案】C

【解析】A錯誤，對于堅硬的整體圍巖，巖塊強度高，整體性好，在地下工程開挖后自身穩定性好，基本上不存在支護問題。這種情況下噴混凝土的作用主要是防止圍巖表面風化，地下工程圍巖中出現拉應力區時，應采用錨桿穩定圍巖。C正確，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，有時還要加錨桿和鋼筋網才能穩定圍巖。B、D錯誤，一般而言，對于塊狀圍巖，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。

第四節

工程地質對工程建設的影響

一、工程地質對建設工程選址的影響

工程地質對建設工程選址的影響，主要是各種地質缺陷對工程安全和工程技術經濟的影響。

1、一般中小型建設工程的選址

一定范圍內考慮地質構造和地層巖性形成的地質問題對工程的影響。

2、大型建設工程的選址

還要考慮區域地質構造和地質巖性形成的整體滑坡，地下水的性質、狀態和活動對地基的危害。

3、特殊重要的工業、能源、國防、科技和教育等方面新建項目的工程選址

要高度重視地區的地震烈度，盡量避免在高烈度地區建設。

4、地下工程的選址

工程地質的影響要考慮區域穩定性的問題。注意區域性深大斷裂交

匯、近期活動斷層和現代構造運動較為強烈的地段。注意避免工程走向與巖層走向交角太小甚至近乎平行的地質構造。

5、道路選線

道路選線盡量避開斷層裂谷邊坡，尤其是不穩定邊坡；避開巖層傾向與坡面傾向一致的順向坡，尤其是巖層傾角小于坡面傾角的順向坡；避免路線與主要裂隙發育方向平行，尤其是裂隙傾向與邊坡傾向一致的；避免經過大型滑坡體、不穩定巖堆和泥石流地段及其下方。

6、裂隙（裂縫）對工程選址的影響

裂隙（裂縫）的主要發育方向與建筑邊坡走向平行的，邊坡易發生坍塌。裂隙（裂縫）的間距越小，密度越大，對巖體質量的影響越大．

7、斷層對工程選址的影響

1）當路與斷層走向平行，路基靠近斷層破碎帶時，由于開挖路基容易引起邊坡發生大規模坍塌，直接影響施工和公路的正常使用。

2）當隧道軸線與斷層走向平行時；應盡量避免與斷層破碎帶接觸。隧道橫穿斷層時，雖然只是個別段落受斷層影響，但因地質及水文地質條件不良，必須預先考慮措施，保證施工安全。

【2010真題】1.道路選線難以避開地質缺陷，但盡可能使路線（）。

A.處于順向坡上方

B.處于順向坡下方

C.與巖層走向接近正交

D.與巖層走向接近平行

【答案】C

【解析】A、B顯然是不對的。道路選線盡量避開斷層裂谷邊坡，尤其是不穩定邊坡；避開巖層傾向與坡面傾向一致的順向坡。只剩下C、D，二選一，正交影響范圍小，平行影響范圍大。故C正確。

【例題】某地準備新建一所國家級特殊能源研究所，新建項目的工程選址要高度重視地區的（）。

A.地層巖性

B.地質構造

C.地震烈度

D.地震震級

【答案】C

【解析】特殊重要的工業、能源、國防、科技和教育等方面新建項目的工程選址要高度重視地區的地震烈度，盡量避免在高烈度地區建設。

二、工程地質對建筑結構的影響

(1)對建筑結構選型和建筑材料選擇的影響。

例如，可以選用鋼筋混凝土結構的，而要采用鋼結構；可以選用砌體的，而要采用混凝土或鋼筋混凝土。

(2)對基礎選型和結構尺寸的影響。

采用片筏基礎、箱形基礎、加大基礎的結構尺寸。對較深松散地層有的要采用樁基礎加固。

(3)對結構尺寸和鋼筋配置的影響。

要加大承載和傳力結構的尺寸，提高鋼筋混凝土的配筋率。

(4)地震烈度對建筑結構和構造的影響。

工程所在區域的地震烈度越高，構造柱和圈梁等抗震結構的布置密度、斷面尺寸和配筋率要相應增大。

三、工程地質對工程造價的影響

工程地質勘察作為一項基礎性工作，對工程造價的影響可歸結為三個方面：

一是選擇工程地質條件有利的路線，對工程造價起著決定作用；

二是勘察資料的準確性直接影響工程造價；

三是由于對特殊不良工程地質問題認識不足導致的工程造價增加。

通常，存在著因施工過程才發現特殊不良地質的現象，這樣，不但處治特殊不良地質的工程費用因施工技術條件相對困難而增加，而且造成的既成工程損失：路基沉陷、邊坡倒塌、橋梁破壞、隴道變形等也很棘手。此外，特殊不良地質的處治是典型的巖土工程，包含著地質和土木工程的復合技術。