地質因素對隧道圍巖松動圈的影響分析
——以重慶某隧道為例

田明昱， 王艷磊， 騰俊洋， 舒國鈞

(1. 葛洲壩集團第五工程有限公司， 湖北 宜昌　443002； 2. 重慶大學資源及環境科學學院， 重慶　400030)

?

地質因素對隧道圍巖松動圈的影響分析
——以重慶某隧道為例

田明昱1， 王艷磊2， 騰俊洋2， 舒國鈞2

(1. 葛洲壩集團第五工程有限公司， 湖北 宜昌443002； 2. 重慶大學資源及環境科學學院， 重慶400030)

摘要：為了分析地質因素對隧道圍巖松動圈的影響，以重慶某深埋特長隧道為工程背景，根據該隧道埋深和圍巖級別多變等特點，運用數值模擬、正交試驗和現場實測相結合的方法，研究該隧道圍巖松動圈產生、發展和分布的規律。結果表明： 該隧道圍巖的內摩擦角和黏聚力與松動圈大小呈負相關關系，側壓系數和埋深與松動圈大小呈正相關關系，且內摩擦角和埋深是影響該隧道圍巖松動圈大小的主要因素。依據研究結果，可以確定該隧道不同地質條件下的圍巖松動圈分布情況，及時優化支護參數，以指導隧道安全高效地施工。

關鍵詞：隧道； 地質因素； 圍巖松動圈； 數值模擬； 正交試驗； 現場實測

0引言

近年來我國公路隧道建設突飛猛進，施工技術水平不斷提高，但是在隧道建設過程中，時常會因隧道圍巖穩定性方面的問題而導致施工困難甚至造成運營事故[1]。因此，研究隧道圍巖的穩定性，厘清影響圍巖穩定性的因素及其影響機制，確保隧道圍巖的穩定，是隧道工程施工的頭等大事。

松動圈是評價隧道圍巖穩定性的一項重要指標，影響隧道圍巖松動圈的因素主要有2方面： 一是內在因素，即地質因素的影響；二是人為因素，即施工帶來的影響[2-3]。大量學者對這2方面進行了研究。如文獻[4]就巖體結構、地質構造、地下水及初始地應力狀態等地質因素對隧道圍巖穩定性的影響進行了分析研究；文獻[5]分析研究了爆破循環和采動對圍巖松動圈的影響；文獻[6]針對設計參數和施工參數等因素對圍巖松動圈的影響進行了數值模擬及現場試驗研究；文獻[7]就不同地質條件下的隧道施工變形控制進行了分析，并總結了圍巖大變形的控制措施。本文在前人研究成果的基礎上，以重慶某隧道特殊地質條件為背景，運用數值模擬、正交試驗及現場試驗的方法，研究最大松動圈厚度及松動圈系數與圍巖內摩擦角、圍巖黏聚力、隧道埋深和側壓系數之間的關系，對影響隧道圍巖松動圈的地質因素進行更加深入細致的分析。

1工程概況

重慶某隧道設計為雙向4車道，左線長3 225 m，右線長3 197 m。隧道通過段制高點高程約為972 m，隧址區最低點位于隧道出口的綦江河岸，高程為174 m，相對高差為798 m。隧道進口段埋深為20 m，出口段埋深為80 m，洞身段左線最大埋深為765 m，右線最大埋深為759 m，屬深埋隧道，且埋深變化大。隧址區地貌屬于構造剝蝕丘陵地貌單元，線路跨越中峰寺向斜，地形坡度較陡，隧道與構造線方向近似垂直，無較大的地質構造，洞身段地下水貧乏，局部洞身段有基巖裂隙水，呈點滴狀滲出；穿越地層為侏羅系上統蓬萊鎮組和中統遂寧組，主要巖性為泥巖、泥質砂巖、粉砂巖、細砂巖和石灰巖。洞口段均為Ⅴ級圍巖，洞身段圍巖以Ⅳ級為主，局部為Ⅴ級或Ⅲ級圍巖，圍巖等級變化較頻繁。在不同埋深和圍巖條件下，該隧道圍巖松動圈范圍差異很大，在現場施工過程中若不及時變更支護方案、優化支護參數，極易造成拱頂下沉量加劇、周邊收斂量增大、初期支護和仰拱開裂等現象，從而嚴重影響施工進度和施工安全。

2松動圈判定指標

隧道的爆破開挖會破壞原巖的應力平衡狀態，使圍巖應力重新分布，從而產生應力集中現象。當集中應力超過圍巖強度時，隧道圍巖將會發生破壞，這一破壞向圍巖內部發展到一定深度后會取得新的應力平衡，這一過程產生的松動破壞范圍稱為隧道圍巖松動圈[8]。通常將最大松動圈厚度與松動圈系數共同作為隧道圍巖松動圈的判定指標。

2.1最大松動圈厚度

現階段使用的圍巖松動圈分類標準是根據開挖斷面的最大松動圈厚度來進行判斷的，因此將隧道開挖斷面周邊的最大松動圈厚度Rs(Rs=r2-r1，見圖1)作為松動圈大小的判定指標。

2.2松動圈系數

最大松動圈厚度判定指標雖然簡單直觀，但不能反映出斷面周邊松動圈的整體分布情況，因此還需引入松動圈系數[9]。

圖1　最大松動圈厚度示意圖

Fig. 1Schematic diagram of maximum thickness of loose zone of surrounding rock

松動圈系數Fs是開挖斷面松動區面積Ss與開挖斷面面積Sd的比值[10]。假設開挖斷面是半徑為r1的圓，圍巖為各向同性的均質巖體，其松動圈半徑為r2，則松動圈系數

(1)

由式(1)得

(2)

根據式(1)和式(2)，當松動圈系數Fs取0～2時，對應的最大松動圈厚度Rs與開挖斷面半徑r1的比值如圖2所示。

圖2　松動圈系數Fs 與Rs/r1 的關系曲線

由圖2可知，松動圈系數Fs與Rs/r1呈線性相關關系，說明松動圈系數Fs能較好地反映出開挖斷面周圍松動圈的整體分布情況。

3地質因素對松動圈的影響

影響隧道圍巖松動圈的地質因素主要包括地應力、巖體強度、地質構造及地下水等。根據重慶某隧道的實際地質條件，即埋深變化大、圍巖等級變化較頻繁、無較大的地質構造和地下水貧乏的特點，重點分析地應力和巖體強度對隧道圍巖松動圈的影響。

3.1計算軟件及圍巖物理力學參數

采用有限差分計算軟件FLAC3D，對不同地質條件下重慶某隧道三心圓斷面進行數值模擬。計算模型建立在拉格朗日算法和混合-離散分區技術的基礎上，采用彈塑性材料，運用摩爾-庫侖屈服準則判斷巖體的破壞[10]。

根據該隧道相關地質資料和現場實際情況，分別對不同等級和不同類別圍巖進行鉆孔取樣。巖樣加工完畢后，采用MTS815.03電液伺服巖石力學試驗機、島津AGI-250 kN型巖石力學伺服試驗機和PCI-2型聲發射系統來測定巖樣的基本力學參數、原巖應力及側壓系數。巖樣的物理力學參數試驗結果見表1。

表1　各類圍巖物理力學特性參數表

由試驗結果可知： 在該隧道各級和各類圍巖中，黏聚力最小為0.9 MPa，最大為1.8 MPa；內摩擦角最小為24.7°，最大為48.3°。原巖應力測試結果表明，隧道中部洞身段地應力高達25～31 MPa，且以水平構造應力為主，最大水平主應力方向為N31°～38°E，與隧道軸線方向 (N35°E)呈小角度相交；不同埋深情況下圍巖的側壓系數最小為0.4，最大為1.6。

3.2巖體強度影響

巖體強度包括抗壓強度、抗拉強度和抗剪強度。巖體的抗壓強度遠大于抗剪強度和抗拉強度，所以在此只考慮巖體抗壓強度對圍巖松動圈的影響。根據摩爾-庫侖準則，巖體的抗壓強度σc可以用內摩擦角φ和黏聚力c來計算，見式(3)[11-12]；因而轉為隧道圍巖內摩擦角φ和黏聚力c對松動圈影響的分析。

σc=2c/(1-sinφ)。

(3)

該隧道洞身段以Ⅳ級泥質砂巖為主，平均埋深約400 m，結合隧道設計尺寸和開挖施工工藝，最終確定模擬隧道埋深為400 m，三心圓斷面。模型邊界取大于3倍隧道跨度，由于開挖斷面跨度為12 m，因此模型大小確定為100 m×60 m×100 m。模型共275 320個單元，284 790個節點。有限元分析模型見圖3。

圖3　有限元分析模型

模型上邊界為自由面，下邊界固定，四周邊界限制水平方向的位移。同時在上邊界施加均布載荷，大小為上覆巖層自重(取10 MPa)，側壓系數取1.0，開挖進尺為3 m，開挖后取距掌子面1.5 m處剖面進行塑性區分析。

在不影響計算結果的前提下，把模型圍巖全部簡化為泥質砂巖，其物理力學參數由實驗測得，模型的物理力學參數及設計參數見表2。

表2　模型的參數

選擇黏聚力和內摩擦角2因素進行正交分析，各因素取值見表3。按照正交試驗法采用2因素4水平的實驗，共需要進行16次實驗。

表3　黏聚力和內摩擦角取值表

將模擬所得數據結果進行匯總，結果見表4。

根據表4繪制松動圈與內摩擦角、黏聚力的關系曲線，見圖4和圖5。

由圖4和圖5可知： 在黏聚力不變的情況下，內摩擦角與最大松動圈厚度及松動圈系數呈線性減小關系，即內摩擦角越大，最大松動圈厚度越小，松動圈在開挖斷面周邊分布的范圍也越小；在內摩擦角不變的情況下，黏聚力與最大松動圈厚度及松動圈系數同樣呈線性減小關系，黏聚力越大，最大松動圈厚度越小，松動圈在開挖斷面周邊分布的范圍也越小。

表4黏聚力和內摩擦角對松動圈的影響分析結果

Table 4Simulation results of influence of cohesion and internal friction angle on loose zone of surrounding rock

黏聚力/MPa內摩擦角/(°)最大松動圈厚度/m松動圈系數最大松動圈位置0.9259.22.33兩側拱肩0.9336.41.39拱頂拱肩0.9414.60.88兩側拱肩0.9502.90.49仰拱中部1.2258.32.04兩側拱肩1.2335.61.23拱頂拱肩1.2413.90.72仰拱中部1.2502.60.41仰拱中部1.5257.61.65拱頂拱肩1.5334.80.93兩側拱肩1.5413.20.61兩側拱肩1.5502.40.41仰拱中部1.8256.81.32拱頂拱肩1.8334.20.85兩側拱肩1.8412.60.37仰拱中部1.8502.00.20仰拱中部

圖4　松動圈與內摩擦角的關系曲線

Fig. 4Curves showing relationship between loose zone of surrounding rock and internal friction angle

圖5　松動圈與黏聚力的關系曲線

Fig. 5Curves showing relationship between loose zone of surrounding rock and cohesion

最大松動圈通常出現在仰拱中部、拱頂或兩側拱肩位置，最大松動圈厚度與松動圈系數呈正相關關系。在最大松動圈厚度接近或相同的情況下，松動圈系數越大，松動圈在開挖斷面周邊的分布越廣，隨著松動圈系數的增大，松動圈逐漸在全斷面周邊出現，并最終呈近似環狀分布。

內摩擦角與黏聚力2因素的極差分析結果見表5和表6。

表5黏聚力和內摩擦角對最大松動圈厚度的極差分析

Table 5Range analysis of influence of cohesion and internal friction angle on maximum thickness of loose zone of surrounding rock

名稱內摩擦角/(°)黏聚力/MPa均值18.005.78均值25.355.20均值33.504.45均值42.403.85極差5.601.93

表6黏聚力和內摩擦角對松動圈系數的極差分析

Table 6Range analysis of influence of cohesion and internal friction angle on coefficient of loose zone of surrounding rock

名稱內摩擦角/(°)黏聚力/MPa均值11.831.27均值21.091.10均值30.650.88均值40.370.67極差1.460.60

由表5和表6極差分析結果可知，內摩擦角對于最大松動圈厚度和松動圈系數的影響程度均大于黏聚力。

3.3地應力影響

地應力是存在于地殼中的未受工程擾動的天然應力，也稱巖體初始應力、絕對應力或原巖應力，主要包括2方面： 一是上部巖層的自重應力；二是構造應力[13-15]。在研究地應力分布特性時，通常采用側壓系數來描述。地應力沿埋深的變化規律也表明，一般情況下垂直應力等于上覆巖體自重，即可作為1個主應力，另2個水平主應力也可作為主應力，尤其是對于深部巖體，用水平應力與巖體自重之比來表述巖體的應力狀態具有一定的合理性和可行性；因此，在數值模擬分析時，采用埋深和側壓系數分別模擬自重應力和構造應力的作用。

采用圖3模型，在上邊界施加均布載荷，大小為上覆巖層自重(視埋深而定)。模型圍巖全部簡化為泥質砂巖，其物理力學參數見表7。

表7　模型的物理力學參數

選擇埋深與側壓系數2因素進行正交分析，各因素取值見表8。按照正交試驗法采用2因素4水平的實驗，共需要進行16次實驗。

表8　埋深和側壓系數取值表

將模擬所得數據結果進行匯總，結果見表9。

表9　數值模擬結果

根據表9繪制松動圈與埋深、側壓系數的關系曲線，見圖6和圖7。

圖6　松動圈與側壓系數的關系曲線

Fig. 6Curves showing relationship between loose zone of surrounding rock and side pressure coefficient

圖7　松動圈與埋深的關系曲線

Fig. 7Curves showing relationship between loose zone of surrounding rock and buried depth

由表9、圖6和圖7可知： 側壓系數和埋深與松動圈大小呈線性增加關系，即側壓系數或埋深越大，最大松動圈厚度和范圍也越大；在埋深較小(200 m)的時候，隨著側壓系數的增大，最大松動圈厚度增加的幅度較小，但松動圈分布范圍逐漸增大；同一埋深下，側壓系數增大，松動圈系數也增大，即松動圈的分布范圍擴大，通常由局部向全斷面擴展；側壓系數小于1時，最大松動圈厚度隨埋深的增大而逐漸增大，但隧道埋深的變化對最大松動圈厚度影響較小，且松動圈主要集中在兩側拱肩位置；當側壓系數大于1時，埋深對最大松動圈厚度的影響增大，且隨著埋深的增加，松動圈開始向斷面頂部和底部擴展。

埋深與側壓系數2因素的極差分析結果見表10和表11。

由表10和表11極差分析結果可知，埋深對于最大松動圈厚度和松動圈系數的影響程度均大于側壓系數。

4結果驗證及施工方案優化

在該隧道施工過程中，除了要按規范要求和現場實際情況布置監控量測斷面外，還要在各等級圍巖段布置選測斷面。每個選測斷面中布置6組機械式多點位移計，每組機械式多點位移計含5個測點，孔深5 m，用來監測隧道圍巖的位移情況。根據每組機械式多點位移計的位移讀數，就可以確定隧道圍巖松動圈的分布情況。隧道K9+128斷面圍巖松動圈的實測結果見圖8。

表10側壓系數和埋深對最大松動圈厚度的極差分析

Table 10Range analysis of side pressure coefficient and buried depth on maximum thickness of loose zone of surrounding rock

名稱側壓系數埋深/m均值12.931.50均值22.383.50均值34.054.30均值44.754.80極差2.373.30

表11側壓系數和埋深對松動圈系數的極差分析

Table 11Range analysis of side pressure coefficient and buried depth on coefficient of loose zone of surrounding rock

名稱側壓系數埋深/m均值10.310.06均值20.350.46均值30.600.64均值40.660.77極差0.350.71

圖8　K9+128斷面圍巖松動圈實測結果示意圖

將現場各選測斷面實測得到的圍巖松動圈與相同地質條件下數值模擬得到的圍巖松動圈進行對比分析，結果見表12。

由表12可知，選測斷面實測得到的圍巖松動圈與相同地質條件下數值模擬得到的圍巖松動圈在最大松動圈厚度、出現位置及松動圈分布情況上基本相同，從而驗證了數值模擬結果的合理性和可靠性。

表12　各選測斷面實測和數值模擬所得圍巖松動圈的對比分析

注： 平均松動圈厚度為6組測點位置松動圈厚度的平均值。

在該隧道以后的施工過程中，通過對圍巖的現場觀察分析，對照物理力學試驗結果，可得出其內摩擦角、黏聚力、埋深和側壓系數，再結合相應的數值模擬結果和關系曲線圖，就可得到相應地質條件下的圍巖松動圈大小及分布情況，從而指導現場施工，優化支護參數。

隧道支護優化方案主要包括變更鋼拱架材料、改變局部錨桿長度和錨固長度、調整初期支護混凝土厚度和強度等。下面將對上文提到的K9+128斷面進行支護參數優化。由現場實測和數值模擬結果可知，K9+128斷面圍巖最大松動圈厚度為2.5 m，出現在兩側拱肩位置，平均松動圈厚度為2.0 m。因此，在支護優化方案中，根據所得松動圈的分布情況，將兩側拱肩及拱頂位置的錨桿長度由原來的2.5 m增至3.5 m，錨固長度由50 cm增至100 cm，初期支護混凝土厚度由18 cm增至23 cm；其余位置的支護參數均不變。K9+128斷面的支護優化見圖9。

圖9　K9+128斷面支護優化示意圖

該隧道在施工過程中根據圍巖條件及時優化支護方案后，由現場觀測和監控量測數據結果可知，其初期支護混凝土噴層沒有出現開裂現象，周邊收斂量和拱頂下沉量明顯減小。這一結果說明，優化支護方案可以確保圍巖的穩定性，控制圍巖松動圈的大小，保障隧道施工的安全。

5結論與建議

1)重慶某隧道圍巖內摩擦角和黏聚力與最大松動圈厚度及松動圈系數呈線性減小關系，且內摩擦角對最大松動圈厚度和松動圈系數的影響程度均大于黏聚力；側壓系數和埋深與松動圈大小呈線性增加關系，但埋深對于最大松動圈厚度和松動圈系數的影響程度均大于側壓系數。圍巖內摩擦角和隧道埋深是影響該隧道圍巖松動圈的主要因素。

2)該隧道圍巖松動圈多呈環狀分布，最大松動圈通常出現在拱頂、兩側拱肩或仰拱中部位置，在現場施工過程中應加強拱頂及兩側拱肩位置的支護，同時在隧道開挖后及早施作仰拱。在可能的情況下，應盡量縮短各工序作業時間，及時使初期支護封閉成環，可有效控制圍巖變形。

3)根據該隧道圍巖內摩擦角、黏聚力、埋深和側壓系數與圍巖松動圈大小的關系，可以確定該隧道不同地質條件下的圍巖松動圈分布情況，從而優化支護方案，指導現場施工，有效控制圍巖的穩定性，保障隧道安全高效施工。

由于客觀條件的限制，本文僅對重慶某隧道進行了研究，今后在有條件的情況下，還應對其他地質條件下的隧道開展試驗研究，尤其是地質條件更為復雜的隧道，以獲取更多的試驗數據，更深入揭示地質因素對隧道圍巖松動圈的影響，使研究成果更加豐富，對隧道施工更加具有指導意義。

參考文獻(References)：

[1]葛傳峰.影響隧道圍巖穩定性的因素分析[J].公路,2012(5): 329-334.(GE Chuanfeng.Factors analysis affecting stability of tunnel surrounding rock[J]. Highway,2012(5): 329-334. (in Chinese))

[2]沈峰,鐘威,劉桂兵,等.通省隧道大變形圍巖松動圈測試與分析[J].工程地球物理學報,2011,8(3): 366-369.(SHEN Feng,ZHONG Wei,LIU Guibing,et al. Test and analysis of loose circle of surrounding rock to large distortion region of Tongsheng Tunnel[J]. Chinese Journal of Engineering Geophysics,2011,8(3): 366-369. (in Chinese))

[3]黃生文,周浩,鄧小釗,等.層狀巖體大跨度隧道圍巖松動圈實測分析及應用[J].中外公路, 2014, 34(4): 246-249.(HUANG Shengwen,ZHOU Hao,DENG Xiaozhao,et al. Analysis of surrounding rock zone of large span tunnel in layered rock mass and its application[J]. Journal of China & Foreign Highway, 2014, 34(4): 246-249. (in Chinese))

[4]王睿,黨發寧,劉云賀,等.公路隧道圍巖松動圈的測定研究[J]. 廣西大學學報(自然科學版),2015,40(2): 331-337.(WANG Rui, DANG Faning, LIU Yunhe, et al. Research on determination of loose zone of surrounding rock in highway tunnel [J]. Journal of Guangxi University(Nature Science Edition),2015,40(2): 331-337. (in Chinese))

[5]肖建清,馮夏庭,林大能.爆破循環對圍巖松動圈的影響[J].巖土力學與工程學報,2010,29(11): 2248-2252.(XIAO Jianqing, FENG Xiating, LIN Daneng. Influence of blasting round on excavation damaged zone of surrounding rock[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2010,29(11): 2248-2252. (in Chinese))

[6]張向東,黃開勇,楚金祎.采動影響下軟巖巷道松動圈的聯合測試方法研究[J].水資源與水工程學報,2012,23(5): 11-14.(ZHANG Xiangdong, HUANG Kaiyong, CHU Jinyi. Research on combined test methods of soft rock roadway released circle under the mining influence [J]. Journal of Water Resources & Water Engineering,2012,23(5): 11-14. (in Chinese))

[7]鄒翀,張民慶,李沿宗,等.高地應力軟巖隧道施工變形控制方法試驗研究[J].隧道建設,2012,32(1): 5-11．(ZOU Chong, ZHANG Minqing, LI Yanzong, et al. Trial research on deformation control during tunneling in soft ground with high geo-stress[J]. Tunnel Construction,2012,32(1): 5-11. (in Chinese))

[8]李炎延,鄭穎人,康楠. 隧洞穩定性影響因素的敏感性分析[J].地下空間與工程學報,2015,11(2): 491-498.(LI Yanyan,ZHENG Yingren,KANG Nan. Sensitivity analysis of influencing factors of tunnel stability[J]. Chinese Journal of Underground Space and Engineering,2015,11(2): 491-498. (in Chinese))

[9]李光揚,胡旭輝,鄔剛柔.隧道松動圈影響因素的權值分析[J].公路,2013(2): 202-206.(LI Guangyang, HU Xuhui, WU Gangrou. Analysis of influencing factors weights of tunnel surrounding rock loose zone[J]. Highway,2013(2): 202-206. (in Chinese))

[10]王超林,王興宏,段艷平.淺埋大斷面隧道塌方處治與數值模擬對比分析[J].采礦技術,2014,14(5): 25-27.(WANG Chaolin,WANG Xinghong,DUAN Yanping. Comparative analysis between collapse treatment of shallow buried large section tunnel and numerical simulation result[J]. Mining Technology,2014,14(5): 25-27. (in Chinese))

[11]高召寧,孟祥瑞,王廣地. 考慮滲流、非軸對稱荷載作用的隧道圍巖塑性區分析[J].現代隧道技術,2014,51(2): 70-75.(GAO Zhaoning, MENG Xiangrui, WANG Guangdi. Analysis of the plastic zone of surrounding rock under seepage and a non-axisymmetric load[J]. Modern Tunnelling Technology,2014,51(2): 70-75. (in Chinese))

[12]王棟,李永生,茍紅松.隧道水射流開挖技術的可行性研究與探討[J].隧道建設,2014,34(11): 1042-1048.(WANG Dong, LI Yongsheng, GOU Hongsong. Feasibility study and discussion on tunnel excavation by water jet technology[J]. Tunnel Construction,2014,34 (11) : 1042-1048. (in Chinese))

[13]劉煥新,郭奇峰,郭喬盛.考慮地應力損傷的巖體質量分級和巖體力學參數的確定[J].中國礦業,2013,22(6): 114-117.(LIU Huanxin,GUO Qifeng,GUO Qiaosheng. Rock mass quality classification based on in-situ stress damage and determination of mechanical parameters[J]. China Mining Magazine, 2013,22(6): 114-117. (in Chinese))

[14]束宇,陳福生.圍巖松動圈與錨桿支護參數設計的關系[J].江西煤炭科技,2010(1): 52-53.(SHU Yu, CHEN Fusheng. Supporting parameter design with knowledge of rock loose ring [J]. Jiangxi Coal Science & Technology,2010(1): 52-53. (in Chinese))

[15]沙鵬,伍法權,李響,等.高地應力條件下層狀地層隧道圍巖擠壓變形與支護受力特征[J].巖土力學,2015,36(5): 1407-1414.(SHA Peng,WU Faquan,LI Xiang,et al. Squeezing deformation in layered surrounding rock and force characteristics of support system of a tunnel under high in-situ stress [J]. Rock and Soil Mechanics,2015,36(5): 1407 -1414. (in Chinese))

Analysis of Influence of Geological Factors on Loose Zone of Surrounding Rock: A Case Study of A Tunnel in Chongqing

TIAN Mingyu1, WANG Yanlei2, TENG Junyang2, SHU Guojun2

(1.TheFifthEngineeringCo.,Ltd.,CGGC,Yichang443002,Hubei,China; 2.CollegeofResourcesandEnvironmentalSciences,ChongqingUniversity,Chongqing400030,China)

Abstract:The influence of geological factors on loose zone of surrounding rock is analyzed by taking an extra-long deep tunnel in Chongqing for example. The formation, development and distribution of loose zone of surrounding rock of tunnel are studied by means of numerical simulation method, orthogonal test and field test. The results show that: 1) The internal friction angle and cohesion of the tunnel surrounding rock have a negative correlation with loose zone of surrounding rock. 2) The side pressure coefficient and buried depth have a positive correlation with loose zone of surrounding rock. 3) The internal friction angle and buried depth are the main factors of loose zone of surrounding rock. The distribution of loose zone of surrounding rock of tunnel under different geological conditions can be aware of; and then the tunnel support parameters can be optimized timely so as to guide the tunnel constrution with safety and efficiency according to the study results.

Keywords:tunnel; geological factors; surrounding rock loose zone; numerical simulation; orthogonal test; field test

中圖分類號：U 451

文獻標志碼：A

文章編號：1672-741X(2016)04-0390-08

DOI:10.3973/j.issn.1672-741X.2016.04.004

第一作者簡介：田明昱(1974—)，男，四川遂寧人，1997年畢業于重慶大學，采礦工程專業，碩士，高級工程師，主要從事巖土工程與交通土建等方面的研究工作。E-mail: 860024333@qq.com。

收稿日期：2015-09-08; 修回日期: 2015-11-09