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第七章 高速公路隧道施工变形监测分析研究

第七章 高速公路隧道施工变形监测分析研究

第一节 隧道围岩变形理论研究

研究岩体的变形是评价岩体稳定性的一个重要内容，在岩体工程设计计算中也必
须考虑岩体的变形性质，并作为其中的一项设计准则。例如在修建拱坝和有压隧洞时，
除测试岩体本身的力学强度外，还需测试岩体的各种变形性能。我们知道，当建筑物
基础部分变形性能差别较大时，就会产生不均匀沉降，这样就会给结构物带来附加应
力或者虽然基础各部分岩体变形性质均匀，但是岩体的整体刚度较小，这样在结构物

加载下将产生较大形变，影响或破坏结构物的正常使用。岩体的变形是岩块本身材料
变形和结构变形的综合，开挖的岩体通常都会存在一些结构面，在一些结构面中还往
往有各种充填物，充填物强度较低，容易发生结构面闭合、充填物压密及结构体转动

和滑动等变形，为变形的产生提供了良好的条件。因此，岩体的变形量主要由岩块的
强度和结构面发育情况决定。从大量的实践工程来看，岩体的结构变形起着控制作用。
隧道岩体的变形不仅表现出弹塑性，而且也具有流变性质，就是所谓的时间效应。即
岩体的变形量在开挖与支护的过程中与时间有着密切的关系。

一、公路隧道围岩施工变形特性

在软弱隧洞中，围岩的变形有较为明显的时间效应。另外，隧道在掌子面推进及
支护的过程中，围岩的应力、应变将发生变化，表现出复杂的非线性力学特点。综合

起来，统称之为隧道围岩的“时间效应”和“空间效应”，即受开挖掌子面影响的“时
空效应”。在隧道洞身开挖支护过程中，围岩受力是一个在时间和空间上动态变化的
过程，伴随掌子面向前推进和支护的实施，隧道洞周围岩不断受到施工扰动，其受力
和变形随时间与空间而逐渐发展。对于复杂地质条件下的隧道工程，围岩介质具有明

显的非线性特点，而对其进行开挖支护的施工作业，是一个在时间和空间上都不断变
化的过程，实质上是一个不断对围岩进行反复加、卸载的复杂过程，因此，围岩的稳
定不仅与最终状态有关，而且还与过程相关。在这个过程中，围岩一支护系统不断进
行能量交换，这个过程也是与时间和空间上介质的性质变化和力学状态的演变相关的。

从力学角度看，隧道开挖与支护作业都是对围岩施加荷载，其结果必然与应力路径相
关，这是隧道稳定性非常重要的控制性因素，因此有必要研究隧道施工过程中围岩应

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