地下工程中巖土結(jié)構(gòu)面的影響分析

【摘要】經(jīng)過相關(guān)研究證明，巖土體中存在著不同類型的結(jié)構(gòu)面，在進行地下工程建設(shè)過程中，往往會受到這些結(jié)構(gòu)面的限制，致使工程出現(xiàn)變形等事故。為了了解這些結(jié)構(gòu)面對工程項目建設(shè)造成的影響，本文簡單對此進行分析與研究，以供相關(guān)人員參考。

【關(guān)鍵詞】地下工程；巖土結(jié)構(gòu)面；影響；分析

一、前言

土體與巖體工程相同的是，它們都存在各種類型的結(jié)構(gòu)面，這些結(jié)構(gòu)面具有不連續(xù)性的特征。經(jīng)過相關(guān)研究者對這些結(jié)構(gòu)面進行分析，其主要分為沉積結(jié)構(gòu)面、火成結(jié)構(gòu)面、變質(zhì)結(jié)構(gòu)面、構(gòu)造結(jié)構(gòu)面、次生結(jié)構(gòu)面等。其中，沉積結(jié)構(gòu)面、火成結(jié)構(gòu)面因地勢條件的不同，其規(guī)模也有很大的差異，而變質(zhì)結(jié)構(gòu)面、構(gòu)造結(jié)構(gòu)面以及此生結(jié)構(gòu)面的規(guī)模一般比較小。這些結(jié)構(gòu)面一般都會給地下工程的施工帶來較大的影響。本文就此作簡單分析。

二、巖土結(jié)構(gòu)面對地下工程建設(shè)產(chǎn)生的影響

通過長期實踐研究表明，工程在建設(shè)過程中，巖土出現(xiàn)變形破壞事故主要是由于受到結(jié)構(gòu)面的影響而造成的，為了避免巖體出現(xiàn)變性破壞事故，我們必須要對結(jié)構(gòu)面的分布情況、結(jié)構(gòu)特征以及組合方式等進行全面分析，這樣才能夠保證其穩(wěn)定性。地下工程的施工是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，也是一項典型的巖土工程，在實際施工過程中，該工程必定會穿越許多結(jié)構(gòu)面。因此，施工人員必須要對結(jié)構(gòu)面的特征及影響因素進行全面分析，避免受到結(jié)構(gòu)面的影響而導致地下工程出現(xiàn)安全事故。本文結(jié)合某工程案例，從地鐵隧道工程的施工、基坑開挖工程的施工等方面對其進行分析。

三、結(jié)構(gòu)面對隧道工程施工穩(wěn)定性的影響

某隧道工程在實際施工過程中出現(xiàn)過29次塌方，其中有22次塌方都與結(jié)構(gòu)面存在著密切的關(guān)系。由此看來，結(jié)構(gòu)面對隧道工程的施工及穩(wěn)定性產(chǎn)生巨大的影響。經(jīng)過我們對巖體結(jié)構(gòu)面分析發(fā)現(xiàn)，該隧道工程穿過了眾多結(jié)構(gòu)面，其中對于隧道工程施工穩(wěn)定性影響最大的有：斷層、土巖界面等。本文僅對斷層進行分析。

斷層是隧道工程建設(shè)中穿過頻率最大的結(jié)構(gòu)面，但是并不代表所有斷層都會對隧道工程的穩(wěn)定性造成較大的影響，而是只有規(guī)模較大的、生成時間短的、傾角大的斷層，才會對隧道工程的穩(wěn)定性造成影響。通過相關(guān)研究者采用優(yōu)勢指標，可以了解到不同斷層對隧道工程穩(wěn)定性產(chǎn)生影響的程度，這樣也就有利于施工人員采取相應(yīng)的處理方式，從而保證工程的穩(wěn)定性。

在實際分析過程中，技術(shù)人員首先應(yīng)對某一斷層進行分析，明確其因子值與權(quán)重值，然后采用相應(yīng)的計算公式來分析隧道工程穩(wěn)定性影響程度的綜合值。一般來說，綜合值也就是各項優(yōu)勢指標的權(quán)重值與因子值的總和，可用以下計算公式表達：

上式中，Ri代表的是隧道工程穿過某一斷層的綜合值，W1~W7代表的是某斷層各項優(yōu)勢指標的權(quán)重值，其主要包括（依次順序）為：時間、規(guī)模、斷層面的狀態(tài)、斷層面的滲水壓力、斷層面的傾角、斷層面與隧道工程質(zhì)檢的距離、斷層面的走向與隧道施工方向之間夾角的權(quán)重值，而I1i~I7i則代表的是上述各優(yōu)勢指標的因子值。以下對這些優(yōu)勢指標進行全面分析

1、時間優(yōu)勢指標

這里所指的時間也就是斷層的生成時間或者最后一次活動的時間。為了更深度地了解，我們可以以優(yōu)勢面理論將斷層分為以下三種類型：1）“老”斷層，這一斷層主要是在燕山期及以前生成的，并在近段事件內(nèi)并沒有出現(xiàn)較明顯活動的斷層；2）“新”斷層，該斷層主要生成與喜馬拉雅時期，或者在這一時期出現(xiàn)過的活動較為明顯；3）“活”斷層，這是在全新世生成的斷層，還有一些斷層至今仍然出現(xiàn)較為明顯的活動。在眾多優(yōu)勢指標當中，時間優(yōu)勢指標對隧道工程的穩(wěn)定性產(chǎn)生的影響最大，

2、斷層規(guī)模優(yōu)勢指標

斷層的長度、寬度以及落差是決定斷層規(guī)模的重要因素。

3、斷層面狀態(tài)優(yōu)勢指標

經(jīng)過我們對斷層面進行分析發(fā)現(xiàn)，如果斷層面帶有的物質(zhì)越厚、越軟弱，那么斷層的滑動性也就越大，這就說明工程在穿過斷層面時易出現(xiàn)安全事故。如果在實際施工過程中，施工人員沒有在其中填充其他物質(zhì)時，那么施工人員應(yīng)當對其分形維數(shù)進行分析，從而確定其對隧道工程造成的影響程度。

4、斷層傾角優(yōu)勢指標

斷層的傾角是影響巖移的范圍的至關(guān)重要的影響因素，當傾角小于20°時，影響一般不顯著，當大于20°時，由影響顯著直至起控制作用。

5、斷層破碎帶中地下水滲水壓力優(yōu)勢指標

地下水能軟化巖石，并加劇風化，結(jié)構(gòu)面中水壓能降低其抗剪強度。

6、斷層與隧道的距離優(yōu)勢指標

斷層與隧道的距離越近，對隧道的影響越大。

7、斷層走向與隧道方向的夾角優(yōu)勢指標

當斷層的走向與隧道方向平行時(即它們間的夾角為0°時)，斷層被擾動的程度最強烈，因而對隧道的影響最大;垂直時最小。

眾多斷層中綜合值Ri越大者，表示該斷層對隧道穩(wěn)定的影響越大，反之，表示該斷層對隧道穩(wěn)定的影響越小。這樣就可以根據(jù)各斷層的綜合值Ri大小，分別采取不同的工程措施。

某斷層是一綜合值R較大的斷層，它位于隧道頂部，走向與隧道方向平行，傾角較陡而時間較老，它對隧道穩(wěn)定的影響較大，可用注漿、打錨桿等對其進行支護，且錨桿的方向應(yīng)盡量與斷層面垂直。

這里還需指出斷層的活化問題。對于那些正在活動的斷層，它對隧道穩(wěn)定的影響當然是很大的。而對于那些己經(jīng)不活動了即處于穩(wěn)定的斷層，由于隧道施土對它的擾動，會使斷層兩盤失去原來的平衡而又開始錯動即“斷層活化”，從而影響隧道的穩(wěn)定性。

四、結(jié)構(gòu)面的其他影響

1、結(jié)構(gòu)面與地下土程中的水害

研究表明，60%的礦井事故與地下水作用有關(guān)。據(jù)有關(guān)資料，國內(nèi)外礦山開采中發(fā)生的突水事故中有90%與斷層這種結(jié)構(gòu)面有關(guān)。這些說明地下土程中地下水的突出事故與巖體結(jié)構(gòu)。

2、結(jié)構(gòu)面與地下工程中的瓦斯突出

有的隧道還會穿過煤系地層。相關(guān)研究者在解決煤礦瓦斯突出難題時提出構(gòu)造控制瓦斯突出的預(yù)測分析理論，并將其運用在實際工程的研究當中。

3、結(jié)構(gòu)面與隧道圍巖巖體質(zhì)

以上分析的是規(guī)模較大的結(jié)構(gòu)面(即斷層)對圍巖穩(wěn)定、地下工程中水害和瓦斯突出的影響。但巖體中更多存在的是規(guī)模小的結(jié)構(gòu)面，如節(jié)理、片理、裂隙等。這些較小結(jié)構(gòu)面的存在對隧道圍巖巖體質(zhì)量有重要影響。一般情況是，巖體中的結(jié)構(gòu)面越多、越密，巖體質(zhì)量越差。而巖體質(zhì)量等級是指導采取何種隧道施工方法、支護方式的依據(jù)。

五、結(jié)論

綜上所述，我們可以清楚的知道，在隧道工程施工過程中，并不是所有斷層都會對其穩(wěn)定性造成影響，而是以下規(guī)模較大的斷層結(jié)構(gòu)面會對工程的穩(wěn)定性造成影響，因此在實際工作中，施工人員必須要對斷層結(jié)構(gòu)面進行全面分析，充分認識其對結(jié)構(gòu)面造成的影響，然后采取有效的處理措施，以避免地下工程的順利施工，避免安全事故與自然災(zāi)害的發(fā)生，從而保證地下工程的施工質(zhì)量，提高其綜合效益。

參考文獻

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