軟弱圍巖隧道變形特性及控制措施

祁寶貴

（中國國家鐵路集團有限公司，北京 100844）

中國是世界上隧道工程規模大、數量多和施工難度大的國家［1］。圍巖變形大、變形持續時間長、變形速率快等是軟巖隧道施工的難點。櫻井春輔［2］通過室內試驗給出了隧道節理巖體單軸抗壓強度與極限應變的關系。楊忠民等［3］揭示了隧道開挖埋深增大過程中位移和應力的變化規律。孫闖等［4］將收斂-約束法應用到高地應力軟巖巷道支護中，分析了隧道軟弱圍巖與支護結構的變形破壞特征。胡波等［5］基于數值模擬方法提出了節理巖體參數的確定方法。張妍珺等［6］基于收斂-約束法采用有限差分法分析了圍巖變形特征，并提出了變形曲線修正公式。

現階段對軟巖隧道大變形的支護措施及控制變形方法仍沒有統一的標準，支護結構設計及圍巖穩定性分析仍然是軟巖隧道的難題。本文以贛深鐵路廣東段銀瓶山隧道為工程背景，基于Hoek-Brown 屈服準則建立節理巖體應變軟化模型，通過FLAC 3D 進行不同工況的數值計算，分析應變軟化模型在隧道軟弱圍巖大變形分析中的適用性，并對支護結構設計進行優化。

1 節理巖體應變軟化模型

1.1 Hoek-Brown屈服準則

Hoek 和 Brown 基于 Griffith 的脆性斷裂理論，通過對室內巖石三軸試驗及現場試驗結果的統計分析，提出了Hoek-Brown 屈服準則，經過不斷改進與修正，在2002 年提出將爆破損傷和應力釋放對圍巖強度的影響考慮進巖體擾動系數D（取值范圍0～1）中，并對Hoek-Brown常數進行了修正。其表達式［7］為

式中：σ1，σ3分別為隧道圍巖破壞時的最大、最小主應力；……