課前語(yǔ)地下工程施工技術(shù)地下是一個(gè)五彩繽紛的世界——信不信由你地下是一個(gè)亟待開(kāi)發(fā)的世界——行不行看你什么是地下工程？地下工程的發(fā)展前景作么樣？什么是地下施工技術(shù)？地下施工技術(shù)學(xué)那些內(nèi)容？。。。。。。。。。。。。。。。。。●什么是地下工程？地下工程是一個(gè)較為廣闊的范疇：泛指地表以下開(kāi)挖的工程，通常包括礦山井巷地鐵隧道水工隧道交通山嶺隧道水電地下硐室城市地下空間軍事工事建筑基坑地基工程……………..等。一般說(shuō)來(lái)，地下工程包括：◆規(guī)劃設(shè)計(jì)◆結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算◆施工工藝與技術(shù)●地下工程的發(fā)展前景如何？城市建設(shè)：地下空間、地鐵、交通建設(shè)：隧道能源建設(shè)：煤炭、水電電力什么是地下施工技術(shù)，學(xué)那些內(nèi)容？《地下施工技術(shù)》是地下工程的一個(gè)重要組成部分?！鴰r石隧道鉆爆法掘進(jìn)▲地下支護(hù)技術(shù)▲立井普通法施工▲大型地下硐室施工▲盾構(gòu)施工技術(shù)▲頂管施工技術(shù)▲不良巖體中的開(kāi)挖技術(shù)▲地下施工的輔助工作▲施工組織設(shè)計(jì)與管理從以往出版的有關(guān)地下工程施工的書籍看，行業(yè)特征比較明顯，針對(duì)性比較強(qiáng)。隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，過(guò)去從事建筑、礦山、鐵路、交通、水電、市政等建設(shè)施工企業(yè)已逐漸打破了原有的行業(yè)界限，紛紛跨出部門、行業(yè)，走向市場(chǎng)，承擔(dān)著各種不同類型工程的建設(shè)任務(wù)。從高等院校的人才培養(yǎng)來(lái)說(shuō)，也應(yīng)迅速適應(yīng)這種市場(chǎng)的變化，培養(yǎng)出能適應(yīng)不同行業(yè)施工需要的人才。事實(shí)上，不論什么行業(yè)，就地下工程而言，其基本施工原理和方法相差并不大。因此，本書從主觀上擬盡量打破行業(yè)特征，淡化行業(yè)觀念，重點(diǎn)講述施工技術(shù)、施工方法，包括鉆眼爆破方法、地下支護(hù)方法、掘進(jìn)機(jī)方法、盾構(gòu)法、頂管法等。地下工程的施工，有的可以采用明挖法，有的要采用暗挖法，本書主要是講述暗挖法，包括一些通達(dá)地面的豎井工程。深基坑、樁基、地下連續(xù)墻等，雖然有的也視為地下工程，但它們不屬于暗挖施工的范疇，故本書不予講授。重在方法是本課程的基本原則，主要以暗挖法施工所涉及到的一些典型施工技術(shù)、工藝和方法為主導(dǎo)體系進(jìn)行論述。就施工方法的性質(zhì)而言，目前在技術(shù)界將其分為普通施工法和特殊施工法，一般將礦山法稱為普通施工法，將一些非礦山法施工的技術(shù)（如全斷面掘進(jìn)機(jī)、盾構(gòu)機(jī)、鉆井機(jī)、沉管、頂管、沉井等）及地下施工中針對(duì)不良地層所采取的輔助工法（如凍結(jié)、注漿、帷幕、地下連續(xù)墻、管棚等）稱為特殊施工法。事實(shí)上，這種劃分并無(wú)實(shí)質(zhì)的科學(xué)意義，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，所謂的特殊施工已成為常規(guī)的、普通的施工方法。但考慮到過(guò)去的煤炭院校，一般都另開(kāi)設(shè)有《井巷特殊施工技術(shù)》課程，為避免內(nèi)容重復(fù)，本書未將鉆井法和沉井法兩種鑿井技術(shù)以及凍結(jié)、注漿、帷幕輔助工法列入。序論地下工程的發(fā)展地下工程(undergroundengineering)是建在地面以下巖層或土層中的各種工程空間與設(shè)施的總稱，包括地下建筑、地下礦山、地下交通、地下水利水電等各個(gè)領(lǐng)域。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，地下工程的范圍越來(lái)越廣泛，城市地鐵、公路、水電站、倉(cāng)庫(kù)、商場(chǎng)、體育館、工廠等越來(lái)越多的工程建造在地下?，F(xiàn)代地下工程發(fā)展迅速，類型多樣，按其用途分為地下交通工程、地下礦業(yè)工程、地下軍事工程、地下貯存工程、地下工業(yè)工程、地下商業(yè)工程、地下農(nóng)業(yè)工程、地下居住工程、地下旅游工程、地下宗教工程、地下物流工程等。地下工程是隨著社會(huì)的進(jìn)步而興起并不斷發(fā)展的。人類很早就利用天然洞穴作為居住場(chǎng)所，當(dāng)社會(huì)發(fā)展到能夠制造挖掘工具時(shí)，出現(xiàn)了人工開(kāi)挖和利用地下空間的現(xiàn)象。到人類文明社會(huì)，隨著采礦、運(yùn)輸、航運(yùn)的興起和農(nóng)業(yè)灌溉特別是戰(zhàn)爭(zhēng)的需要，出現(xiàn)了各種人工開(kāi)挖的坑道式地下工程。早在4000年以前，古代強(qiáng)盛的巴比倫王國(guó)就在幼發(fā)拉底河下開(kāi)掘了一條最早的連接王宮與圣廟的地下通道，19世紀(jì)在美國(guó)修建了世界上第一座長(zhǎng)約12km的鐵路隧道。隨著隧道施工技術(shù)的進(jìn)步，城市地鐵工程也在世界各地興起，從1863年倫敦開(kāi)始修建第一條地鐵至今，世界上在建和在運(yùn)轉(zhuǎn)的地鐵已遍布近百個(gè)城市。地鐵的發(fā)展推動(dòng)著地下城市建設(shè)工作的發(fā)展與進(jìn)步。新中國(guó)成立后，特別是近20年來(lái)，我國(guó)的交通建設(shè)出現(xiàn)了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，尤其是在開(kāi)發(fā)西部的過(guò)程中所修建的鐵路和公路，要克服許多高山峻嶺和地質(zhì)條件復(fù)雜的困難，到1996年年底前投入運(yùn)行的隧道達(dá)5200條，總長(zhǎng)2548km，成為世界之最。1999年貫通的安康鐵路秦嶺隧道，采用了國(guó)際先進(jìn)的TBM技術(shù)，隧道長(zhǎng)度名列世界第6位，達(dá)18.46km。此外，我國(guó)從20世紀(jì)50年代起就開(kāi)始研制軟土隧道盾構(gòu)施工設(shè)備，1963年試驗(yàn)盾構(gòu)掘進(jìn)，1971年上海黃埔江打埔路隧道建成通車，標(biāo)志著我國(guó)隧道盾構(gòu)施工技術(shù)的成功。二十一世紀(jì)，人們將向地下要空間、要資源、要效益、要生存、要環(huán)境。近十幾年來(lái)，我國(guó)的城市地下空間的開(kāi)發(fā)與利用已開(kāi)始啟動(dòng)且發(fā)展迅速。據(jù)預(yù)測(cè)，今后10~15年內(nèi)將是我國(guó)城市地下工程開(kāi)發(fā)利用的重要發(fā)展時(shí)期?！拔磥?lái)的時(shí)代是地下時(shí)代”，“地下空間是宜人的空間”，“人類將重返地下”。根據(jù)國(guó)內(nèi)外地下空間開(kāi)發(fā)的現(xiàn)狀，按其用途可分為以下幾類：居住空間，旅館、招待所、窯洞等；公共服務(wù)空間，辦公室、會(huì)議室、實(shí)驗(yàn)室、教室、禮堂、展覽廳、博物館、閱覽室、餐廳、商店、酒吧、浴池等；交通運(yùn)輸空間，公路隧道、地鐵隧道、垃圾運(yùn)輸?shù)?、停車?chǎng)等；文體娛樂(lè)空間，舞廳、影象廳、溜冰場(chǎng)、游泳池、游樂(lè)中心等；防災(zāi)空間，掩蔽所、指揮所、醫(yī)院、救護(hù)站等；能源空間：發(fā)電站、供熱站、冷庫(kù)、油庫(kù)、核電站等；倉(cāng)儲(chǔ)空間：糧庫(kù)、油庫(kù)、物資庫(kù)、武器彈藥庫(kù)、金庫(kù)、水庫(kù)等；種植空間，金針菇、平菇、韭菜、蒜黃、天麻等。歐美國(guó)家地下空間的利用比較早也比較好，主要有：生活設(shè)施（自來(lái)水、下水道、垃圾處理站、區(qū)域供熱、物資流通等）、交通設(shè)施（地下街、地下道路、地下停車場(chǎng)、地下鐵道、海底隧道）、能源設(shè)施（地下發(fā)電站、地下儲(chǔ)庫(kù)）、水利設(shè)施、地下文化設(shè)施（音樂(lè)大廳、劇場(chǎng)美術(shù)館、觀光性博物館）、地下體育設(shè)施、地下圖書館、地下宗教設(shè)施、地下研究實(shí)驗(yàn)設(shè)施、地下教育設(shè)施、地下工廠、倉(cāng)庫(kù)、住宅、事務(wù)所、防空洞、康復(fù)中心等。近十幾年來(lái)，日本在地下空間的開(kāi)發(fā)利用方面發(fā)展迅速，現(xiàn)已從超高層建筑等的空中開(kāi)發(fā)時(shí)代轉(zhuǎn)向大深度地下空間的開(kāi)發(fā)時(shí)代，目前正規(guī)劃建造大規(guī)模的地下停車場(chǎng)，有人曾構(gòu)想把高速鐵路、高速道路甚至航空線都建造于地下。我國(guó)的香港、北京、上海、西安等地在地下空間的開(kāi)發(fā)利用方面率先取得了一定的成效，積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。目前發(fā)展較快的是城市地鐵，除已有地鐵的城市還在繼續(xù)擴(kuò)建外，又有成都、青島、武漢、重慶、長(zhǎng)沙、合肥、蘭州、昆明、西安等約20個(gè)城市正在申請(qǐng)和籌建地鐵，預(yù)計(jì)今后10年將是我國(guó)地鐵建設(shè)的興盛時(shí)期。其次是地下商場(chǎng)、商業(yè)街等，全國(guó)已有20多個(gè)城市的車站廣場(chǎng)建有地下商場(chǎng)，西安的鐘鼓樓廣場(chǎng)、上海的人民廣場(chǎng)等是近幾年建成的典型大型地下空間開(kāi)發(fā)工程。近半個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，地下工程施工的技術(shù)和理論取得了重要的進(jìn)步，主要成果有：（1）錨噴支護(hù)以及光面爆破技術(shù)的應(yīng)用。錨桿是地下支護(hù)技術(shù)的一項(xiàng)革新，改變了以往支護(hù)的被動(dòng)作用性質(zhì)，施工簡(jiǎn)單，效果顯著?，F(xiàn)已成為地下工程施工廣泛應(yīng)用的技術(shù)。（2）人工凍結(jié)加固巖土技術(shù)的成功應(yīng)用。人工凍結(jié)是處理軟土問(wèn)題的一項(xiàng)有效手段，而且對(duì)控制施工影響和施工環(huán)境保護(hù)有重要的意義。（3）巖石隧道鑿巖臺(tái)車及鉆、裝、運(yùn)、支等工序的成套機(jī)械設(shè)備的使用，大大提高了隧道施工的機(jī)械化程度。（4）大型掘進(jìn)機(jī)(TBM)采用機(jī)械破巖方法，破巖的硬度甚至達(dá)到數(shù)百兆帕，并實(shí)現(xiàn)了整個(gè)隧道施工作業(yè)連續(xù)化，大大提高了隧道施工的現(xiàn)代化程度。（5）盾構(gòu)技術(shù)的完善和廣泛應(yīng)用。原則上盾構(gòu)施工已經(jīng)可以在任何軟土地層中應(yīng)用，可施工任何斷面形狀的隧道工程。（6）水下隧道的沉管法的應(yīng)用，促進(jìn)了海底隧道、越江隧道的發(fā)展。（7）支護(hù)一圍巖共同作用原理的理論成果，指出了支護(hù)(襯砌)的荷載大小不僅與圍巖有關(guān)，而且還受自身性質(zhì)的影響。這是和地面工程的一個(gè)重要區(qū)別。(8)新奧法理論的應(yīng)用。新奧法于1948年提出，1963年形成系統(tǒng)理論，表明它不僅僅是錨噴支護(hù)技術(shù)，更說(shuō)明一種支護(hù)原理，強(qiáng)調(diào)隧道施工應(yīng)遵循適當(dāng)控制圍巖變形的原則。(9)隨著計(jì)算技術(shù)與計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展，有限元、邊界元等數(shù)值計(jì)算方法和計(jì)算機(jī)在地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工程力學(xué)分析中得到了廣泛應(yīng)用。(10)水是地下工程的主要災(zāi)害之一，地下水的處理是地下工程施工的重點(diǎn)難點(diǎn)。注漿堵水技術(shù)、結(jié)構(gòu)接縫防水技術(shù)取得了長(zhǎng)足發(fā)展?？傊叵鹿こ倘跃哂型度敫?、勞動(dòng)強(qiáng)度大、施工環(huán)境惡劣甚至是有危險(xiǎn)、技術(shù)難度大而整體技術(shù)水平相對(duì)較低的特點(diǎn)。目前，它正向著長(zhǎng)、大、高(高水平的設(shè)計(jì)與施工技術(shù))、深、難和現(xiàn)代化的方向發(fā)展。對(duì)每一個(gè)地下工程工作者，學(xué)習(xí)和掌握現(xiàn)代的地下工程施工技術(shù)，對(duì)提高施工速度和質(zhì)量，保證施工安全，提高經(jīng)濟(jì)效益是十分重要的。第二節(jié)地下施工中的一些基本概念一、巖石和巖土地下工程作為一種結(jié)構(gòu)物，與地面構(gòu)筑物的一個(gè)重要區(qū)別在于它處在巖石或土這種地質(zhì)環(huán)境之中。周圍巖土介質(zhì)的各種物理力學(xué)性質(zhì)及其賦存條件，對(duì)地下工程的設(shè)計(jì)、施工乃至運(yùn)營(yíng)都有重要的影響。巖石是經(jīng)過(guò)地質(zhì)作用形成的由一種或多種礦物組成的天然集合體。在地殼巖石形成過(guò)程中，地質(zhì)構(gòu)造作用以及其他漫長(zhǎng)的大自然作用破壞了巖石的完整性和連續(xù)性，產(chǎn)生了許多裂隙、節(jié)理和斷層。常常把節(jié)理、裂隙、斷層和沉積巖與由沉積巖變質(zhì)的變質(zhì)巖在生成過(guò)程中形成的層理和層面統(tǒng)稱為結(jié)構(gòu)面。把由結(jié)構(gòu)面切割出的完整塊體稱為巖塊，因此巖體也就可以認(rèn)為是由巖塊和結(jié)構(gòu)面組成的復(fù)雜地質(zhì)體。絕大部分土是地表巖石，它是經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)地質(zhì)歷史年代的同化作用而生成的。經(jīng)物理風(fēng)化的土層礦物成分常與原生礦物一致，如石英、長(zhǎng)石、云母等。原生礦物經(jīng)化學(xué)風(fēng)化形成新的次生礦物成分，主要有粘土礦物，如高嶺土、伊利石和蒙脫石。這是土體中兩種物理力學(xué)性質(zhì)有明顯區(qū)別的成分。風(fēng)化后的土體還會(huì)受到水、風(fēng)、冰川等的動(dòng)力作用，經(jīng)沖刷、搬運(yùn)后沉積在一起的土體成分，就變得相對(duì)復(fù)雜，并可能形成一定的沉積構(gòu)造。土體經(jīng)長(zhǎng)期的高壓、脫水、固結(jié)后，又會(huì)形成巖石。因此，巖石和土的區(qū)別只是顆粒膠結(jié)的強(qiáng)弱。由于土的膠結(jié)力弱，因此土的成分對(duì)土體的物理力學(xué)性質(zhì)影響更為嚴(yán)重，而巖石則相反，有時(shí)甚至兩者難以區(qū)別。巖土是巖石和土的總稱。二、隧道與巷道對(duì)于洞道式地下工程，不同的行業(yè)有不同的稱謂，公路及鐵路部門稱為隧道，在礦山稱為巷道，水利水電部門稱之為隧洞，而軍事部門則稱為坑道或地道，在市政工程中又叫通道或地道。隧道（tunnel）通常是指修筑在地下或山體內(nèi)部，兩端有出入口，供車輛、行人等通過(guò)的通道。大部分隧道的設(shè)置以交通運(yùn)輸為主要目的，如交通運(yùn)輸方面的鐵路、公路和人行隧道；城市地下鐵道隧道、海底及水底隧道等。巷道（heading、drift等）通常是指為采掘地下礦物而修建的地下空間結(jié)構(gòu)體，包括各種巷道和硐室。礦山隧道一般埋藏比較深，可達(dá)數(shù)百米甚至幾千米，故可稱為深埋隧道；礦山巷道的斷面一般比交通隧道的小，這些均導(dǎo)致了兩種隧道的設(shè)計(jì)與施工有一定的區(qū)別。礦山巷道按作用分主要有運(yùn)輸巷道、通風(fēng)巷道、人行巷道和硐室。運(yùn)輸巷道是礦車運(yùn)行的主要通道，負(fù)責(zé)人員、礦藏、材料、設(shè)備的輸運(yùn)和通達(dá)。包括車場(chǎng)中的各種巷道、石門、運(yùn)輸巷、材料巷等。通風(fēng)巷道用于輸送新鮮空氣，排除有害氣體和廢氣，調(diào)節(jié)溫度。人行巷道專供行人。硐室的長(zhǎng)度一般比較小，斷面相對(duì)較大，主要用于的安裝大型生產(chǎn)設(shè)備、存放材料，如機(jī)車庫(kù)、炸藥庫(kù)、變電所、水泵房等。隧洞是水利發(fā)電工程、城市市政方面的各種水工隧道或隧洞等。在水電工程中設(shè)置各類水工隧道可實(shí)現(xiàn)引水、排水、通風(fēng)等目的；市政工程中，設(shè)置各類公共隧道可實(shí)現(xiàn)污水排放、管線鋪設(shè)等目的。坑道是軍事工程方面的各種國(guó)防坑道，是一項(xiàng)隱蔽在地下、水下或山體內(nèi)部，作為作戰(zhàn)、防御、儲(chǔ)藏的手段重要結(jié)構(gòu)物，是戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)期的重要場(chǎng)所。地道或通道一般也稱地下人行道。常在道路交叉口，為行人穿越道路而設(shè)。不論何種洞道式工程，從地質(zhì)條件上可將其分為兩大類，即巖石洞道和土層洞道。根據(jù)其所處的環(huán)境不同可分為山嶺隧道、城市隧道、水（海）底隧道、礦山隧道(巷道)等。根據(jù)其埋藏深度分為深埋式與淺埋式。對(duì)于深埋與淺埋的界限目前尚無(wú)明確的指標(biāo)。三、圍巖與圍巖壓力未經(jīng)人為開(kāi)挖擾動(dòng)的巖（土）體稱為原巖。當(dāng)在原巖內(nèi)進(jìn)行地下工程開(kāi)挖后，周圍一定范圍內(nèi)巖體原有的應(yīng)力平衡狀態(tài)遭到了破壞，導(dǎo)致應(yīng)力重新分布，引起附近巖體產(chǎn)生變形、位移、甚至破壞，直到出現(xiàn)新的應(yīng)力平衡為止。將開(kāi)挖后隧道周圍發(fā)生應(yīng)力重新分布的巖體稱為圍巖，圍巖既可以是巖體，也可以是土體。如果在出現(xiàn)新的應(yīng)力平衡之前已對(duì)圍巖進(jìn)行了支護(hù)，則圍巖的變形和破壞就會(huì)引起應(yīng)力和位移的變化，甚至破壞支護(hù)結(jié)構(gòu)。巖體力學(xué)中把由于開(kāi)挖而引起的圍巖或支護(hù)結(jié)構(gòu)上的力學(xué)效應(yīng)統(tǒng)稱為廣義的圍巖壓力。圍巖壓力的大小，不僅與巖體的初始地應(yīng)力狀態(tài)、巖體的物理力學(xué)性質(zhì)和巖體結(jié)構(gòu)有關(guān)，同時(shí)還與工程性質(zhì)、支護(hù)結(jié)構(gòu)類型及支護(hù)時(shí)間等因素有關(guān)。顯然，當(dāng)圍巖的二次應(yīng)力不超過(guò)圍巖的彈性極限時(shí)，圍巖壓力將全部由圍巖自身來(lái)承擔(dān)，隧道也就可以不加支護(hù)而在一定時(shí)期內(nèi)保持穩(wěn)定。當(dāng)二次應(yīng)力超過(guò)圍巖的強(qiáng)度極限時(shí)，就必須采取支護(hù)措施，以保證隧道穩(wěn)定，此時(shí)，圍巖壓力是由圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)共同承擔(dān)的，可見(jiàn)，作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的壓力僅是圍巖壓力的一部分。因此，把作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的這部分圍巖壓力稱為狹義的圍巖壓力。通常所說(shuō)的圍巖壓力多指狹義圍巖壓力。對(duì)圍巖的理論研究表明，圍巖本身具有一定的自承載能力，充分發(fā)揮圍巖的自承載能力，會(huì)大大降低隧道支護(hù)成本。隧道開(kāi)挖后，適當(dāng)控制圍巖的變形，對(duì)隧道的維護(hù)具有重要意義。圍巖壓力就其表現(xiàn)形式可分為松動(dòng)壓力、變形壓力、沖擊壓力和膨脹壓力等。由于開(kāi)挖而引起圍巖松動(dòng)或坍塌的巖體以重力形式作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的壓力稱為松動(dòng)壓力，亦稱散體壓力。開(kāi)挖必然引起圍巖變形，支護(hù)結(jié)構(gòu)為抵抗圍巖變形而承受的壓力稱為變形壓力。沖擊壓力是圍巖中積蓄的大量彈性變形能受開(kāi)挖的擾動(dòng)而突然釋放所產(chǎn)生的壓力，包括巖爆、巖震和突出等。膨脹壓力是巖體遇水后體積發(fā)生膨脹而產(chǎn)生的壓力，其大小取決于巖體的性質(zhì)和地下水的活動(dòng)特征。四、礦山法與新奧法所謂礦山法，一般是指采用傳統(tǒng)的鉆眼爆破法或懸臂式掘進(jìn)機(jī)開(kāi)挖的方法，是一種傳統(tǒng)的采用暗挖法施工地下工程的方法。所謂新奧法是20世紀(jì)60年代奧地利專家L．V．Rabcewicz總結(jié)前人積累的經(jīng)驗(yàn)后提出來(lái)的一套隧道設(shè)計(jì)、施工的新技術(shù)，即新奧地利隧道施工法（NewAustrianTunnellingMethod，NATM），簡(jiǎn)稱“新奧法”。指在采用礦山法施工地下隧硐工程時(shí)，對(duì)挖掘和支護(hù)、尤其是對(duì)支護(hù)進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)和組織的一種思想、理念和方法。它強(qiáng)調(diào)的是在巖體被開(kāi)挖之后，要進(jìn)行有關(guān)變形和力學(xué)參數(shù)監(jiān)測(cè)，以合理確定一次支護(hù)與二次支護(hù)的時(shí)機(jī)，確定初次支護(hù)、二次支護(hù)的結(jié)構(gòu)形式與尺寸，即信息化施工。它是一套地下工程設(shè)計(jì)、掘進(jìn)、襯砌、測(cè)試相結(jié)合的完整新概念。新奧法在公路與鐵路隧道、礦山巷道、地下交通隧道等工程中得到了廣泛推廣應(yīng)用。因此，礦山法和新奧法是兩個(gè)完全不同的概念，新奧法涵蓋于礦山法之中，二者不具有同體性和可比性。新奧法的基本思想和方法不僅適用于隧道工程，而且同樣適用斷面相對(duì)較小的各類巷道工程。但目前在某些部門還存在混淆，例如某隧道采用鉆研爆破法施工，有的人則聲稱“采用的是新奧法而不是礦山法”、“新奧法比礦山法優(yōu)越”等，這是完全的概念性錯(cuò)誤。第三節(jié)地下工程的圍巖分類地下工程是開(kāi)鑿在巖石或土層中構(gòu)筑物，為了合理選擇地下工程的開(kāi)挖方法和支護(hù)方式，正確地進(jìn)行工程設(shè)計(jì)計(jì)和布局，保證地下工程的施工及運(yùn)營(yíng)安全，必須對(duì)地下工程中的巖石強(qiáng)度及圍巖穩(wěn)定性進(jìn)行分類，以便對(duì)巖土體穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)提供一種客觀而統(tǒng)一的比較手段和衡量標(biāo)準(zhǔn)。一、巖石的工程分級(jí)為了合理地選用施工方法、施工設(shè)備、機(jī)具與器材，準(zhǔn)確地制定生產(chǎn)定額和材料消耗定額等，對(duì)地下工程來(lái)說(shuō)，還應(yīng)對(duì)巖石進(jìn)行定量的區(qū)分，以便能正確地進(jìn)行工程設(shè)計(jì)。巖石工程分級(jí)的方法很多，其中前蘇聯(lián)的按巖石堅(jiān)固性進(jìn)行分級(jí)的方法（即普氏分級(jí)法），因其方法簡(jiǎn)明、便于使用而得到廣泛應(yīng)用。前蘇聯(lián)M．M．普羅托奇雅可諾夫于1926年提出用“堅(jiān)固性”這一概念作為巖石工程分級(jí)的依據(jù)。普氏認(rèn)為，巖石的堅(jiān)固性在各方面的表現(xiàn)是趨于一致的，難破碎的巖石用各種方法都難于破碎，容易破碎的巖石用各種方法都易于破碎。因此他建議用一個(gè)綜合性的指標(biāo)“堅(jiān)固性系數(shù)f”來(lái)表示巖石破壞的相對(duì)難易程度：通常稱f為普氏巖石堅(jiān)固性系數(shù)，Rc是巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度(MPa)。根據(jù)f值的大小，將巖石分為十級(jí)共十五種（表1—1）。表1—1巖石堅(jiān)固性分級(jí)表級(jí)別堅(jiān)固性程度巖石f值Ⅰ最堅(jiān)固的巖石最堅(jiān)固、最致密的石英巖及玄武巖，其他最堅(jiān)固的巖石20Ⅱ很堅(jiān)固的巖石很堅(jiān)固的花崗巖類，石英斑巖，很堅(jiān)固的花崗巖，硅質(zhì)片巖，堅(jiān)固程度較Ⅰ級(jí)巖石稍差的石英巖，最堅(jiān)固的砂巖及石灰?guī)r15Ⅲ堅(jiān)固的巖石致密的花崗巖及花崗巖類巖石，很堅(jiān)固的砂巖及石灰?guī)r，石英質(zhì)礦脈，堅(jiān)固的礫巖，很堅(jiān)固的鐵礦石10Ⅲa堅(jiān)固的巖石堅(jiān)固的石灰?guī)r，不堅(jiān)固的花崗巖，堅(jiān)固的砂巖，堅(jiān)固的大理巖，白云巖，黃鐵礦8Ⅳ相當(dāng)堅(jiān)固的巖石一般的砂巖，鐵礦石6Ⅳa相當(dāng)堅(jiān)固的巖石砂質(zhì)頁(yè)巖，泥質(zhì)砂巖5Ⅴ堅(jiān)固性中等的巖石堅(jiān)固的頁(yè)巖，不堅(jiān)固的砂巖及石灰?guī)r，軟的礫巖4Ⅴa堅(jiān)固性中等的巖右各種不堅(jiān)固的頁(yè)巖，致密的泥灰?guī)r3Ⅵ相當(dāng)軟的巖右軟的頁(yè)巖；很軟的石灰?guī)r，白堊，巖鹽，石膏，凍土、普通泥灰?guī)r，破碎的砂巖，膠結(jié)的卵石及粗砂礫，多石塊的土2Ⅵa相當(dāng)軟的巖石碎石土，破碎的頁(yè)巖，結(jié)塊的卵石及碎石，堅(jiān)硬的煙煤，硬化的粘土1.5Ⅶ軟巖致密的粘土，軟的煙煤，堅(jiān)田的表土層1.0Ⅶa軟巖微砂質(zhì)粘土，黃土，細(xì)礫石0.8Ⅷ土質(zhì)巖石腐植土，泥煤，微砂質(zhì)粘土，濕砂0.6Ⅸ松散巖石砂，細(xì)礫，松土，采下的煤0.5Ⅹ流砂狀巖石流砂，沼澤土壤，飽含水的黃土及飽含水的土壤0.3二、圍巖穩(wěn)定性分類工程實(shí)踐與理論研究使我們認(rèn)識(shí)到，圍巖穩(wěn)定性不只是巖石試件的強(qiáng)度，主要取決于巖體的結(jié)構(gòu)和巖體強(qiáng)度。但目前尚無(wú)統(tǒng)—的圍巖穩(wěn)定性分類方法，各個(gè)國(guó)家、不同行業(yè)均根據(jù)各自的工程特點(diǎn)提出了各自的圍巖分類方法。我國(guó)煤炭、公路及鐵路交通、水工等部門均制定有各自的圍巖分類。（一）煤炭系統(tǒng)的分類煤炭部門根據(jù)錨噴支護(hù)設(shè)計(jì)與施工的需要，按照煤礦巖層的特點(diǎn)，制定了使用于煤礦井巷工程的圍巖分類（表l—2）。表1—2煤炭系統(tǒng)圍巖分類類別名稱巖層描述開(kāi)掘后圍巖的穩(wěn)定狀態(tài)（3～5m跨度）巖種舉例Ⅰ穩(wěn)定巖層1．完整堅(jiān)硬巖層，Rb>60MPa，不易風(fēng)化2．層狀巖層層間膠結(jié)好，無(wú)軟弱夾層圍巖穩(wěn)定，長(zhǎng)期不支護(hù)無(wú)碎塊掉落現(xiàn)象完整的玄武巖，石英質(zhì)砂巖，奧陶紀(jì)灰?guī)r，茅口灰?guī)r，大冶厚層灰?guī)rⅡ穩(wěn)定性較好巖層1．完整比較堅(jiān)硬巖層，Rb＝40～60MPa2．層狀巖層，膠結(jié)較好3．堅(jiān)硬塊狀巖層，裂隙面閉合，無(wú)泥質(zhì)充填物,Rb>60MPa圍巖基本穩(wěn)定，較長(zhǎng)時(shí)間不支護(hù)會(huì)出現(xiàn)小塊掉落膠結(jié)好的砂巖、礫巖大冶簿層灰?guī)rⅢ中等穩(wěn)定巖層1．完整的中硬巖層，Rb=20～40MPa2．層狀巖層以堅(jiān)硬巖層為主，夾有少軟巖層3．比較堅(jiān)硬的塊狀巖層，Rb＝40～60MPa能維持一個(gè)月以上穩(wěn)定，會(huì)產(chǎn)生局部巖塊掉落砂巖，砂質(zhì)頁(yè)巖，粉砂巖，石灰?guī)r，硬質(zhì)凝灰?guī)rⅣ穩(wěn)定性較差巖層較軟的完整巖層，Rb<20MPa；中硬的層狀巖層；中硬的塊狀巖層，Rb＝20～40MPa圍巖的穩(wěn)定時(shí)間僅有幾天頁(yè)巖，泥巖，膠結(jié)不好的砂巖，硬煤Ⅴ不穩(wěn)定巖層1．易風(fēng)化剝落的松軟巖層2．各類破碎巖層圍巖很容易產(chǎn)生冒頂片幫質(zhì)頁(yè)巖，泥巖，軟質(zhì)凝灰?guī)r，煤，破碎巖石注：1.巖層描述將巖層分為完整的、層狀的、塊狀的、破碎的四種。（1）完整巖層：層理和節(jié)理裂隙的間距大于1.5m。（2）層狀巖層：層與層間距小于1.5m。（3）塊狀巖層、節(jié)理和裂隙間距小于1.5m，大于0.3m。（4）破碎巖層：節(jié)理裂隙間距小于0.3m。2.當(dāng)?shù)叵滤绊憞鷰r的穩(wěn)定性時(shí)，應(yīng)考慮適當(dāng)降級(jí)。3.Rb為巖石的飽和抗壓強(qiáng)度。(二)公路及鐵路部門的圍巖分類根據(jù)我國(guó)的鐵路、公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范，隧道圍巖分類見(jiàn)表1—3。表1-3鐵路隧道圍巖分類類別圍巖主要工程地質(zhì)條件圍巖開(kāi)挖后的穩(wěn)定狀態(tài)(單線)主要工程地質(zhì)特征結(jié)構(gòu)特征和完整狀態(tài)Ⅵ硬質(zhì)巖石，飽和單軸抗壓極限強(qiáng)度Rc>60MPa：受地質(zhì)構(gòu)造影響輕微，節(jié)理不發(fā)育，無(wú)軟弱結(jié)構(gòu)面(或夾層)；層狀巖層為厚層，層間結(jié)合良好呈巨塊狀整體結(jié)構(gòu)圍巖穩(wěn)定，無(wú)坍塌，可能產(chǎn)生巖爆Ⅴ硬質(zhì)巖石，Rc>30MPa：受地質(zhì)構(gòu)造影響較重，節(jié)理發(fā)育，有少量軟弱結(jié)構(gòu)面<或夾層)和貫通微張節(jié)理．但其產(chǎn)狀及組合關(guān)系不致產(chǎn)生滑動(dòng)；層狀巖層為中層或厚層，層間結(jié)合一般，很少有分離現(xiàn)象；或?yàn)橛操|(zhì)巖石偶夾軟質(zhì)巖石呈大塊狀砌體結(jié)構(gòu)暴露時(shí)間長(zhǎng)，可能會(huì)出現(xiàn)局部小坍塌，側(cè)壁穩(wěn)定．層間結(jié)合差的平緩巖層，頂板易冒落軟質(zhì)巖石，Rc≈30MPa：受地質(zhì)構(gòu)造影響輕微，節(jié)理不發(fā)育；層狀巖層為厚層，層間結(jié)合良好呈巨塊狀整體結(jié)構(gòu)Ⅳ硬質(zhì)巖石，Rc>30MPa：受地質(zhì)構(gòu)造影響嚴(yán)重，節(jié)理發(fā)育，有層狀軟弱結(jié)構(gòu)面(或夾層)，但其產(chǎn)狀及組合關(guān)系尚不致產(chǎn)生滑動(dòng)；層狀巖層為薄層或中層，層間結(jié)合差，多有分離現(xiàn)象；或?yàn)橛病④涃|(zhì)巖石互層呈塊石碎石壯鑲嵌結(jié)構(gòu)拱部上支護(hù)時(shí)可產(chǎn)生小坍塌，側(cè)壁摹本穩(wěn)定，爆破震動(dòng)過(guò)大易坍塌軟質(zhì)巖石，Rc=5MPa-30Mpa：受地質(zhì)構(gòu)造影響較重，節(jié)理較發(fā)育；層狀巖層為薄層、中層或厚層，層間結(jié)合一般呈大塊狀砌體結(jié)構(gòu)Ⅲ硬質(zhì)巖石，Rc>30MPa：受地質(zhì)構(gòu)造影響很嚴(yán)重，節(jié)理很發(fā)育,層狀軟弱面(或夾層)已基本破壞呈碎石狀壓碎結(jié)構(gòu)拱部無(wú)支護(hù)時(shí)可產(chǎn)生較大的坍塌，側(cè)壁有時(shí)失去穩(wěn)定軟質(zhì)巖石，Rc=5MPa～30MPa：受地質(zhì)構(gòu)造影響嚴(yán)重,節(jié)理發(fā)育呈塊石碎石狀鑲嵌結(jié)構(gòu)1．略具壓密或成巖作用的粘性土及砂性土2．黃土(Q1，Q2)。一般鈣質(zhì)、鐵質(zhì)膠結(jié)的碎、卵石土、大塊石土1.呈大塊狀壓密結(jié)構(gòu)；2.呈巨塊狀整體結(jié)構(gòu)Ⅱ石質(zhì)圍巖位于擠壓強(qiáng)烈的斷裂帶內(nèi)，裂隙雜亂，呈石夾土或土夾石狀呈角礫碎石壯松散結(jié)構(gòu)圍巖易坍塌，處理不當(dāng)會(huì)出現(xiàn)大坍塌，側(cè)壁經(jīng)常小坍塌，淺埋時(shí)易出現(xiàn)地表下沉(陷)成坍塌至地表一般第四系的半干硬～硬塑的粘性土及稍濕至潮濕的一般碎、卵石土、圓礫、角礫土及黃土(Q3，Q4)非粘性土呈松散結(jié)構(gòu)，粘性土及黃土呈松軟結(jié)構(gòu)Ⅰ石質(zhì)圍巖位于擠壓極強(qiáng)烈的斷裂帶內(nèi)，呈角礫、砂、泥松軟體呈松軟結(jié)構(gòu)圍巖極易坍塌變形，有水時(shí)土砂常與水一齊涌出,淺埋時(shí)易坍塌至地表軟塑狀粘性土及潮濕的粉細(xì)砂等粘性土呈易蠕動(dòng)的松軟結(jié)構(gòu);砂性土呈潮濕松散結(jié)構(gòu)(四)《錨桿、噴射混凝土支護(hù)技術(shù)規(guī)范》圍巖分類在歸納概括各部門分類的基礎(chǔ)上，我國(guó)正式頒布了用于錨桿、噴射混凝土支護(hù)的圍巖分類國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GBJ86—85)，見(jiàn)表1—4（內(nèi)容有刪節(jié)）。表1—5《錨桿、噴射混凝土支護(hù)技術(shù)規(guī)范》的圍巖分類圍巖類別主要工程地質(zhì)特征毛洞穩(wěn)定情況巖體結(jié)構(gòu)構(gòu)造影響程度、結(jié)構(gòu)面發(fā)育情況和組合狀態(tài)巖石強(qiáng)度指標(biāo)巖體聲波指標(biāo)抗壓強(qiáng)度／MPa點(diǎn)荷載強(qiáng)度／MPa縱波速度／kim·s-1完整性系數(shù)Ⅰ整體狀及層間結(jié)合良好的厚層狀結(jié)構(gòu)構(gòu)造影響輕微，偶有小斷層。結(jié)構(gòu)面不發(fā)育，以原生和構(gòu)造節(jié)理為主，多數(shù)閉合，無(wú)泥質(zhì)充填，不貫通。層間結(jié)