高速公路隧道的围岩变形特性分析

高速公路隧道的围岩变形特性分析

郭宗祥

新疆郎泰建设工程有限公司新疆维吾尔自治区昌吉回族自治州831100

摘要：科学技术的不断创新为高速公路隧道建设提供了契机，提升了我国高速公路隧道建设效果。本文首先对高速公路隧道围岩变形特性分析的意义进行阐述，进而从分析围岩变形特性曲线出发，深入研究高速公路隧道的围岩变形特性。致力于通过围岩变形特性的分析寻求控制方法，保证高速公路隧道建设质量。

关键词：高速公路；隧道；围岩变形

引言：随着社会的发展，人们对于交通的要求逐渐提高，给我国高速公路特别是隧道建设带来了新的挑战。对于隧道建设与维护而言，围岩变形属于影响隧道质量以及公路安全保障的重要影响因素。如何通过高速公路隧道的围岩变形特性分析掌握变形特点，进而探究控制措施成为公路隧道建设与维护的重要内容。

一、分析高速公路隧道围岩变形特性的重要意义

我国高速公路隧道施工一贯秉承适时支护的原则，以便于强化隧道的质量，保证高速公路隧道使用的安全性。在支护施工的过程中，受到支护力的作用，隧道会受到一定的影响，因此支护的时间一定要进行合理确定，以此避免隧道过早支护做成支护浪费以及过晚支护效果不佳等问题[1]。在确定支护施工开挖时间方面，隧道围岩变形特性发挥着至关重要的作用，通过对围岩变形特性的研究，能够尽可能的了解隧道状况，进而对是否需要支护加以明确，对于支护施工的开展具有深远意义，同时也是保证我国高速公路隧道正常使用的关键因素。

二、高速公路隧道的围岩变形特性曲线

（一）变形曲线

高速公路隧道施工中，多方面的因素会造成围岩变形过程的多样化，围岩变形量与时间不具有固定关系。通过测量与实践，得出如图1所示的高速公路隧道围岩变形曲线，主要归纳为五种，致力于为隧道围岩支护工作的开展提供参考。第一种展现出变形直线上升的趋势，围岩变形速率为固定的常数。参考图1（a）；第二种变形形式变形的速率逐渐增加，隧道的稳定性相对较差，高速公路使用的安全性能较低。参考图1（b）；随着时间的增加，变形的速率从递增发展到递减，逐渐趋于稳定状态。见图1（c）；随后，变形速率在不断上升的情况下围岩稳定性不足，进而启动支护措施，变形速率递减。见图1（d）；随着支护作用的发挥，围岩内部变形呈现饱和状态，此时的围岩变形速率为零，内部呈现相对稳定状态。如图1（e）所示。

（a）（b）（c）（d）（e）

图1高速公路隧道围岩变形特性曲线（横坐标为时间；纵坐标为变形量）

根据这五种曲线类型对工程进度加以设计有助于推进设计施工人员对高速公路隧道工程的把控，进而对断面开挖后的全过程进行了解。

（二）变形全过程曲线

本文以全断面开挖的围岩变形全过程的位移-时间关系曲线（图2）为出发点探究变形过程，增加对围岩变形的认知。如图所示变化趋势，其中空间效应管变形是因为断面挖开之后平衡被打破，岩体受到向内移动的应力，进而发生一定的移动，由于岩体具有整体性的特点，会对其他组织产生干扰，造成整体性的位移变化。通过分析，负空间效应段、正空间效应段、阻尼变形段以及流变段的具体变形如图2，相关设计施工人员应该充分考虑到曲线中所包含的信息，充分了解变形速率，以此判断开挖之后高速公路隧道的围岩结构的受干扰情况。

图2高速公路隧道围岩变形全过程曲线（位移/时间）

三、高速公路隧道围岩变形的主要影响因素

隧道的围岩类别、岩体结构种类、地应力、施工方法与支护措施、岩性及开挖断面大小等都会对高速公路隧道围岩变形产生影响[2]。而且无论是地下水的分布，还是隧道的洞径，也都属于变形的影响因素。也正是因为影响因素众多，才使得围岩变形不具备固有特性，会根据实际情况的变化发生自身状态的变化。因此，在实际的高速公路隧道围岩变形控制中，相关人员应该综合分析，全面考虑影响因素，以便于在尽量降低局限性的基础上实现对隧道围岩变形的控制。

四、高速公路隧道围岩变形的特性

（一）空间效应段变形特性

针对隧道围岩在空间效应段的变形特性分析，存在断面设置点存在偏差的情况，容易影响对具体施工的判断。因此在实际施工中，相关技术人员应该积极结合所处工程的隧道监测资料，进而避免出现分析偏差，准确把握高速公路隧道围岩的空间效应段变形特性，为隧道围岩的变形控制提供有利条件。

（二）阻尼变形段变形特性

隧道围岩阻尼变形段的变形特性主要从阻尼变形速率与阻尼变形量两个方面进行分析。根据上文中的分析可知，阻尼变形速率的变化特性是单调递减，阻尼变形段是空间效应段与时间效应段之间的过渡段，阻尼的变形量及变形速率需根据监测资料来确定平均值，进而为变形控制提供依据，保证高速公路隧道使用安全，维护我国交通行业以及公路建设的稳定发展。

（三）流变段围岩变形特性

流变段围岩的应力重新分布，变形相对稳定后，变形速率为零，围岩的变形趋于稳定。随着时间的推移，变形因受力延续而产生，但是其变形量相对较小，对于高速公路隧道的质量影响不大。通过对流变段围岩变形特征的分析，可以合理确定高速公路隧道的稳定状态。对此，流变段围岩变形特性也成为围岩稳定性的判别标准，在推进高速公路隧道围岩变形控制方面发挥着积极作用。

结论：总而言之，变形速率、时间与位移等因素与高速公路隧道围岩变形特性有紧密的联系，而且不同阶段的围岩变形具有不同特性，为了保证高速公路隧道的安全可靠性，有关部门应该加强对高速公路隧道的探查与分析，在了解隧道实际情况的基础上掌握围岩变形特性，进而为探究解决措施提供有力依据。

参考文献：

[1]张勃蓬.高速公路新奥法隧道围岩变形特性现场测试分析[J].黑龙江交通科技，2018，41（09）：157-158.

[2]李文明.软弱围岩隧道围岩稳定性及初期支护合理性研究[D].重庆大学，2010.