Page 246 - 公路桥梁工程与隧道施工

公路桥梁工程与隧道施工

式中，H kp ——临界深度（m）；k cm ——构造削弱系数；k Nπ ——长期强度系数；
k——应力集中系数；v——变异系数；r——容重加；σ cm ——原状岩石的单轴抗压强

度（MPa）。
在确定了隧道的临界埋深后，可将埋深进一步分为次埋深、埋深和超埋深隧道。
在临界深度以下，在条件合适的情况下，脆性围岩易产生瓦斯涌出、岩爆或其他有害

动力现象。而在塑性及软弱地层中，如不采取有针对性的开挖方法或支护不及时或支
护刚度较弱，极易产生塑性变形及破坏。处于次埋深范围内的隧道，此类隧道的稳定
性及开挖条件一般，围岩一般情况下不会出现动力现象。根据国内外文献资料，当覆

盖层厚度与隧道内径比小于 0.6 时，隧道断面的开挖将对地表产生影响，地表可能产
生较大的沉陷或隆起或地表开裂。在临界埋深范围内，由于受一系列自然和地下施工
因素的影响，其开挖条件与处于次埋深隧道有所差别。从稳定性角度而言，开挖施工
需要有防止岩爆或其他有害现象的措施，这将导致施工缓慢，工程造价相应增加。

（四）地应力
我们知道，隧道围岩开挖后，围岩将进入一个应力重分布的过程，隧道是否失稳，
得看由开挖引起的应力重分布是否超过了围岩强度或围岩是否发生了过大变形，而应

力重分布是否会达到危险的程度就要看初始应力场的方向、量值和性质而定了。在围
岩地质条件相同的情况下，地应力的大小对隧道围岩容许变形量的影响巨大，与围岩
的稳定性也有密切的关系。地应力在地壳岩体中是一种无形的物理量。地壳岩体中自
然应力场的形成与许多因素有关，其中主要有重力、地形、构造运动等。地应力对围

岩稳定影响也是有条件的，其原则为当岩石强度与初始应力之比超过某一数值时，地
应力将起关键作用，特别是当开挖面轮廓线上出现应力集中现象时影响更加显著，当
两者之比小于这一数值时，我们就认为地应力对围岩的稳定性不起控制作用。严格来

讲并不是地应力越大越不利，主要要看主应力的大小、方向、最大与最小主应力的差值，
或各主应力值的构成特征如何而定，还要视它们与地下工程的方位、与岩层主要节理
组的夹角如何而定。总的来说，初始地应力对围岩变形的影响为：当垂直地应力为主
时，拱顶下沉位移将较大；当水平地应力为主时，周边收敛位移将较大。同时在设计时，

隧道的轴线尽量与水平最大主应力方向平行，来改善围岩周边的应力状态，减少洞周
变形，保持围岩的稳定性。
（五）地下水

地下水存在于隧道围岩中，它可以使岩体的力学性质发生变化，并且对岩体的裂
隙发生作用：从而加速岩体失稳的演化进程。根据国内外的参考文献，从水力学、力学，

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