高速公路隧道的圍巖變形特性

秦 杰

（湖南宇康工程建設有限責任公司，湖南郴州 423000）

對于高速公路隧道，復雜的地質環境的影響較大，圍巖結構變形問題的出現，導致工程建設的質量與安全性降低?，F代交通行業快速發展，高速公路隧道工程不斷涌現，為確保隧道施工的穩定性與安全性，需要分析圍巖變形特性，優化高速公路隧道工程實踐，以更好地服務于現代化經濟建設。

1 高速公路隧道圍巖變形特性的現實意義

在高速公路隧道工程中，若支護的時機不適宜，會影響圍巖結構穩定性，導致出現圍巖變形問題。在施工前期開挖階段，需要明確各項支護參數，難以選擇最優的開挖支護方案，需要全面分析高速公路隧道工程項目，明確穩定性影響因素，充分發揮預期作用。在高速公路信息化時代下，可應用信息化監控技術，開展高速公路隧道圍巖施工。運用視頻設備全天候監控隧道內部情況，保證監控的形象性與直觀性，以便了解隧道內部動態與情況，保證工程管理的科學化，提高隧道監控質量，保證隧道施工的安全性。在高速公路隧道工程中，建設人員需發揮科學技術的優勢，充分利用科學技術成果，把握圍巖變形特性，以便優化控制圍巖穩定性，促進高速公路隧道工程建設的高效推進。

2 高速公路隧道的圍巖變形特性曲線

2.1 變形曲線

對于高速公路隧道工程的整體情況，存在巖體結構、人為因素干擾等問題，會影響圍巖變形過程，圍巖變形存在多樣化特征。介于位移與時間之間構建關系曲線，對此開展深入分析，可明確圍巖變形問題。

（1）圍巖變形上升表現為直線式，假設其速率為常數，系統單位按照固定常數向洞室進行遷移。

（2）在速率不斷增加的情況下，圍巖變形會逐步增加，通過速率體現變形值函數。

（3）在速率逐步增加或逐步減少的情況下，變形程度會出現變化，最終速率降至0時，變形趨勢趨于穩定。

分析速率增加導致變形出現的問題，可知這一情況的出現，會導致圍巖失穩，降低變形速率。針對高速公路隧道工程實際情況，圍巖變形的存在主要表現為S形的曲線狀態，受自身內部抑制，隨著圍巖變形的逐步發展，在達到飽和狀態后，變形速率將降至0。

2.2 變形全過程曲線

立足高速公路隧道工程建設的實際情況出發，對變形曲線類型開展圍巖變形曲線分析，主要采用全斷面開挖方式。以綜合分析法為支持，對位移-時間關系曲線進行合理劃分，包括空間效應段、正空間效應段、阻尼變形段及流變段。高速公路隧道施工中，開挖巖體后，將消除原本的位移約束，系統運行缺乏平衡性，巖體結構將發生變化，存在向內移動的趨勢，是空間效應段中出現變形問題的主要因素。由這一原因導致的位移問題，會對深層巖體產生影響，進而牽動深巖體位移。在實際研究過程中，需要明確開挖面與測點變化，據此把握變形速率的變化情況，進而對開挖面與圍巖結構之間干擾情況進行具體分析，確保判斷的準確性。

2.3 圍巖變形基本特征

針對圍巖變形，以變形速度、變形量和變形時空效應為基本特征，圍巖變形的出現，受圍巖巖性、初始地應力、施工方式與順序、支護類型等因素的影響較大。在動工前期，測量點所處斷面存在位移，實地測量中獲得的圍巖位移數據具有相對性，可明確圍巖應力的分布情況，以便開展綜合分析。

3 空間效應段圍巖變形特征

3.1 圍巖變形速度方面

基于高速公路隧道工程的實際情況出發，對相關監測數據開展具體分析，明確圍巖變形規律，變形速度為遞減型，呈現自慢到快遞減。以武陽隧道和莽山隧道為例進行具體分析，前者隧道存在圍巖變形，以3.62 mm為圍巖最大變形速度，后者以6.41 mm為圍巖變形最大速度，空間效應時間較長，大約為45 d，每日變形速度有所降低，約1.0 mm。通過專業儀器設備進行監測，獲得監測數據，通過對比發現二者均具有較好的巖體質量，實際變形速度較小。

3.2 圍巖變形量方面

在高速公路隧道工程中，圍巖巖性與地質情況會影響圍巖變形量。針對武陽隧道，以監測數據為指標進行分析，可知該隧道具有較好的圍巖，最大變形量為6.13 mm。針對莽山隧道工程，其圍巖較差，最大變形量達到10.24 mm，碎裂概率較大。通過支護措施的合理應用，可改善隧道口狀態，以便對變形量進行有效控制。

3.3 作用距離方面

通過監測圍巖狀態，可獲得相關數據，可知隧道工程的空間效應情況。針對武陽隧道，與洞涇相比，其空間效應距離約為1.5～2.0倍間。針對莽山隧道，對比洞涇，其空間效應距離約為2.0～2.5 倍。由此可知，空間效應對實際作用距離有較大影響，與圍巖碎裂程度間存在密切聯系，表現為正比例關系。

4 阻尼變形段變形特征

對于變形速度來看，阻尼變形段的特征明顯，變形速度逐步減少，以單調遞減型為主要表現。在空間效應段結束后，再進入阻尼變形段，這一階段主要在變形速度接近穩定時結束，可將其作為空間效應段向時間效應段的過渡階段。通過密切監測分析，可獲得可靠數據，針對武陽隧道，阻尼變形段該隧道日最大變形速度達到0.112 mm，莽山隧道的阻尼變形段日最大變形速度為0.312 mm。

針對武陽隧道，通過數據監測獲得相關數據信息，阻尼變形段的平均變形量為0.84 mm，低于莽山隧道的1.34 mm變形量。

針對流變段的圍巖變形情況，在相對穩定的圍巖應力重分布區中，圍巖變形速度逐漸接近于0，變形逐漸穩定。此后的變形與時間因素密切相關，對圍巖變形特征曲線進行具體分析，可把握高速公路隧道圍巖變形的多樣化因素，以便了解隧道穩定狀態，滿足穩定相應的判斷標準，掌握最佳的二次襯砌時間。

為了準確把握圍巖穩定性，需要確定合理的判斷標準。對圍巖變形特征曲線進行具體分析?？芍谧冃嗡俣冗f減階段下，若存在加速情況或阻尼階段存在勻速變形，均可明確圍巖存在失穩的概率。隨著圍巖變形速度的降低，接近某個特定數值或降至0時，可確定圍巖具有相對穩定的狀態。以現場監控數據為參考，對隧道圍巖變形特征曲線進行繪制與分析，并對圍巖的穩定情況進行判斷，保障后續施工可有序開展。

在二次襯砌的選擇方面，需要選擇一個最佳的時機。在阻尼變形結束后，初期支護應力基本完成，可降低二次襯砌受力，避免空間效應與阻尼變形壓力、流動變形壓力對二次襯砌的影響。當前條件下，可充分發揮初期支護作用，探究圍巖變形壓力與支護抗力可知，兩者為動態平衡關系。若二次襯砌的時效性不足，會導致約束應力缺失，無法對圍巖流動產生抵抗，初期支護的開裂概率較大。在高速公路隧道工程建設中，圍巖變形需保持穩定狀態，每日變形速度不可超過0.1 mm。在總變形量中，圍巖變形量達到80%～90%之間時，二次襯砌具備優良條件，基于圍巖變形特征曲線，選擇最佳二次襯砌時間。若隧道存在較大偏壓，需協調二次襯砌與開挖施工工序，降低圍巖坍塌概率，應結合實際情況，對二次襯砌時機進行選擇。

5 圍巖變形治理措施

高速公路隧道工程具有復雜的地質條件，存在較大圍巖變形量，變形收斂需要時間較長，實際開挖過程中塌方頻率較高，在初期支護施工和二次襯砌施工中，采取了加固措施、換拱方式，可達到良好的處理效果。在工程建設中，須重視圍巖變形問題，實施密切監測，確保選擇措施的有效性，防范圍巖出現過大變形，提升隧道的安全性與經濟性，保障高速公路隧道工程施工可有序進行。

隧道圍巖極易受施工的影響，出現變形問題，隧道上行線與下行線的施工單位不同，在施工技術與方法上存在差異，隧道圍巖變形也有所不同。施工前期施工單位僅追求施工進度，快速推進上層掌子面掘進，下層開挖未及時跟進，導致上下層實際開挖進度差超出50 m。在軟弱破碎巖層條件下，若在開挖過程中應用此種方法，將導致上部初期支護結構長期懸空，易受爆破的影響，造成出現圍巖變形等問題。在仰拱支護不及時的情況下，未及時封閉支護結構，便開展二次襯砌，導致結構出現變形問題。

針對此種情況，需要及時調整施工方法，堅持短進尺、弱爆破、墻支護的原則，控制一次進尺，將錨桿加密，并增加錨桿長度。仰拱須及時支護，在收斂后跟進二次襯砌，采取圍巖加固措施，如深孔壓漿等，以免襯砌結構變形開裂，通過錨桿、圍巖及初期支護結構打造承載系統，對圍巖變形位移進行控制。

6 結語

高速公路隧道工程建設中，變形速率、時間、位移等因素均與圍巖變形特性密切相關，在曲線分析過程中，需要以監測數據為依據，對不同階段下的變形問題進行分析，明確變形具體原因，保證控制措施的針對性、適用性。在高速公路隧道工程中，明確圍巖變形特性，采取有效的控制措施，為工程建設提供安全可靠條件，優化道路交通網絡運行使用環境。