地下洞库围岩松动圈的声波法测试

对松动 圈范 围的判 定 ， 对洞 室洞 室开挖方式的选择 、 巷 道稳 定性 的分析 ， 以及确定锚杆支护位置 、 支护锚杆 长度等设计 参数
的确定 ， 均有重要意义 。
仪器 结构简单 、 操作方便 、 数据 直观 ， 故此 次松动 圈测定采用该
方法。 声 波 法 的原 理 是 声 波 在 岩 体 中传 播 ， 当岩体裂隙发育 、 密 度
高则说 明围岩完整性 好 ，波速低说 明围岩存在裂缝 ，完整性较
差。
实际测试示 意图见图 １ 。在岩体 中钻孔后放入 测试探 头 ， 测 试探头 中有一个 发射器 和两个 接收器 ， 实行一发双收 。 发射探头
８ ２ Ｉ 石 油 化 工 建 设 ２ ０ １ ４ ． ０ １
全， 做 到 科 学决 策 ， 需 对 两 种 开 挖 方 式产 生 的 松 动 圈 范 围进 行 测
定， 比较两 种施 工工艺对 围岩 的扰动情况 ， 为确定合理 的洞室主
导开挖方式提供依据 。
后， 洞壁的应力最大 。当该应力超过岩体 的极 限强度时 ， 围岩将 立即发生破坏 ； 当该应力介于极 限强度和屈 服极 限时 ， 洞壁 围岩 就由弹性状态转化 为塑性状 态 ， 该趋 向深处发展 ， 并最 终在 围岩 中形成一 个所谓 的塑性松动 圈。 当然， 围岩破 坏发展 到一定深度 后会取得新应 力平衡 ，最终也会在洞室周 围产生一定 的破 坏松 动范围。因此 ， 在洞室开挖后 ， 在其周围会 因应力释放产生一个
Ｅ＆ Ｃ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｉ 工程技术
地下洞库围岩松动圈的声波 Ｉ Ｊ 试
郑红刚 龚凯 军 王立强 北京东 方新星石化工程股份有限公司 北京 １ ０ ０ ０ ７ ０ 摘 要 以山东某化 工企 业建造的地下洞库项 目为工程实例 ， 详细介绍 了采用声波法测定松动 圈的原理 及过程 ， 结合实 际
１测试项 目情况介绍
山东沿海某 大型化工企业 ， 为存 储化工原料 （ 主要为 Ｌ Ｐ Ｇ ）
建设地下水封洞库。 洞库建于地下 １ ０ ０多米深的花岗岩体 内， 主 要 由三条平行布设、相互连通 的主洞 室组成 ，各 主洞室长度为
降低时 ， 声阻抗增大波速值低 ， 反之异然 。 因此 ， 测得的声波波速
中图分类号 Ｔ Ｅ ８ ２ ２
文献标识码 Ｂ
随着经济的发展 ， 土地资源 日趋紧张 ， 地下空间的开发利用 越来越受 到重视 。 地 下工程常 以洞室 的形式表现 出来 ， 其按用途 可分为交通隧道 、 水 工隧洞、 矿 山巷道 、 地下厂房 、 地下军事工程 等。由于近年 国家 战略石油储备及 部分大型化工企业原料储备 的需要 ， 地 下洞库的建设 也逐渐增 多。 天然岩土体 （ 主要是岩 体） 在 洞室开 挖后 ， 原始 的应力平衡 被打破 ， 洞室周围岩体发生卸荷 回弹和应力 重新 分布 ， 表现为 围 岩 向洞 内空间松胀位移 ，这使得相邻 岩体的相对平衡关系发生 改变 ， 从而引起洞室周围岩体 内一定范 围的应力 、 应变和 能量 的 调整 ， 以达到新的平衡 ， 形成新 的应力状态。若将岩体视为均质
连 续 的 弹 塑性 体 ， 由 弹性 围 岩 应 力 重 分 布 特 点 可 知 ，洞 室 开 挖
３ ０ ０ ～４ ０ ０多米 不等 ，但 截面 形态一致 ，为 马蹄形 ，跨度 均为 ２ ２ ｍ， 高度均为 ２ ６ ｍ。主洞室分四层开挖 ， 顶层开挖施 工工艺有 两种 ： 一种为 中导洞法开挖 ， 一种为全断面法 开挖 。按 以往工程 经验 ， 导洞法 开挖对岩体扰动小 、 有 利岩体 稳定 ， 但施工工 序繁 琐、 支护费 用高 、 工期长 ； 全断面法开挖则对岩体扰动大 ， 但能做 到一次支护 ， 能节省 费用和工期 。 目前该项 目已施工至主洞 室顶层开 挖阶段 ，已在两个｝ 同 室 以两种施工 方式开挖 了 ５ ０ ｍ左 右 ， 为保 障后期施工 的效率和安
应力 降低 区域 ， 即松 动 圈 。
２松动圈测试
２ ． １测试原理 由于 围岩松动 圈存在于 围岩内部 ， 不能直接进 行观测 ， 需要 依靠一 定的技术手段 。目前对 围岩松动 圈的测试技术很多 ， 并随
着 土 木 工 程 和 科 学 技 术 的 不 断进 步 而 发 展 ，其 中主 要 包 括 声 波 法、 多点位 移计法 、 地 质雷达 法 、 地 震波法 、 电阻率 法和 渗透法 等。 声 波 法 是 围岩 松 动 圈 测试 技术 中最 常 用 的一 种 方 法 ， 因 测 试
测试数据 ， 对松 动圈范围进行了判定 ， 并对后期工作在洞室开挖方式选择 、 锚杆 长度确定 等方 面提出 了建议 ， 对同
类工程有较强的参考意义。
关键词
地下洞室开挖
声波法
松４ ） Ｏ １ — ０ ０ ８ ２ — ０ ３