高速公路隧道围岩稳定性研究

张秀强

(贵州桥梁建设集团有限责任公司)



高速公路隧道围岩稳定性研究

张秀强

(贵州桥梁建设集团有限责任公司)

隧道围岩的稳定性对高速公路的建设和运营起着重要的作用。本文首先介绍了隧道围岩变形破坏的四种机制，包括结构面控型、强度-应力控制型、混合类型和特殊类型四种类型。其次，着重分析了影响隧道围岩稳定性的多种因素，包括岩石性质、岩石硬度、岩石完整程度、岩体结构、结构面特性、初始应力状态以及地下水作用特点等。为提高隧道围岩的稳定性和高速公路的安全运营提供指导意义。

高速公路；隧道围岩；变形破坏机制；隐性因素

1 变形破坏机制

1.1 结构面控制型

隧道岩石之所以发生结构控制型的变形破坏，主要是因为岩石所承受的应力远远低于岩石强度，此时岩块会因重力作用发生软弱结构面的塌滑变形或破坏。在层状和块状的硬质岩体，结构面控制型的变形破坏主要表现为块体的滑移和塌方；在散体和碎裂的结构岩体，则表现为松弛、脱落和崩溃。

1.2 强度-应力控制型

隧道岩石之所以发生强度-应力型的变形破坏，主要是因为当整体性较好的围岩其应力高于其强度时，由于其特殊的抗弯和抗剪强度。此时，脆性围岩会发生弯折内鼓、岩体剥落及岩爆，而塑性围岩会发生塑性挤出和流动变形。

1.3 混合类型

隧道岩石之所以发生混合类型的秉性破坏，主要是因为当结构面发育的围岩其应力高于其强度时，围岩结构面所受地应力以及岩体强度影响其稳定性导致。主要表现为围岩的松弛、塌落、流动、剪切、挤出以及溃屈等，在隧道内侧往往会发生内挤和上鼓，层状岩石会发生弯曲变形，而碎裂岩石则会发生解体溃散。

1.4 特殊类型

隧道岩石之所以发生特殊类型的变形破坏，主要是因为岩石表部应力的降低区使得水分由高应力的内部转向低应力的表部，从而使得岩石吸水膨胀进而发生内鼓变形。此种类型的变形破坏机制一般与弱面控制型和强度应力型无关。

2 稳定影响因素

2.1 岩石性质

根据岩石的性质，我们可将岩石分为脆性岩石和塑性岩石两种类型。塑性岩石具有风化快、强度低、易软化、易膨胀以及易崩解等特性，极易影响岩石的稳定性，我们见过的吸水膨胀岩、破碎松散岩和黏土质岩石都属于塑性岩石；脆性岩石的强度主要取决于岩体结构面的抗剪强度，比岩体强度高出很多，主要包括各种强度高的硬质岩。

2.2 岩石硬度

岩块组成岩体，并通过结构面联结其他岩体，其坚硬程度是指它抵抗变形的能力。在抵抗岩体变形的过程中，岩块的大小、坚硬程度和结构面特性都起着非常重要的作用。

2.3 完整程度

岩体的完整程度是对岩体的破坏程度和开裂程度的概括，能够反映规模、性质以及成因不同的机构面在岩体中的存在情况，主要由结构面发育程度和机构的几何特征来描述。影响岩体完整程度的因素主要包括结构面组数、结构面密度、联系性系数和结构面之间的切割关系等。

2.4 岩体结构

根据工程岩土学的知识和理论，我们可以将岩体结构分为整体块状结构、层状结构、碎裂结构和散体结构四种结构。其中，整体块状结构包括整体结构、块状结构；层状结构包括厚层状结构、中层状结构和薄层状结构；碎裂机构包括碎裂结构、镶嵌结构；而散体结构包括松散结构、破碎结构。根据工程实践可知，稳定性最好的为厚层状和整体块状，而稳定性最差的则为散体结构和碎裂结构。

2.5 结构面特性

岩体结构面是指岩块与其他岩块或岩体相联结的部分，是整个岩体中较为薄弱的部分，我们一般用抗剪特性即其应对剪切运动的能力来描述。结构面的抗剪特性一般受其表面的连续性、平整程度、光滑程度、开闭状态、胶结情况以及物质组成的影响，同时还会受到地下水的制约。

2.6 初始应力状态

围岩的初始应力尤其是高地应力严重影响着围岩的稳定性。当岩石强度与初始应力的比值较大时，岩石的初始应力状态不会对稳定性产生影响；但当岩石强度与初始应力的比值较低时，岩石的初始状态就会严重影响其稳定性，尤其是当比值接近1时，影响作用会格外显著。

3 结 语

高速公路隧道对围岩的要求极高，而隧道围岩的稳定性却容易受到多种因素的影响。我们在本文中分析了隧道围岩的变形破坏机制，并着重分析了影响围岩稳定性的地质因素、工程因素和施工因素，为消除和削弱影响隧道围岩稳定性的影响因素提供了参考，同时有利于提高围岩稳定性措施的实施和公路隧道的安全运营。

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2015-04-12

张秀强(1983- )，男，贵州贵阳人，工程师，从事工程施工。

U442

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1008-3383(2015)12-0144-01