Page 245 - 公路桥梁工程与隧道施工

第七章 高速公路隧道施工变形监测分析研究

过的岩层，其岩体的地质构造、岩体结构类型、物理力学性质等均存在很大差异。所
经过区域穿过三个断层、破碎带，且地下水丰富、岩层中存在大量的软弱夹层等。例如，
同在白云岩地段布置量测断面发现，由于结构面发育的差异，导致在断层破碎带的围
岩洞周变形量往往是完整性好的围岩洞周变形量的 2~3 倍以上。另外，在有水的情况
下，水对结构面发育的围岩地段较完整性好的围岩地段围岩变形影响明显，在一些情

况下对前者的围岩稳定性起着决定作用，这充分说明，隧道在不同围岩特征的岩层中
通过时，其变形有差异的，同时应综合其他因素，具体情况具体分析。
（二）岩石力学性质

工程岩石的破坏主要有拉破坏和剪切破坏两种，所以其抗拉和抗剪强度很重要。
现场围岩力学特性或强度的差异，往往决定着地层压力的性质及其稳定与否。在完整
性好的围岩中，岩石强度对隧道围岩的变形和破坏起决定性作用。隧道围岩自身就是
一种天然承载体，其承载能力的大小与强度有关。围岩强度越高，变形量就越小，隧

道围岩稳定性就越好，维护工作就越容易。但前者的测定很困难，由于尺寸效应的原因，
获得的数据一般不大准确。岩体还有许多特定的力学特性，如各向异性、脆性、塑性、
流变性等对围岩的变形破坏有重要的影响。许多层状岩体中的各向异性，使围岩变形

和失稳状态有很强的对称性：当围岩的脆性很大时，易于发生岩爆或开裂。塑性明显时，
在洞周围岩中可能形成松散破碎区或挤压变形区。膨胀性较大的隧道工程会产生挤压
作用破坏硐室支护或造成严重的底鼓。对于某些有明显时间效应的软弱岩层则可能产
生黏弹塑性或黏弹性的形变。而在岩层坚硬的隧道中，围岩变形破坏的决定因素又会
转化到地质结构的条件上去，产生的地压可能是块体松动地压。

（三）埋深
处于不同的埋深，其容许变形量是不相同的，我国 JTJ 042—94《公路隧道施工
技术规范》在规定隧道周边容许相对位移值时就主要考虑了埋深的影响。根据一些参

考文献，可概略得到埋深对周边变形量的影响：隧道各级围岩周边相对位移均值与埋
深大致符合线性关系式：y=ax+b，而在特定围岩级别下，此关系式需进一步修正，得
b
到围岩周边相对位移与隧道埋深的冪函数的单调曲线关系式：y=ax +c，同时随着围
岩级别由Ⅱ ~ Ⅴ级变化，a、b 的数值是逐渐增大的，这表示围岩越差，其围岩变形随

埋深的变化是更加显著（其中，a、b、c 为常数，上类各关系可以由监测数据回归统
计得出）。另外，随着埋深的增加，隧道围岩的力学特性将发生很大的变化，对隧道
的设计和施工带来很大的影响。埋深增加，相应的地应力必然增加，这样就会引起地
层温度的升高和地层带有明显的塑性性质，在隧道开挖后可能会产生岩爆或其他有害

力学现象。隧道有临界埋深，即地层由于地应力场、地质抑造及施工产生的应力大于
或等于围岩的单轴抗压强度极限所处的深度。隧道的临界深度可以由下式计算：

• 233 •