隧道破碎圍巖穩(wěn)定性分析研究

王 鵬 飛

(山西路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，山西 太原 030000)

1 隧道破碎圍巖穩(wěn)定性分析現(xiàn)狀

隨著隧道工程的修建在我國越來越普遍，在隧道開挖過程中，會出現(xiàn)多種不良地質(zhì)現(xiàn)象，這些對隧道圍巖的穩(wěn)定性影響很大，其中，破碎圍巖的影響最大。

在隧道施工過程中，圍巖本身具有一定的自穩(wěn)能力，圍巖的穩(wěn)定性即是指在開挖完成后還未支護(hù)前的自穩(wěn)能力。地質(zhì)條件的變化會導(dǎo)致圍巖不穩(wěn)定，因此如何保持圍巖的穩(wěn)定性就顯得尤為重要，這也是目前工程施工過程中的難點(diǎn)問題。目前根據(jù)工程項(xiàng)目所在地的環(huán)境及地質(zhì)情況，圍巖穩(wěn)定性判別主要有以下幾種方法：

1)工程類比法。

此種方法在目前的隧道施工中經(jīng)常用到，是判別圍巖穩(wěn)定性的一個(gè)很常用的方法，是通過數(shù)據(jù)結(jié)論對圍巖進(jìn)行分析判斷，并供設(shè)計(jì)使用。

2)分析解析法。

這種方法是用數(shù)學(xué)模型來判斷圍巖穩(wěn)定性，具有速度快、準(zhǔn)確性高的特點(diǎn)。

3)圖解法。

這種方法是在畫圖的基礎(chǔ)上，對圖形進(jìn)行分析，由此可以一目了然看出不同的塊體在不同圍巖的部位，投影分析法是最普遍的方法。

4)模擬法。

這種方法是利用應(yīng)力分布措施，分析手段采用模型分析。主要方法有光側(cè)彈性法、離心試驗(yàn)法和材料法。

5)不確定性方法。

此種方法是通過分析安全系數(shù)來分析圍巖穩(wěn)定性的不確定性因素，因巖石構(gòu)造非常復(fù)雜，還存在很多問題需要解決，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是在不確定因素越嚴(yán)重的隧道越顯得重要。

6)系統(tǒng)工程法。

此種方法是以系統(tǒng)科學(xué)作為指導(dǎo)，用力學(xué)原理來進(jìn)行分析，本身具有一定的模糊性。

7)數(shù)值模擬法。

此種方法是通過想象對圍巖進(jìn)行描述，采用有限元分析數(shù)據(jù)，即時(shí)得出結(jié)論。

8)監(jiān)控反饋法。

這種方法是通過新奧法施工，利用監(jiān)控量測技術(shù)檢測圍巖的穩(wěn)定性。目前新奧法施工技術(shù)發(fā)展非常迅速，在隧道工程施工中占有非常重要的地位。

2 判定隧道圍巖穩(wěn)定性的依據(jù)

目前我國在隧道工程施工中判別圍巖穩(wěn)定性的方法基本可分為兩類：

1)判別圍巖的強(qiáng)度。

判別圍巖的強(qiáng)度是以強(qiáng)度破壞為理論依據(jù)，主要在圍巖穩(wěn)定性的數(shù)值分析中應(yīng)用廣泛。在低壓約束力條件下，隧道圍巖因斜應(yīng)力超過強(qiáng)度破壞而發(fā)生剪切破壞，致使巖石體發(fā)生巨大變形。

2)判別圍巖變形率或變形量。

此種判別方法是判定圍巖穩(wěn)定性的主要依據(jù)，在很多規(guī)范中可以體現(xiàn)出來。根據(jù)圍巖所測得的下沉量與收斂量來判定巖體的堅(jiān)硬程度，當(dāng)變形速率過大時(shí)圍巖即發(fā)生失穩(wěn)。這種方法的缺點(diǎn)是精確度不夠，因此有關(guān)學(xué)者就提出了變形速率判別法，但采用判別方法不同得到不同的圍巖穩(wěn)定性程度。因此，需要解決的問題是取得精確度更高的圍巖穩(wěn)定性級別。

3 隧道圍巖穩(wěn)定性分析判別存在的問題

1)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來判別。

在隧道工程施工過程中，會碰到很多不定性影響因素，這些因素會影響圍巖的穩(wěn)定性。隨著時(shí)間的變化圍巖的穩(wěn)定性也會發(fā)生變化，可能現(xiàn)在還是好的，過一會就會發(fā)生破壞。影響圍巖穩(wěn)定的各個(gè)因素之間相互作用、相互影響，很難用簡單模型來表述出來，很多因素都隨著隧道的施工進(jìn)度不斷變化著，因此要靠豐富的經(jīng)驗(yàn)來判斷。這種判斷方法的缺點(diǎn)是不夠準(zhǔn)確，人為因素較大。

2)依據(jù)施工進(jìn)度和監(jiān)測斷面的地質(zhì)情況來判別。

不同的隧道伴隨著不同的地質(zhì)條件，在隧道施工中也會采用不同的施工方法。目前，我國隧道施工中最常用的方法是新奧法，通過現(xiàn)場監(jiān)控量測來分析圍巖變化情況?！端淼酪r砌設(shè)計(jì)指南》中提到，在隧道施工現(xiàn)場量測的過程中，不應(yīng)僅從儀器上讀取地質(zhì)變化條件和影響因素，更要掌握它們之間的聯(lián)系。綜上所述，如何準(zhǔn)確的判斷施工過程中的地質(zhì)情況是一個(gè)技術(shù)難題。

3)依據(jù)變形率與變形量來判別。

僅僅依靠變形率與變形量無法判別圍巖的穩(wěn)定性，這是一個(gè)復(fù)雜的力學(xué)問題，尤其是無法判別軟弱圍巖。此種方法的缺點(diǎn)是無法解決全部有關(guān)圍巖穩(wěn)定性的依據(jù)問題。

4)在考慮判別因素時(shí)不夠全面。

通過查看大量資料，具體的數(shù)值不同不會引起各種變化規(guī)律不同，也不會因?yàn)榕袆e方法不同引起變化。圍巖的級別、巖性、隧道的埋深等因素是周邊收斂與拱頂下沉的因素之一，此種方法沒有考慮支護(hù)方法、斷面及開挖方式等，雖然在實(shí)際工程施工中有一定的意義，但是在實(shí)際操作中還要依靠人工(操作人員)本人的經(jīng)驗(yàn)來判斷。

5)專用性不夠。

目前我國對鐵路隧道、公路隧道和地下工程的穩(wěn)定性的判別方式不完全相同，選用的模型和參數(shù)也不一樣，不具有專用性，有很大的經(jīng)驗(yàn)性。因此，在實(shí)際施工中，因判別方法不同難免會出現(xiàn)偏差，缺乏一個(gè)共同的尺度與標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)語

引起隧道圍巖失穩(wěn)的因素多種多樣，隧道構(gòu)造非常復(fù)雜，在施工中的變化也是多種多樣，因此如何準(zhǔn)確判斷圍巖失穩(wěn)的原因就顯得尤為重要。圍巖的變化有著位移大、非線性、非連續(xù)性的特點(diǎn)，是一個(gè)科學(xué)難題，要解決這個(gè)問題就必須能夠準(zhǔn)確判別圍巖失穩(wěn)產(chǎn)生的原因，所以我們在分析操作過程中應(yīng)考慮可能引起的因素，不能僅僅用一種方法去分析，還應(yīng)利用計(jì)算技術(shù)和仿真模擬，對隧道圍巖穩(wěn)定性進(jìn)行綜合評價(jià)，從而得出客觀、科學(xué)、合理的結(jié)果。因此以后綜合考慮各種因素的影響，使經(jīng)驗(yàn)與科學(xué)互補(bǔ)融合是未來的主要發(fā)展方向。

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