B
桥梁隧道
RIDGE&TUNNEL
分析影响隧道围岩稳定性因素
毫
无疑问，隧道围岩的稳定性对隧道的正常运营是至关重要
的。从许多隧道发生的交通事故中可以知道，隧道围岩的稳定性不仅与岩石的性质、岩体的结构与构造、地下水、岩体的天然应力状态、地质构造等自然因素有关，而且还与隧道的开挖方式及支护的形式和时间等因素有关。但其中起主导作用的还是岩石性质及岩体的结构、岩体的天然应力状态、地质构造、地下水等自然因素。因此了解这些因素对围岩稳定性的影响和机理，才能够客观实际的采取相应的维护隧道围岩稳定的措施。
岩石性质及岩体的结构
围岩的岩石性质和岩体结构通过围岩的强度来影响围岩的稳定性，是影响围岩稳定性的基本因素。从岩性的角度，可以将围岩分为塑性围岩和脆性围岩，塑性围岩主要包括各类粘土质岩石、粘土岩类、破碎松散岩石以及吸水易膨胀的岩石等，通常具有风化速度快，力学强度低以及遇水软化、崩解、膨胀等不良性质，故对隧道围岩的稳定最为不利；脆1性围岩主要各类坚硬体，由于这类岩石本身的强度远高于结构面岩石的强度，故这类围岩2的强度主要取决于岩体的结构，岩性本身的影响不是很显著。从围岩的完整性(围岩完整性可以用岩石质量指标RQD、节理组数J n、节理面粗糙程度J y、节理变质系数Ja、裂隙水降低系数Jw、应力降低系数SRF 八类因素进行定量分析) 角度，可以将围岩分为五级即:完整、较完整、破碎、较破碎、极破碎。如果隧道围岩的整体性质良好、节理裂隙不发育(如脆性围岩) 即围岩为完整或较完整。那么，隧道开挖后，围岩产生
234TRANSPOWORLD 2012No.13(Jul)
的二次应力一般不会使岩体发生破坏，即使发生破坏，变形的量值也是较少的。这种情况下，围岩岩性对围岩的稳定性的影响是很微弱的，即一般是稳定的，可以不采取支护，能适应各种断面形状及尺寸的隧道。如果隧道围岩的整体性质差、强度低，节理裂隙发育或围岩破碎(如塑性围岩)即围岩为破碎、较破碎或极破碎，则围岩的二次应力会产生较大的塑性变形或破坏区域，同时节理裂隙间的岩层错动会使滑移变形增大，势必给围岩的稳定带来重大的影响，不利于隧道洞室稳定;软硬相间的岩体，由于其中软岩层强度低，有的因层间错动成为软弱围岩而对围岩的稳定性不利。
从岩体的结构角度，可将岩体结构划分为整体块状结构(整体结构和块状结构) 、层状结构(薄层状结构和厚层状结构) 、碎裂结构(构镶嵌结构和层状碎裂结构) 、散体结构(破碎结构和松散结构) 。松散结构及破碎结构岩体的稳定性最差;薄层状结构岩体次之;厚层状块体最好。对于脆性的厚层状和块状岩体，其强度主要受软弱结构面的分布特点和较弱夹层的物质成分所控制，结构面对围岩的影响，不仅取决于结构面的本身特征，还与结构面的组合关系及这种组合与临空面的交切关系密切相关。一般情况下，当结构面的倾角≤30°时，就会出现不利于围岩稳定的分离体，特别是当分离体的尺寸小于隧道洞跨径时，就有可能向洞内产生滑移，造成局部失稳;当倾角> 30°时，将不会出现不利于围岩稳定性的分离体。而软弱夹层对围岩稳定性的影响主要取决于它的性状和分布。一般认为软弱夹层的矿物成分、粗细颗粒含量、含水量、易溶盐和有机质等
文/王冠勇
的含量是决定其性质的主要因素，对不同类型的软弱夹层，这些因素是不大相同的。由于软弱夹层的抗强度较低，故不利于隧道围岩的稳定。
围岩岩体的变形和破坏的形式特点，不仅与岩体内的初始应力状态和隧道形状有关，而且还与围岩的岩性及岩体结构有关，但主要的是和围岩的岩性及结构有关(见表1) 。
岩体的天然应力状态
岩体的天然应力是岩体的自重应力、构造应力、变异及残余应力在某一个具体地区以特定方式作用的结果。已经有大量的实践资料证明，大多数地区的岩体的天然应力状态是以水平方向为主的即水平应力通常大于垂直应力。一般情况下，隧道轴向与水平主应力垂直，以改善隧道周边的应力状态。但水平应力很大时，则隧道方向最好与之平行以保证边墙的稳定性。然而，岩体的天然应力对隧道的影响主要取决于垂直于隧道轴向水平应力的大小与天然应力的比值(ζ) ，它们是围岩内应力重分布状态的主要因素。例如，圆形隧道，当ζ= 1 时，围岩中不会出现拉应力集中，压应力分布也比较均匀，围岩稳定性最好;当ζ≤1/ 3 时围岩出现拉应力，压应力集中也较大，对围岩稳定不利。最大天然主应力的数量级及隧道轴向的关系，对隧道围岩的变形特征有明显的影响，因为最大主应力方向围岩破坏的概率及严重程度比其它方向大。因此，估算这种应力的大小并设法消除或利用非常重要的。
地质构造
褶曲和断裂破坏了岩层的完整性降低了岩体的力学强度，一般来说，岩