隧道破碎圍巖穩定性分析研究

王 鵬 飛

(山西路橋建設集團有限公司，山西 太原 030000)

1 隧道破碎圍巖穩定性分析現狀

隨著隧道工程的修建在我國越來越普遍，在隧道開挖過程中，會出現多種不良地質現象，這些對隧道圍巖的穩定性影響很大，其中，破碎圍巖的影響最大。

在隧道施工過程中，圍巖本身具有一定的自穩能力，圍巖的穩定性即是指在開挖完成后還未支護前的自穩能力。地質條件的變化會導致圍巖不穩定，因此如何保持圍巖的穩定性就顯得尤為重要，這也是目前工程施工過程中的難點問題。目前根據工程項目所在地的環境及地質情況，圍巖穩定性判別主要有以下幾種方法：

1)工程類比法。

此種方法在目前的隧道施工中經常用到，是判別圍巖穩定性的一個很常用的方法，是通過數據結論對圍巖進行分析判斷，并供設計使用。

2)分析解析法。

這種方法是用數學模型來判斷圍巖穩定性，具有速度快、準確性高的特點。

3)圖解法。

這種方法是在畫圖的基礎上，對圖形進行分析，由此可以一目了然看出不同的塊體在不同圍巖的部位，投影分析法是最普遍的方法。

4)模擬法。

這種方法是利用應力分布措施，分析手段采用模型分析。主要方法有光側彈性法、離心試驗法和材料法。

5)不確定性方法。

此種方法是通過分析安全系數來分析圍巖穩定性的不確定性因素，因巖石構造非常復雜，還存在很多問題需要解決，這種方法的優點是在不確定因素越嚴重的隧道越顯得重要。

6)系統工程法。

此種方法是以系統科學作為指導，用力學原理來進行分析，本身具有一定的模糊性。

7)數值模擬法。

此種方法是通過想象對圍巖進行描述，采用有限元分析數據，即時得出結論。

8)監控反饋法。

這種方法是通過新奧法施工，利用監控量測技術檢測圍巖的穩定性。目前新奧法施工技術發展非常迅速，在隧道工程施工中占有非常重要的地位。

2 判定隧道圍巖穩定性的依據

目前我國在隧道工程施工中判別圍巖穩定性的方法基本可分為兩類：

1)判別圍巖的強度。

判別圍巖的強度是以強度破壞為理論依據，主要在圍巖穩定性的數值分析中應用廣泛。在低壓約束力條件下，隧道圍巖因斜應力超過強度破壞而發生剪切破壞，致使巖石體發生巨大變形。

2)判別圍巖變形率或變形量。

此種判別方法是判定圍巖穩定性的主要依據，在很多規范中可以體現出來。根據圍巖所測得的下沉量與收斂量來判定巖體的堅硬程度，當變形速率過大時圍巖即發生失穩。這種方法的缺點是精確度不夠，因此有關學者就提出了變形速率判別法，但采用判別方法不同得到不同的圍巖穩定性程度。因此，需要解決的問題是取得精確度更高的圍巖穩定性級別。

3 隧道圍巖穩定性分析判別存在的問題

1)根據經驗來判別。

在隧道工程施工過程中，會碰到很多不定性影響因素，這些因素會影響圍巖的穩定性。隨著時間的變化圍巖的穩定性也會發生變化，可能現在還是好的，過一會就會發生破壞。影響圍巖穩定的各個因素之間相互作用、相互影響，很難用簡單模型來表述出來，很多因素都隨著隧道的施工進度不斷變化著，因此要靠豐富的經驗來判斷。這種判斷方法的缺點是不夠準確，人為因素較大。

2)依據施工進度和監測斷面的地質情況來判別。

不同的隧道伴隨著不同的地質條件，在隧道施工中也會采用不同的施工方法。目前，我國隧道施工中最常用的方法是新奧法，通過現場監控量測來分析圍巖變化情況。《隧道襯砌設計指南》中提到，在隧道施工現場量測的過程中，不應僅從儀器上讀取地質變化條件和影響因素，更要掌握它們之間的聯系。綜上所述，如何準確的判斷施工過程中的地質情況是一個技術難題。

3)依據變形率與變形量來判別。

僅僅依靠變形率與變形量無法判別圍巖的穩定性，這是一個復雜的力學問題，尤其是無法判別軟弱圍巖。此種方法的缺點是無法解決全部有關圍巖穩定性的依據問題。

4)在考慮判別因素時不夠全面。

通過查看大量資料，具體的數值不同不會引起各種變化規律不同，也不會因為判別方法不同引起變化。圍巖的級別、巖性、隧道的埋深等因素是周邊收斂與拱頂下沉的因素之一，此種方法沒有考慮支護方法、斷面及開挖方式等，雖然在實際工程施工中有一定的意義，但是在實際操作中還要依靠人工(操作人員)本人的經驗來判斷。

5)專用性不夠。

目前我國對鐵路隧道、公路隧道和地下工程的穩定性的判別方式不完全相同，選用的模型和參數也不一樣，不具有專用性，有很大的經驗性。因此，在實際施工中，因判別方法不同難免會出現偏差，缺乏一個共同的尺度與標準。

4 結語

引起隧道圍巖失穩的因素多種多樣，隧道構造非常復雜，在施工中的變化也是多種多樣，因此如何準確判斷圍巖失穩的原因就顯得尤為重要。圍巖的變化有著位移大、非線性、非連續性的特點，是一個科學難題，要解決這個問題就必須能夠準確判別圍巖失穩產生的原因，所以我們在分析操作過程中應考慮可能引起的因素，不能僅僅用一種方法去分析，還應利用計算技術和仿真模擬，對隧道圍巖穩定性進行綜合評價，從而得出客觀、科學、合理的結果。因此以后綜合考慮各種因素的影響，使經驗與科學互補融合是未來的主要發展方向。

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