高速公路隧道圍巖穩定性研究

張秀強

(貴州橋梁建設集團有限責任公司)

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高速公路隧道圍巖穩定性研究

張秀強

(貴州橋梁建設集團有限責任公司)

隧道圍巖的穩定性對高速公路的建設和運營起著重要的作用。本文首先介紹了隧道圍巖變形破壞的四種機制，包括結構面控型、強度-應力控制型、混合類型和特殊類型四種類型。其次，著重分析了影響隧道圍巖穩定性的多種因素，包括巖石性質、巖石硬度、巖石完整程度、巖體結構、結構面特性、初始應力狀態以及地下水作用特點等。為提高隧道圍巖的穩定性和高速公路的安全運營提供指導意義。

高速公路；隧道圍巖；變形破壞機制；隱性因素

1 變形破壞機制

1.1 結構面控制型

隧道巖石之所以發生結構控制型的變形破壞，主要是因為巖石所承受的應力遠遠低于巖石強度，此時巖塊會因重力作用發生軟弱結構面的塌滑變形或破壞。在層狀和塊狀的硬質巖體，結構面控制型的變形破壞主要表現為塊體的滑移和塌方；在散體和碎裂的結構巖體，則表現為松弛、脫落和崩潰。

1.2 強度-應力控制型

隧道巖石之所以發生強度-應力型的變形破壞，主要是因為當整體性較好的圍巖其應力高于其強度時，由于其特殊的抗彎和抗剪強度。此時，脆性圍巖會發生彎折內鼓、巖體剝落及巖爆，而塑性圍巖會發生塑性擠出和流動變形。

1.3 混合類型

隧道巖石之所以發生混合類型的秉性破壞，主要是因為當結構面發育的圍巖其應力高于其強度時，圍巖結構面所受地應力以及巖體強度影響其穩定性導致。主要表現為圍巖的松弛、塌落、流動、剪切、擠出以及潰屈等，在隧道內側往往會發生內擠和上鼓，層狀巖石會發生彎曲變形，而碎裂巖石則會發生解體潰散。

1.4 特殊類型

隧道巖石之所以發生特殊類型的變形破壞，主要是因為巖石表部應力的降低區使得水分由高應力的內部轉向低應力的表部，從而使得巖石吸水膨脹進而發生內鼓變形。此種類型的變形破壞機制一般與弱面控制型和強度應力型無關。

2 穩定影響因素

2.1 巖石性質

根據巖石的性質，我們可將巖石分為脆性巖石和塑性巖石兩種類型。塑性巖石具有風化快、強度低、易軟化、易膨脹以及易崩解等特性，極易影響巖石的穩定性，我們見過的吸水膨脹巖、破碎松散巖和黏土質巖石都屬于塑性巖石；脆性巖石的強度主要取決于巖體結構面的抗剪強度，比巖體強度高出很多，主要包括各種強度高的硬質巖。

2.2 巖石硬度

巖塊組成巖體，并通過結構面聯結其他巖體，其堅硬程度是指它抵抗變形的能力。在抵抗巖體變形的過程中，巖塊的大小、堅硬程度和結構面特性都起著非常重要的作用。

2.3 完整程度

巖體的完整程度是對巖體的破壞程度和開裂程度的概括，能夠反映規模、性質以及成因不同的機構面在巖體中的存在情況，主要由結構面發育程度和機構的幾何特征來描述。影響巖體完整程度的因素主要包括結構面組數、結構面密度、聯系性系數和結構面之間的切割關系等。

2.4 巖體結構

根據工程巖土學的知識和理論，我們可以將巖體結構分為整體塊狀結構、層狀結構、碎裂結構和散體結構四種結構。其中，整體塊狀結構包括整體結構、塊狀結構；層狀結構包括厚層狀結構、中層狀結構和薄層狀結構；碎裂機構包括碎裂結構、鑲嵌結構；而散體結構包括松散結構、破碎結構。根據工程實踐可知，穩定性最好的為厚層狀和整體塊狀，而穩定性最差的則為散體結構和碎裂結構。

2.5 結構面特性

巖體結構面是指巖塊與其他巖塊或巖體相聯結的部分，是整個巖體中較為薄弱的部分，我們一般用抗剪特性即其應對剪切運動的能力來描述。結構面的抗剪特性一般受其表面的連續性、平整程度、光滑程度、開閉狀態、膠結情況以及物質組成的影響，同時還會受到地下水的制約。

2.6 初始應力狀態

圍巖的初始應力尤其是高地應力嚴重影響著圍巖的穩定性。當巖石強度與初始應力的比值較大時，巖石的初始應力狀態不會對穩定性產生影響；但當巖石強度與初始應力的比值較低時，巖石的初始狀態就會嚴重影響其穩定性，尤其是當比值接近1時，影響作用會格外顯著。

3 結 語

高速公路隧道對圍巖的要求極高，而隧道圍巖的穩定性卻容易受到多種因素的影響。我們在本文中分析了隧道圍巖的變形破壞機制，并著重分析了影響圍巖穩定性的地質因素、工程因素和施工因素，為消除和削弱影響隧道圍巖穩定性的影響因素提供了參考，同時有利于提高圍巖穩定性措施的實施和公路隧道的安全運營。

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2015-04-12

張秀強(1983- )，男，貴州貴陽人，工程師，從事工程施工。

U442

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1008-3383(2015)12-0144-01