極高地應力區隧道地質特征及圍巖變形機制研究

郭波前

(中鐵隧道集團有限公司勘測設計研究院， 廣東 廣州 511455)

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極高地應力區隧道地質特征及圍巖變形機制研究

郭波前

(中鐵隧道集團有限公司勘測設計研究院， 廣東 廣州 511455)

以某在建高速鐵路隧道作為工程實例，結合地質情況，從初始應力、巖體結構和地下水分析了影響圍巖的因素。運用理論分析和現場監控量測反饋結果等綜合方法，從監控量測數據時態曲線特征、方向性、累計變化量、變形速率、時效性、現場圍巖變形情況、隧道施工影響、變形段變形差異性等方面系統分析了極高地應力區隧道圍巖變形特征及機制，并得出如下主要結論： 1)極高地應力區圍巖應力釋放有一定的過程，不同的圍巖應力釋放的速度可能不同，爆破對圍巖產生擾動，將一定程度加速圍巖應力的釋放。2)圍巖地質條件不同，變形規律會表現出一定的差異性。3)圍巖的變形機制，層狀圍巖的變形破壞一般形成幾個區域： 破壞區，崩塌，滑動滑移，張裂、彎曲及折斷。4)本隧道圍巖變形特征主要是由極高地應力和巖體結構綜合決定的，隧道初期支護變形情況一定程度上是隧道圍巖變形特征的有效反映。

隧道； 極高地應力； 圍巖變形； 地質特征； 監控量測

0 引言

隨著我國“一帶一路”經濟帶戰略的提出，各個經濟體之間的互聯互通也需要交通基礎設施建設做重要支撐，近幾年掀起的“地鐵和高鐵熱”正方興未艾，這都給隧道及地下工程領域帶來了新的發展機遇。鐵路隧道逐漸向長大、深埋、跨江越洋方向發展，地質條件多變、高地應力和軟弱圍巖等因素對隧道及地下工程的影響極為顯著，容易引起大變形、巖爆、失穩和突涌水(泥)等事故，這給人員和設備安全帶來了極大危害[1]。

高地應力區隧道圍巖變形受到工程建設者的極大關注，文獻[2-5]對圍巖的變形規律、力學特征、變形機制、變形控制技術和施工技術等方面進行了研究與探討。在高地應力區修建隧道工程，最大的難題就是隧道的變形控制問題[6]。文獻[7]采用監控量測對圍巖壓力、初期支護應力和結構內力的測試結果進行了分析，根據圍巖變形規律，對施工參數進行了調整。文獻[8]結合實際工程，對其地質環境和特征進行了總結分析，提出特殊復雜地質環境引發的工程問題需要根據科研進行特殊設計。文獻[9]揭示了隧道高地應力炭質頁巖的變形破壞形式、破壞特征和變形機制。由于地質條件的復雜性、多樣性和多變性，對極高應力區圍巖變形的研究無法找到理想的、普遍適用的理論或方法，且以往大多數研究主要偏重于施工中圍巖變形的控制方面，對變形機制的研究略少。本文以某在建高速鐵路隧道為工程實例，結合地質理論分析、現場監控量測結果反饋等綜合方法，分析了極高地應力區隧道圍巖變形規律及機制。

1 工程概況及地質特征

1.1 工程概況

該隧道為單洞雙線隧道，起訖里程為DK297+192～DK309+596，全長12 405.99 m，最大埋深約750 m。隧址區為中低山區，海拔760～1 640 m。洞身地表起伏較大，地表自然坡度一般30°～50°，局部大于50°；洞身分布有眾多基巖“V”型侵蝕溝谷，多為北西向展布，多為季節性流水溝谷，堆積有大量塊石，為新近堆積的洪積物。總體而言，工點區域山高坡陡，溝壑縱橫，地形復雜，植被茂密，該隧道被認定為高風險隧道，其中DK303+425～+650段(下文簡稱Ⅰ變形段)、DK303+930～DK304+040段(下文簡稱Ⅱ變形段)監測數據顯示變形顯著，為本文研究重點段落。

1.2 地層巖性

隧道區涉及地層主要為第四系全新統坡積膨脹土，洪積、坡積粗角礫土(主要分布在隧道進口地表及隧道淺埋地段)；志留系下統頁巖，奧陶系中上統灰巖夾頁巖，奧陶系下統砂巖夾礫巖。隧道區內僅在灰巖夾頁巖地段局部有溶孔和溶隙現象，巖溶發育程度為弱發育-微弱發育。

2 隧道圍巖穩定性影響因素分析

影響隧道圍巖穩定性的因素有地質方面的(如初始應力、巖體結構、巖石的工程性質和地下水等)，也有施工方面的(如隧道形狀尺寸、支護方法和時間、施工工藝工法等)，但起主導作用的是地質因素。

2.1 初始應力

人類工程活動之前存在于巖體中的應力為初始應力，初始應力主要有自重應力、構造應力和流體應力等組成[10]。巖體中的工程活動必將引起一定范圍內巖體中初始應力的改變，初始應力進行重新分布并達到新的動力平衡狀態，在隧道中，硬質巖層中可能發生巖爆，軟質巖層中可能發生大變形。本文工程實例中的隧道平均埋深720 m，自重應力較大，且大變形段位于背斜構造核部附近，存在較大的構造應力。

從地應力測試結果看，DK302+795測試部位的最大水平主應力為10.3 MPa，最小水平主應力為7.2 MPa，鉛直向應力為11.3 MPa，說明測試部位巖體應力以自重應力為主，最大水平主應力方位為N84°E，最大主應力值為14.2 MPa，傾角較大為57°。DK301+100測試部位實測最大水平主應力為3.3～10.1 MPa，最小水平主應力為2.2～6.3 MPa，鉛直(自重)向應力為8.0～8.9 MPa，最大水平主應力方向為N68°E～N63°E。測試部位巖體應力均以鉛直向應力為主。

地應力測試部位圍巖為弱風化砂巖夾礫巖，屬軟弱巖石，試驗所得砂巖的單軸飽和抗壓強度Rc=36 MPa，該隧道主洞DK302+795測試部位巖體埋深約為480 m，巖體應力場以鉛直應力為主，Rc/σmax約為2.5，應力量級為極高應力水平；主洞DK301+100測試部位巖體埋深約300 m，巖體應力場也以鉛直應力為主，Rc/σmax約為3.5，應力量級同樣為極高應力水平[11]。總之，相對于該隧道軟弱圍巖的強度而言，實測地應力量值處于極高應力水平。

該隧道巖體處于極高地應力區，隧道施工在巖體中引起一系列與開挖卸荷回彈和應力釋放相聯系的變形和破壞現象，如巖爆、松弛、襯砌開裂掉塊、拱架扭曲變形或剪斷等現象。

2.2 巖體及構造特性

Ⅰ變形段圍巖主要為奧陶系下統(O1)中厚層砂巖，青灰色，長石、石英為主，產狀N82°E/58°N，層理發育，層間結合力一般，節理較發育，呈板狀、塊體狀。掌子面地質素描如圖1所示。

圖1 掌子面地質素描圖

Ⅱ變形段圍巖以奧陶系下統(O1)砂巖為主，灰色、青灰色，薄層狀構造，厚度4～8 cm，鈣質膠結，層間結合力差。巖層產狀近水平，產狀N54°W/14°S，節理裂隙發育，局部裂隙微張，部分節理面粗糙波紋狀，巖體受巖層與節理互相切割影響，巖體呈塊狀，對掌子面巖體穩定性有影響。層間小褶曲發育，局部受構造影響，巖體呈碎塊狀或片狀。該段掌子面地質情況如圖2所示。

圖2 掌子面地質情況

隧道區主要為褶皺構造，該褶皺為傾伏背斜，成NEE～SWW向，向W傾伏，傾伏角7°～10°(由E向W變大)。隧道與背斜軸部在DK303+760附近相交，夾角約15°，褶皺核部出露地層為奧陶系下統砂巖夾礫巖。Ⅰ變形段位于背斜核部附近，由于背斜地層翼部向核部擠壓，產生構造應力，而巖層層理發育，所以容易在隧道圍巖拱腰部位產生應力集中，褶皺軸線與洞軸線方向關系見圖3。Ⅱ變形段巖層主要為近水平巖層，薄層且層間結合力差，埋深大，地層形成類梁板構造，所以拱頂易產生較大變形，會產生掉塊、崩塌等現象。

圖3 褶皺與隧道軸線關系圖

2.3 地下水

變形段地下水類型主要為基巖裂隙水，受地層巖性和地質構造條件差異的影響，地下水的富水性很不均衡。局部段落存在裂隙、孔隙地下水，水量不大，對隧道圍巖穩定影響很小。該隧道施工中地下水總體不豐富，Ⅰ變形段無地下水；Ⅱ變形段中DK303+930～+995段存在地下水，主要為裂隙孔隙水，掌子面濕潤，隧道拱部及拱腰大面積滴水、滲水，局部為線狀流水，所以地下水向洞身產生一定的滲透壓力，會對圍巖產生推擠作用，另一方面，水對圍巖的浸泡軟化、溶蝕和水化等作用。由于地下水的這些作用，圍巖孔隙度增加，抗壓強度降低，圍巖自穩能力變差。但該段為硬質巖且總體地下水水量不大，結合監控量測數據推測地下水并非該隧道大變形的主要影響因素。

3 隧道圍巖變形機制分析

該隧道大變形段落主要分為2段，Ⅰ變形段和Ⅱ變形段。結合監控量測數據和現場洞內觀測，每個段落選取有代表性的2組監控量測斷面進行分析，揭示變形的特征和機制。其中Ⅰ變形段選取DK303+465、DK303+485斷面，Ⅱ變形段選取DK304+020、DK304+030斷面，每個斷面均布設1個拱頂下沉測點，按施工臺階布設3條凈空收斂測線。監控量測測點布置見圖4。

圖4 隧道監控量測測點布置圖

3.1 變形規律

隧道變形規律主要從監控量測數據時態曲線特征、方向性、累計變化量、變形速率、時效性；現場圍巖變形情況；隧道施工影響；變形段變形差異性等方面進行分析。

3.1.1 時態曲線特征

監控量測數據為連續不間斷測量，Ⅰ變形段最長量測61 d，最短量測37 d，Ⅱ變形段最長量測34 d，最短量測31 d，量測曲線整體為平滑曲線，局部數據具有離散性，局部數據受停工影響曲線表現為臺階狀。Ⅰ變形段DK303+465量測斷面量測61 d，從變化曲線(見圖5)可以看出圍巖開挖后收斂測點變形明顯，開挖后20 d圍巖變形基本趨緩，變形量占總變形量的近90%；拱頂沉降曲線比較平緩，說明拱頂測點變形相對比較均勻。DK303+485量測斷面除去停工因素影響，其時態曲線特征與斷面DK303+465時態曲線變形特征基本一致。Ⅱ變形段局部變形數據表現出一定的離散性，有時還表現出拱頂抬升和凈空外張，變化量基本在±5 mm以內，但總體趨勢仍表現為拱頂下沉和凈空內斂，這說明該段圍巖變形呈現出一定的不均勻性和離散性。

3.1.2 方向性

由于隧道地質條件的復雜性和不同隧道巖性和巖體構造的差異性，隧道圍巖變形在不同方向上有所差異，例如： 某些隧道表現為拱頂上升，凈空內斂；某些隧道變現為拱頂下沉，凈空外張；還有某些隧道的變形特征為拱頂下沉和底鼓明顯，凈空變化不明顯。然而，該隧道2個變形段總體均表現為拱頂測點下沉、凈空收斂測點內斂，說明隧道開挖后圍巖向開挖形成的臨空面方向整體變形，這與大多數隧道圍巖的變形方向性特征一致。另一方面，隧道臺階開挖和仰拱開挖時對圍巖變形有一定的影響，同一斷面中下臺階開挖晚于上臺階，圍巖變形釋放一般在開挖初期，臺階開挖時中下臺階的累計變形量明顯小于上臺階開挖時的變形量，仰拱開挖時初期支護還未封閉成環，此時收斂變形相對明顯。拱頂下沉變形量總體小于凈空收斂變形量，這表現出圍巖變形的局部方向性。

3.1.3 累計變化量

Ⅰ變形段監控量測共布設36個斷面，其中拱頂沉降測點36個，凈空收斂測線108組，拱頂最大累計沉降量為176.1 mm，凈空收斂最大累計收斂量為-162.0 mm。變形量超過-100 mm的數據為14條，變形測點主要是拱頂測點和第1組收斂，占總數據量的9.7%；變形量在-100～40 mm的數據為40條，變形測點也主要是拱頂測點和第1組收斂占總數據量的27.7%，其余數據占62.6%。該段典型的監控量測測點變形曲線見圖5和圖6。由斷面DK303+465監控量測數據反映出隧道該段總體凈空收斂內斂值大于拱頂下沉值，由圖6可以看出上臺階收斂測線內斂值明顯較大，且上臺階內斂值大于其他臺階內斂值，這與現場觀測到的初期支護變形現象一致，說明變形表現出局部性和不對稱性。

Ⅱ變形段的地質條件與Ⅰ變形段不同，表現出的變形特征也與Ⅰ變形段有一些差異。該段監控量測共布設20個斷面，其中拱頂沉降測點20個，凈空收斂測線54組，拱頂最大累計沉降量為53.2 mm，凈空收斂最大累計收斂量為-59.7 mm。變形量超過-30 mm的數據為24條，變形測點主要是拱頂測點和第1組收斂，占總數據量的32.4%，其余數據占67.6%。此段監控量測測點變形曲線見圖7和圖8。Ⅱ變形段主要為薄層狀近水平巖層，層間結合力差，有地下水存在，導致總體拱頂下沉變形量大于凈空收斂變形量，這與現場監測數據相符，但是該段總體最大變形量小于Ⅰ變形段最大變形量。現場初期支護變形現象也主要出現在隧道拱頂部位，變形表現出一定的對稱性。

3.1.4 變形速率

Ⅰ變形段總體收斂測線變形更明顯，Ⅱ變形段主要為拱頂下沉，典型測點不同時間段的變形速率見表1。

圖5 Ⅰ變形段監控量測斷面拱頂沉降變形曲線

Fig. 5 Deformation curves of tunnel crown top at deformation sectionⅠ

圖6 Ⅰ變形段監控量測斷面凈空收斂變形曲線

圖7 Ⅱ變形段監控量測斷面拱頂沉降變形曲線

Fig. 7 Deformation curves of tunnel crown top at deformation section Ⅱ

圖8 Ⅱ變形段監控量測斷面凈空收斂變形曲線

Fig. 8 Clearance convergence curves at deformation section Ⅱ

由表1可以看出Ⅰ變形段變形速率表現出不均勻性，前期變形速率較大，后期逐漸趨于穩定，整體不均勻，最大日變形發生在前5 d內。Ⅱ變形段整體變形速率較均勻，但最大日變形也發生在前5 d內。說明開挖支護后5 d是變形的主要階段。

3.1.5 時效性

監測數據顯示初期支護施作完成后3～5 d變形數據開始明顯增大，25 d左右變形數據逐漸趨于穩定，Ⅰ變形段變形持續時間較Ⅱ變形段變形持續時間長。斷面DK303+485變形曲線顯示隧道暫時停工時，變形速率變慢，恢復施工后變形加劇，在變形曲線上表現為一個“臺階”，這是由隧道施工爆破震動所引起的，爆破震動加速了圍巖應力的釋放。所以該隧道施工要短進尺弱爆破，初期支護及時封閉，適當增加初期支護強度和初期支護預留變形量。

表1 測點變形速率

3.1.6 現場初期支護結構變形情況

現場洞內觀測，Ⅰ變形段表現出隧道拱腰上部初期支護混凝土剝落、掉塊、開裂，某些鋼拱架扭曲變形，甚至被剪斷，呈“Z”字形，但只出現在隧道一側，沿隧道軸線方向呈線狀展布。現場圍巖局部出現巖爆現象，圍巖開挖一段時間后變的松散易掉塊，這是由圍巖卸荷回彈所致，這與該隧道處于高地應力狀態吻合。Ⅱ變形段主要為拱頂局部初期支護混凝土剝落掉塊，鋼拱架無明顯扭曲現象。

3.1.7 隧道施工影響

該隧道Ⅰ變形段、Ⅱ變形段均按新奧法三臺階法施工，掌子面上臺階高度約3.5 m，開挖寬度約14 m，隧道總體高度約7.5 m，均為鉆爆法開挖，基本為每天施工一個循環，進尺3～4 m。施工因素中爆破震動和臺階的開挖是圍巖變形的主要影響因素。每循環中臺階的開挖至每臺階初期支護完成前，圍巖失去支撐，初期支護強度未完全發揮，圍巖將會產生一定的變形，當變形量超過預留變形量時，初期支護將發揮主要作用，而圍巖應力釋放有一定的過程，此時爆破震動加速圍巖松弛，加劇了應力釋放的速度，使初期支護產生變形，變形達到一定程度，會產生初期支護混凝土開裂掉塊等現象，局部應力集中處變形會更嚴重，初期支護強度不足以支撐圍巖壓力就會產生拱架變形扭曲等，直至圍巖應力釋放完成，變形趨于穩定。從斷面DK303+485拱頂沉降和凈空收斂監測數據看，隧道Ⅰ變形段掌子面停工后變形趨緩，重新開工后變形加劇，說明爆破震動為該段影響變形的主要施工因素，而監測數據顯示爆破震動對Ⅱ變形段影響較小。

3.1.8 變形段變形差異性

由于Ⅰ、Ⅱ變形段所處的地質條件不同，巖性和巖體結構存在差異，圍巖變形表現出不同的變形規律。Ⅰ變形段最大累計變形量是Ⅱ變形段的近4倍，前20 d已產生近90%的變形，Ⅰ變形段前期變形速率較大，后期趨于穩定，整體變形不均勻，Ⅱ變形段整體變形速率比較均勻，Ⅰ變形段總體變形速率比Ⅱ變形段大，但最大日變形均出現在開挖后3～5 d。臺階開挖和爆破對Ⅰ變形段影響較明顯，對Ⅱ變形段影響較小。兩變形段圍巖變形均表現出局部性，但是Ⅰ變形段圍巖變形范圍主要為上臺階拱腰部位向凈空內斂，Ⅱ變形段主要表現為拱頂下沉變形，且具有一定的離散性。隧道圍巖級別設計是綜合考慮各種因素的結果，本文Ⅰ、Ⅱ變形段中Ⅳ級圍巖的變形值普遍大于Ⅴ級圍巖，這也是變形差異性的一種表現。

3.2 變形機制

隧道開挖后，巖體中形成一個自由變形空間，使原來處于擠壓狀態的圍巖，失去了支撐而向洞內松脹變形，此時巖體開挖界限周圍會形成一定范圍的彈性圈和塑性圈，受巖體卸荷影響，塑性圈巖體比較松動；如果這種變形超過了圍巖本身所能承受的能力，則圍巖就要發生破壞，并從母巖中脫落，形成坍塌、滑動或巖爆。此外，軟巖大變形具有變形快、變形量大且破壞嚴重、持續時間長的基本特征[12]。

巖體結構影響著圍巖變形破壞的特點，層狀巖體圍巖的變形破壞主要受巖層產狀及巖層組合等因素控制。

Ⅰ變形段為砂巖，中厚層，巖層傾斜，層面平直光滑，為褶皺的翼部，褶皺所產生的水平構造應力對開挖前圍巖應力狀態有一定的影響，隨著隧道的開挖，開挖部分形成臨空面，靠近臨空面附近圍巖失去支撐，圍巖向隧道臨空方向變形，由于圍巖為軟巖，變形呈現出一定的彈塑性特征，開挖形成的塑性圈變形更為明顯，隨著時間的延長，變形持續擴大。由于巖層傾斜，圍巖傾向與隧道臨空方向相反的右側，受到重力和弧形開挖輪廓的影響，向臨空面彎曲下沉，由于巖層層理發育且層理面平直光滑，層間結合力差，該側圍巖松弛到達一定程度將發生彎折破壞，形成圖9中的破壞區，如不進行支護，易形成三角形塌腔。而左側圍巖巖層傾向與隧道臨空面方向相同，則表現出向臨空面滑移，局部可能出現滑動破壞。隨著圍巖卸荷的持續及爆破擾動，右側拱腰上部向臨空面內鼓，超過圍巖的強度后，巖層將發生張裂及折斷，拱頂被節理裂隙切割形成的楔形體或獨立塊體脫落，造成拱頂區域崩塌掉塊。由于圍巖應力重分布及卸荷有一定的過程，這也能解釋初期支護施作后3～5 d內變形速率較大，反映了圍巖變形的時效性特征，雖然爆破開挖后及時進行了支護，但是巖層的力學特征沒有太大改變，進而通過初期支護變形間接表現出來，該段現場初期支護混凝土剝落掉塊及鋼拱架扭曲變形的區域，正是圖9中編號為5的區域，表現出圍巖變形的不對稱性和局部性，反映在監控量測數據上就是拱頂下沉和凈空內斂的不同步性和累計變形量的差異性，即內斂變形量大于拱頂下沉變形量，且第1條收斂測線變形更為明顯，其變形量大于其他收斂測線。

Ⅱ變形段圍巖為近水平巖層，薄層狀，層間鈣質膠結，層間結合力差，巖層近水平說明受構造應力很小，圍巖表現出對稱性，可以想象圍巖變形也具有對稱性，隧道開挖后形成臨空面如圖10所示，拱頂巖層兩端受支撐形成類似梁板的結構，根據梁板的受力特征，中部形成應力集中區，應變最大，隨著圍巖卸荷松弛和重力作用，層狀巖體巖節理折斷，形成圖10中編號為3的崩塌區，拱頂區域則彎曲折斷崩落，若支護不及時，圍巖暴露時間增加，容易產生拱頂塌腔體，這與傾斜巖層形成的塌腔位置不同，該段出露地下水，一定程度上更易變形。隧道內該段初期支護混凝土主要表現為拱頂局部脫落掉塊，這與水平巖層的受力特征相符。由于圍巖受力狀態相對單一和對稱，其變形規律也表現出了一定的均勻性和持續性，這與Ⅰ變形段的變形規律完全不同。

(a)

(b)

1—設計輪廓線； 2—破壞區； 3—崩塌； 4—滑動滑移； 5—彎曲、張裂及折斷。

圖9 Ⅰ變形段圍巖變形破壞特征示意圖

Fig. 9 Sketch diagrams of deformation destruction characteristics of surrounding rock at deformation section Ⅰ

(a)

(b)

1—設計輪廓線； 2—破壞區； 3—崩塌； 4—滑動滑移； 5—彎曲、張裂及折斷。

圖10 Ⅱ變形段圍巖變形破壞特征示意圖

Fig. 10 Sketch diagrams of deformation destruction characteristics of surrounding rock at deformation section Ⅱ

該隧址區圍巖處于極高應力狀態，這是影響隧道變形的主要影響因素，其中由褶皺所產生的水平構造應力起相當作用，同時隧道埋深大，豎向自重應力較大。隧道施工爆破增加了對隧道圍巖的擾動，加速了圍巖應力的釋放速度。鑒于此種特性，極高地應力軟巖隧道設計與施工的關鍵在于建立地應力的合理釋放與有效的約束平衡[13]。隧道圍巖的變形破壞受眾多因素影響，過程復雜，該隧道的變形特征主要是由極高地應力和巖體結構特征綜合決定的，不同的地應力特征、不同的巖性巖體結構特征，隧道的圍巖變形規律和機制也會有所不同。

4 結論與體會

1)極高地應力區地應力主要表現為自重應力、構造應力或兩者的綜合作用，圍巖的應力狀態不是處于靜力穩定，而是處于一種動力平衡狀態，隧道開挖改變了圍巖的應力環境，動力平衡被打破，圍巖會產生應力釋放，應力釋放有一定的過程，不同的圍巖應力釋放的速度可能不同，開挖爆破對圍巖產生擾動，將一定程度加速圍巖應力的釋放。

2)監控量測數據顯示，地質條件不同，變形規律會表現出一定的差異性。這種差異性一般表現在幾個方面： 變形的局部性或對稱性、變形過程的均勻性或離散性、時效性和方向性等。

3)本隧道圍巖主要為層狀巖體，不同里程段落，表現為傾斜巖層和水平巖層，隧道開挖后，受圍巖卸荷和應力重分布的影響，圍巖應力條件發生變化，圍巖發生變形或破壞，層狀圍巖的變形破壞一般形成幾個區域： 破壞區，崩塌，滑動滑移，張裂、彎曲及折斷。

4)本隧道圍巖變形特征主要是由高地應力和巖體結構綜合決定的，隧道初期支護變形情況一定程度上是隧道圍巖變形特征的有效反映。

5)隧道施工過程中，要充分意識到隧道圍巖地質條件的多變性和圍巖變形的規律性，要及時關注圍巖變化，同時結合監控量測數據，為隧道施工或變更設計提供必要的指導。

6)今后，如能進一步結合圍壓的應力變化情況或初期支護的應力應變特性，對圍巖變形機制的研究將會更加準確，但這需要大量現場實驗數據做支撐，筆者將會在后續研究中繼續分析和總結，為極高地應力區圍巖的變形控制提供科學、有效的參考。

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Geological Characteristics of Tunnels with Extremely High Geostress and Study of Surrounding Rock Deformation Mechanism

GUO Boqian

(Survey,Design&ResearchInstituteofChinaRailwayTunnelGroupCo.,Ltd.,Guangzhou511455,Guangdong,China)

The influencing factors on surrounding rock of a high-speed railway tunnel under construction are analyzed in terms of initial stress, rock structure and ground water on basis of geological conditions. The characteristics and mechanism of surrounding rocks deformation of tunnel with extremely high geostress are systematically analyzed by comprehensive method of theory analysis and site monitoring feedback in terms of characteristics, directivity, accumulated variation, deformation velocity and timeliness of time-dependent curves of monitoring data, site deformation of surrounding rock, tunnel construction influence and deformation difference between two deformation sections. Some conclusions are drawn as follows: 1) The stress release of surrounding rock with extremely high geostress needs time, the stress release velocities of different surrounding rocks are different, and blasting construction will cause disturbance to surrounding rock and speed up the stress release. 2) The deformation laws of surrounding rocks vary as the geological conditions vary. 3) The deformation destruction of layered surrounding rock will form some zones, i.e., destruction zone, collapse, sliding, tension crack, bending and breaking. 4) The deformation characteristics of tunnel surrounding rocks are mainly determined by extremely high geostress and rock structure; and the deformation of tunnel primary support can effectively reflect the deformation characteristics of tunnel surrounding rocks to a certain extent.

tunnel; extremely high geostress; surrounding rock deformation; geological characteristic; monitoring measurement

2015-12-22;

2016-12-15

郭波前(1988—)，男，河南伊川人，2014年畢業于河海大學，地質工程專業，碩士，工程師，現主要從事隧道與地下工程技術研究與項目管理工作。E-mail: guoboqian139@163.com。

10.3973/j.issn.1672-741X.2017.05.010

U 452.1+2

A

1672-741X(2017)05-0586-07