（三）地下工程围岩的稳定性
1．地下工程位置选择的影响因素
地下工程位置的选择，除取决于工程目的要求外，还需要考虑区域稳定、山体稳定及地形、岩性、地质构造、地下水、地应力等因素的影响。
(1)地形条件
在地形上要求山体完整，地下工程周围包括洞顶及傍山侧应有足够的山体厚度。
(2)岩性条件
①一般在坚硬完整岩层中开挖，围岩稳定、进度快、造价低。
②在软弱、破碎、松散岩层中开挖，顶板易坍塌，边墙及底板易产生鼓胀挤出变形等事故，且需边开挖边支护或超前支护，进而影响工程造价和工期。
③一般而言，岩浆岩、厚层坚硬的沉积岩及变质岩，围岩的稳定性好，适于修建大型的地下工程。
④凝灰岩、黏土岩、页岩、胶结不好的砂砾岩、千枚岩及某些片岩，稳定性差，不宜建大型地下工程。
⑤松散及破碎的岩石稳定性极差，选址时应尽量避开。
(3)地质构造条件。
①褶皱的影响。原则上应避开褶皱核部，若必须在褶皱岩层．地段修建地下工程，可以将地下工程放在褶皱的两侧。
②断裂的影响。应避免地下工程轴线沿断层带布置。而地下工程轴线垂直或近于垂直断裂带，所需穿越的不稳定地段较短，但也可能产生塌方。因此，在选址时应尽量避开大断层。
③岩层产状的影响。在水平岩层中布置地下工程时，应尽量使地下工程位于均质厚层的坚硬岩层中。
④若地下工程必须切穿软硬不同的岩层组合时，应将坚硬岩层作为顶板，避免将软弱岩层或软弱夹层置于顶部，后者易于造成顶板悬垂或坍塌。
⑤软弱岩层位于地下工程两侧或底部也不利，容易引起边墙或底板鼓胀变形或被挤出。
(4)地下水
在选址时最好选在地下水位以上的干燥岩体内，或地下水量不大、无高压含水层的岩体内。
(5)地应力
必须了解工程所在部位初始应力场的分布和变化规律，获得地下工程开挖后围岩应力重分布的特征。初始应力状态是决定围岩应力重分布的主要因素。
【例题】以下说法正确的有（）。
A.一般在坚硬完整岩层中开挖，围岩稳定、进度快、造价低
B.凝灰岩、页岩，稳定性差，不宜建大型地下工程
C.若地下工程必须切穿软硬不同的岩层组合时，应将坚硬岩层作为地板
D.避免将坚硬岩层置于顶部，易于造成顶板悬垂或坍塌
E.软弱岩层位于地下工程两侧较为有利，不容易引起边墙或底板鼓胀变形
【答案】AB
【解析】C错误，若地下工程必须切穿软硬不同的岩层组合时，应将坚硬岩层作为顶板；D错误，避免将软弱岩层或软弱夹层置于顶部，后者易于造成顶板悬垂或坍塌。E错误，软弱岩层位于地下工程两侧或底部也不利，容易引起边墙或底板鼓胀变形或被挤出。
2．围岩的工程地质分析
(1)围岩稳定性分析。
围岩在压应力、拉应力作用下能否破坏，一般可采用如下判据：一是围岩的抗压强度和抗拉强度是否适应围岩应力；二是围岩的抗剪强度是否适应围岩的剪应力。由于岩体变形与破坏的形式多种多样，主要有五种：
①脆性破裂
经常产生于高地应力地区。它是储存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，它与岩石性质、地应力积聚水平及地下工程断面形状等因素有关。
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。
当岩层很薄或软硬相间时，顶板容易下沉弯曲折断。
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。
常见的塑性变形和破坏形式有边墙挤入、底鼓及洞径收缩等。
(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。
3．提高围岩稳定性的措施
目前，用以提高围岩稳定性的工程措施主要有传统的支撑或衬砌、喷锚支护两大类。
(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，则善更有效地提高围岩自身的承载力和稳定性。
喷混凝土具备以下几方面的作用：
①能紧跟工作面，速度快，因而缩短了开挖与支护的间隔时间，及时地填补了围岩表面的裂缝和缺损，阻止裂隙切割的碎块脱落松动，使围岩的应力状态得到改善。
②由于有较高的喷射速度和压力，浆液能充填张开的裂隙，起着加固岩体的作用，提高了岩体的强度和整体性。
③喷层与围岩紧密结合，有较高的粘结力和抗剪强度，能在结合面上传递各种应力，可以起到承载拱的作用。
锚杆有楔缝式金属锚杆、钢丝绳砂浆锚杆、普通砂浆金属锚杆、预应力锚杆及木锚杆等，目前在大中型工程中，常用的是楔缝式金属锚杆和砂浆金属锚杆两种。为了防止锚杆之间的碎块塌落，可采用喷层和钢丝网来配合。
【例题】用以提高围岩稳定性的工程措施主要有传统的支护或衬砌和喷锚支护两大类。喷混凝土具备以下几方面的作用（）。
A.不能紧跟工作面，速度快。
B.不能使围岩的应力状态得到改善
C.不能提高岩体的强度和整体性
D.可以起到承载拱的作用
【答案】D
【解析】喷混凝土具备以下几方面的作用：
①能紧跟工作面，速度快，因而缩短了开挖与支护的间隔时间，及时地填补了围岩表面的裂缝和缺损，阻止裂隙切割的碎块脱落松动，使围岩的应力状态得到改善。
②由于有较高的喷射速度和压力，浆液能充填张开的裂隙，起着加固岩体的作用，提高了岩体的强度和整体性。
③喷层与围岩紧密结合，有较高的粘结力和抗剪强度，能在结合面上传递各种应力，可以起到承载拱的作用。
(3)各类围岩的具体处理方法。
1）对于坚硬的整体围岩
对于坚硬的整体围岩，岩块强度高，整体性好，在地下工程开挖后自身稳定性好，基本上不存在支护问题。这种情况下喷混凝土的作用主要是防止围岩表面风化，消除开挖后表面的凹凸不平及防止个别岩块掉落，其喷层厚度一般为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。通过锚杆将各层联结在一起，提高岩层的抗弯刚度，有效阻止各层之间的层间错动。
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，有时还要加锚杆和钢筋网才能稳定围岩。
【例题】关于各类围岩的具体处理方法,以下说法正确的有（）。
A.对于坚硬的整体围岩喷混凝土支护即可
B.对于块状围岩应以锚杆为主要的支护手段
C.强度低、成岩不牢固的软岩必须立即喷射混凝土，有时还要加锚杆和钢筋网
D.对于块状围岩可能沿某一结构面出现滑动时，喷混凝土支护即可
【答案】C
【解析】A错误，对于坚硬的整体围岩，岩块强度高，整体性好，在地下工程开挖后自身稳定性好，基本上不存在支护问题。这种情况下喷混凝土的作用主要是防止围岩表面风化，地下工程围岩中出现拉应力区时，应采用锚杆稳定围岩。C正确，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，有时还要加锚杆和钢筋网才能稳定围岩。B、D错误，一般而言，对于块状围岩，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。
第四节
工程地质对工程建设的影响
一、工程地质对建设工程选址的影响
工程地质对建设工程选址的影响，主要是各种地质缺陷对工程安全和工程技术经济的影响。
1、一般中小型建设工程的选址
一定范围内考虑地质构造和地层岩性形成的地质问题对工程的影响。
2、大型建设工程的选址
还要考虑区域地质构造和地质岩性形成的整体滑坡，地下水的性质、状态和活动对地基的危害。
3、特殊重要的工业、能源、国防、科技和教育等方面新建项目的工程选址
要高度重视地区的地震烈度，尽量避免在高烈度地区建设。
4、地下工程的选址
工程地质的影响要考虑区域稳定性的问题。注意区域性深大断裂交
汇、近期活动断层和现代构造运动较为强烈的地段。注意避免工程走向与岩层走向交角太小甚至近乎平行的地质构造。
5、道路选线
道路选线尽量避开断层裂谷边坡，尤其是不稳定边坡；避开岩层倾向与坡面倾向一致的顺向坡，尤其是岩层倾角小于坡面倾角的顺向坡；避免路线与主要裂隙发育方向平行，尤其是裂隙倾向与边坡倾向一致的；避免经过大型滑坡体、不稳定岩堆和泥石流地段及其下方。
6、裂隙（裂缝）对工程选址的影响
裂隙（裂缝）的主要发育方向与建筑边坡走向平行的，边坡易发生坍塌。裂隙（裂缝）的间距越小，密度越大，对岩体质量的影响越大．
7、断层对工程选址的影响
1）当路与断层走向平行，路基靠近断层破碎带时，由于开挖路基容易引起边坡发生大规模坍塌，直接影响施工和公路的正常使用。
2）当隧道轴线与断层走向平行时；应尽量避免与断层破碎带接触。隧道横穿断层时，虽然只是个别段落受断层影响，但因地质及水文地质条件不良，必须预先考虑措施，保证施工安全。
【2010真题】1.道路选线难以避开地质缺陷，但尽可能使路线（）。
A.处于顺向坡上方
B.处于顺向坡下方
C.与岩层走向接近正交
D.与岩层走向接近平行
【答案】C
【解析】A、B显然是不对的。道路选线尽量避开断层裂谷边坡，尤其是不稳定边坡；避开岩层倾向与坡面倾向一致的顺向坡。只剩下C、D，二选一，正交影响范围小，平行影响范围大。故C正确。
【例题】某地准备新建一所国家级特殊能源研究所，新建项目的工程选址要高度重视地区的（）。
A.地层岩性
B.地质构造
C.地震烈度
D.地震震级
【答案】C
【解析】特殊重要的工业、能源、国防、科技和教育等方面新建项目的工程选址要高度重视地区的地震烈度，尽量避免在高烈度地区建设。
二、工程地质对建筑结构的影响
(1)对建筑结构选型和建筑材料选择的影响。
例如，可以选用钢筋混凝土结构的，而要采用钢结构；可以选用砌体的，而要采用混凝土或钢筋混凝土。
(2)对基础选型和结构尺寸的影响。
采用片筏基础、箱形基础、加大基础的结构尺寸。对较深松散地层有的要采用桩基础加固。
(3)对结构尺寸和钢筋配置的影响。
要加大承载和传力结构的尺寸，提高钢筋混凝土的配筋率。
(4)地震烈度对建筑结构和构造的影响。
工程所在区域的地震烈度越高，构造柱和圈梁等抗震结构的布置密度、断面尺寸和配筋率要相应增大。
三、工程地质对工程造价的影响
工程地质勘察作为一项基础性工作，对工程造价的影响可归结为三个方面：
一是选择工程地质条件有利的路线，对工程造价起着决定作用；
二是勘察资料的准确性直接影响工程造价；
三是由于对特殊不良工程地质问题认识不足导致的工程造价增加。
通常，存在着因施工过程才发现特殊不良地质的现象，这样，不但处治特殊不良地质的工程费用因施工技术条件相对困难而增加，而且造成的既成工程损失：路基沉陷、边坡倒塌、桥梁破坏、陇道变形等也很棘手。此外，特殊不良地质的处治是典型的岩土工程，包含着地质和土木工程的复合技术。
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