Page 250 - 公路桥梁工程与隧道施工

公路桥梁工程与隧道施工

层发生强烈的内鼓变形。
根据隧道围岩变形破坏特征，结合时间因素考虑，一般将围岩的稳定性划分为五
级：①稳定：围岩只发生弹性变形，无塑性流动变形和破坏，隧道开挖后不支护可长
期自稳。②基本稳定：除弹性变形外还有局部块体的位移和掉块，局部块体破坏后不
影响其他部位的稳定性，其他部位无支护可长期自稳。③稳定性差：可短期自稳，但

不能长期自稳，可发生岩层弯折、松弛塌落、脆性破坏等变形破坏，但一次破坏规模
不大。④不稳定：只能暂时（几小时或几天内）不塌方，但变形一直持续发展，破坏
形式可以从局部到整体，从小规模到大规模。⑤很不稳定：不支护无自稳能力，必须

超前及时支护或采取预加固措施才能保证施工的安全，塌方的规模往往很大。

第二节 围岩变形监测技术与方法

在介绍围岩变形的一些常规监测技术与方法之前，先说下地下结构设计方法，不
同的结构设计方法将有不同的计算模型，目前常采用的模型有：收敛—约束模型、连
续介质模型、工程类比法、作用—反作用模型，其中目前工程类比法和收敛—约束模

型应用较多。新奥法已广泛应用于地下洞室的施工，新奥法的最基本观点是在利用围
岩本身所具有的承载效能的前提下，通过动态的实时观测，获取围岩的变形特性，选
择合适的支护时机和支护类型，以便最充分地发挥围岩自承、自稳能力，获得最佳的
支护效果。而收敛—约束模型正好解释了新奥法中的支护与围岩共同作用的原理。收
敛—约束模型是以弹塑性理论和岩石力学原理为其理论基础、现场实测作为其依据、

经验为其参考的一种较为完善的隧道设计方法。通常，在收敛变形量测方面事实上还
计入了时间因素。下面来介绍下收敛—约束模型原理。
在图 7-7 中，μ 为洞周的变形，iP 为衬砌对洞周围岩的作用力，亦为衬砌结构受

到的围岩压力，其量值也为 iP，rU 为支护结构的变形。在不同时间设置支护和选用
不同刚度的衬支护结构，可使图 7-7 在 rU~iP 坐标平面上产生不同的组合。曲线①为
硐室周边位移与硐室内壁的径向压力的关系曲线，斜线②～⑥则在不同时间设置支护
或衬砌刚度不同时的各种关系曲线。由图 7-7 可见，在曲线①中，存在一个最低点，

当支护特征线（斜线②～⑥）与地层特征线（曲线①）正好相交于此点时（如图中斜
线④所示），则表示支护结构将受到最小的围岩压力。图 7-7 中，斜线②为在硐室开
挖后立即施作支护时的支护特征线，斜线③为在洞室开挖后隔一段时间再施作支护时
的支护特征线。而③ ~ ④则为在同一时间设置的刚度不同的两种支护的支护特征线。

图 7-7 中，斜线⑤所示的支护特征线将与地层特征线不再相交，表示支护刚度严重不
足时地层松动压力将急剧增长，使围岩破坏的范围相应扩大，斜线⑥则表示，如衬砌

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