隧道圍巖穩(wěn)定性受一系列因素的影響,其中起控制作用的主要因素有巖石性質、巖體結構、天然應力狀態(tài)、地質構造、地下水等。
一.巖石性質
巖石性質是影響地下工程圍巖穩(wěn)定性的最基本因素。堅硬完整的巖體為地下工程圍巖穩(wěn)定提供了基本保證,圍巖一般是穩(wěn)定的,不需支護,能適應各種斷面形狀及尺寸的地下洞室;
軟弱巖體,如粘土巖類、破碎及風化巖體、吸水易膨脹的巖體等,通常具有力學強度低及遇水軟化、崩解、膨脹等不良地質現象,不利于洞室穩(wěn)定;
軟硬相間的巖體,由于其中軟巖層強度底,有的則因層問題成為軟弱夾層,因此,這類巖體的力學性質一般較差,圍巖穩(wěn)定性也比較差。
二.巖體結構
巖體結構對圍巖穩(wěn)定起控制作用。松散結構及碎裂結構巖體的穩(wěn)定性最差;薄層狀巖體次之;厚層狀及塊狀巖體結構最好。對于脆性的厚層狀和塊狀巖體,其強度主要受軟弱結構面的分布特點所控制。
結構面對圍巖穩(wěn)定性的影響,不僅取決于結構面本身的特征,還與結構面的組合關系,及這種組合與臨空面的交切關系密切相關。一般情況下,只有當結構面的組合交線傾向洞內,才有可能出現不利于圍巖穩(wěn)宅的分離體,特別是當分離體的尺寸小于洞跨時,就可能向洞內滑移,造成局部失穩(wěn)。
圍巖分離體有楔形、錐形、菱形、方形等,它們出現在頂圍、側圍和底圍,其穩(wěn)定性不同。
三.天然應力狀態(tài)
天然應力的影響主要取決于垂直于洞軸方向的水平應力的大小和天然應力比值系數,它們是圍巖內重分布應力狀態(tài)的主要因素。因此,估算這種應力的大小并設法消除或利用是非常重要的。由于最大主應力多系水平的,在洞軸選擇時,應盡量使兩者一致,而不要垂直。
四.地質構造
隧道圍巖常是強度不等的堅硬和軟弱巖層相間的巖體。構造變動中,常沿堅硬和軟弱巖層接觸處錯動,形成厚度不等的層問破碎帶,大大破壞巖體的完整性。洞室通過堅硬和軟弱相間的層狀巖體時,易在接觸面處變形或塌落。因此洞室應盡量設置在堅硬巖層中,或盡量把堅硬巖層作為頂圍。
褶皺的形式、疏密程度及其軸向與洞室軸線的交角不同,圍巖穩(wěn)定性也不同。
洞室通過斷層,若斷層帶寬度愈大,走向與洞軸交角愈小,它在洞內出露便越長,對圍巖穩(wěn)定性影響便越大。斷層帶破碎物質的碎塊性質及其膠結情況,也影響圍巖穩(wěn)定性。破碎帶組成物質如為堅硬巖塊,且擠壓緊密已膠結,比軟弱的斷層泥與組成疏松的糜棱巖或未膠結的壓碎巖要穩(wěn)定些。構造帶的地下水動力條件,常常是分析圍巖穩(wěn)定的重要依據。
五.地下水
巖體中地下水的賦存與活動,既影響圍巖的應力狀態(tài),又影響圍巖的強度,進而影響洞室的穩(wěn)定。實踐證明,許多洞室只要是干燥的,即便是通過軟弱的或破碎的巖層時,圍巖穩(wěn)定性總是較好的或危害比較微弱,且易于克服,而存在地下水時,情況就要復雜得多。地下水的影響表現在靜水壓力作用、動水壓力作用、對軟弱巖體及軟弱夾層的軟化和泥化作用、對可溶性巖體的溶蝕作用及對滑動面的潤滑作用等。此外,洞室涌水本身就是重大的工程地質問題之一。
此外,工程因素也是影響隧道圍巖穩(wěn)定性的重要因素之一,這些因素包括隧道的埋深、幾何形狀、跨度和長度,施工方法、圍巖暴露時間及襯砌類型等,這些因素影響圍巖應力的大小和性質。