42、地质与工程建设中的关键考量

地质与工程建设中的关键考量

1. 隧道施工与支护

1.1 隧道开挖方法

隧道开挖在不同地质条件下有多种方式。对于一些抗压强度较低的岩石，机械开挖是可行的，通常机械开挖的岩石无侧限抗压强度极限约为 20 MPa。盾构隧道施工是一种高效的方法，它可以一次性按隧道全尺寸进行施工，并且在开挖后立即安装永久衬砌，为隧道掘进提供支撑。在软土地层中，压力隔板式盾构机使用膨润土泥浆来支撑掌子面。膨润土泥浆能平衡土壤中地下水的静水压力，当膨润土渗入土壤孔隙并胶凝后，还能进一步提高地层稳定性。

1.2 隧道支护的必要性与影响因素

岩石在隧道中无支护状态下能保持稳定的时间称为自立时间或桥接能力。这主要取决于无支护岩体内部的应力大小，而应力大小又与岩体的跨度、强度和不连续面模式有关。如果岩石的桥接能力高，掌子面附近的岩石能在较长时间内保持原位；反之，则需尽快设置支护。

确定隧道支护系统类型时，正确评估岩层的倾向、走向、节理模式以及隧道掘进方向至关重要。节理模式是评估支护系统时最难且关键的因素之一。除了确定节理模式的尺寸和方向外，还需考虑节理面的条件、隧道尺寸、掘进方向和开挖方法。

隧道衬砌上的岩石压力受多种因素影响，包括隧道的尺寸和形状、岩体的完整强度、不连续面的性质、开挖前的地应力、地下水压力、开挖方法、超挖程度、永久衬砌安装前的时间、衬砌背后人工注入填充物的刚度以及衬砌本身的刚度。在非常坚硬的岩石中，圆形隧道周围重新分布的地应力表现为低径向应力和高切向应力，这使得隧道衬砌承受的荷载较小。然而，如果岩体风化严重或节理发育，应力重新分布可能会削弱岩体，最终导致上覆地层部分坍塌，使衬砌顶部承受高应力。

地下水对支护要求