摘要：本文以山西省平榆高速公路獅子凹隧道工程為依托，對水平薄層隧道圍巖變形破壞特征進行了研究。結(jié)合工程實踐及現(xiàn)場監(jiān)控量測數(shù)據(jù)，總結(jié)出水平薄層隧道圍巖的變形破壞特征。

　　關(guān)鍵詞：水平薄層圍巖;變形破壞特征;監(jiān)控量測

　　Abstract: In this paper, take Pingyu Highway lion concave tunnel project to relying in Shanxi Province, study the level of thin-layer tunnel surrounding rock deformation and failure characteristics. Engineering practice and on-site monitoring of the measured data summed up the level of the thin layer of tunnel surrounding rock deformation and failure characteristics.

　　Key words: horizontal thin layer surrounding rock; deformation and failure characteristics; monitoring measurement

　　中圖分類號：U452.1+2 文獻標識碼：A 文章編號：

　　水平巖層(horizontal stratum)是指產(chǎn)狀呈水平或近水平的巖層，即同一層面上的各個點大致具有相同的海拔高度，地質(zhì)圖上的地質(zhì)界線大致平行于地形等高線。層狀巖層在自然界中分布較廣，在工程活動中會遇到大量由水平巖層所帶來的諸多工程問題，尤其是隧道工程。水平薄層是層厚小于30cm的巖層，其穩(wěn)定性較差，對隧道的開挖支護極為不利，因此對于水平薄層圍巖的變形破壞特征進行探索研究，有著重大的理論意義與實際應(yīng)用價值。

　　1工程概況

　　獅子凹隧道為一座上、下行分離的四車道高速公路特長隧道，隧道起點平遙段洞口位于山西省祁縣境內(nèi)，終點榆社段洞口位于榆社縣境內(nèi)。隧道左線起訖樁號為SZK44+376～SZK48+758，全長4382m，右線起訖樁號為K44+254～K48+765，全長4511m。

　　獅子凹隧道圍巖巖性主要以砂巖、砂質(zhì)泥巖和泥質(zhì)砂巖為主，以砂巖與泥巖互層為其基本特征，這些都屬于彈塑性軟質(zhì)巖，巖體中含有大量的粘土礦物。獅子凹隧道所處地區(qū)巖層傾角較緩，層間結(jié)合差，陡傾節(jié)理發(fā)育，泥巖強度低且遇水后易軟化，易于風(fēng)化剝落，薄層圍巖所占比例較大，圍巖穩(wěn)定性較差。

　　2薄層狀巖體結(jié)構(gòu)

　　巖體是在地質(zhì)歷史過程中形成的，由巖塊和結(jié)構(gòu)面組成、具有一定的結(jié)構(gòu)并賦予一定的天然應(yīng)力狀態(tài)和地下水等地質(zhì)環(huán)境中的地質(zhì)體，結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體是它的兩種結(jié)構(gòu)單元。結(jié)構(gòu)面是指存在于巖體內(nèi)的各種不同特征、不同成因的地質(zhì)界面，隧道圍巖中存在著大量的層理、節(jié)理、裂隙等各種結(jié)構(gòu)面。結(jié)構(gòu)體是經(jīng)過結(jié)構(gòu)面切割以后形成的巖石塊體。不同的結(jié)構(gòu)面與結(jié)構(gòu)體之間以不同方式排列組合便形成了不同的巖體結(jié)構(gòu)類型。

　　因為組成巖體的巖性、其所受的構(gòu)造變形及次生變化是不均一的，所以巖體結(jié)構(gòu)是復(fù)雜的，為了概括巖體結(jié)構(gòu)面與結(jié)構(gòu)體的形成原因、特征及其排列組合關(guān)系，在巖體結(jié)構(gòu)力學(xué)理論中將巖體結(jié)構(gòu)劃分為五大類，即整體結(jié)構(gòu)、塊狀結(jié)構(gòu)、層狀結(jié)構(gòu)、碎裂結(jié)構(gòu)、散體結(jié)構(gòu)，其中層狀結(jié)構(gòu)按軟弱面發(fā)育密度可分為層狀(軟弱面間距50～30cm)、薄層狀(間距小于30cm)。薄層狀結(jié)構(gòu)在構(gòu)造作用下表現(xiàn)為相對強烈褶曲和層間錯動，其層理、片理發(fā)育，原生軟弱夾層層間錯動和小斷層不時出現(xiàn)，結(jié)構(gòu)面多為泥膜、碎屑和泥質(zhì)物充填，一般結(jié)合力差，結(jié)構(gòu)體形態(tài)為板狀或薄板狀。

　　3水平薄層狀圍巖破壞形式

　　3.1層狀巖體圍巖破壞

　　層狀結(jié)構(gòu)巖體構(gòu)造較為簡單，它可以由單一巖性構(gòu)成，也可由不同巖性互層或夾層組合而成，常以軟硬互層的形式出現(xiàn)，層面常有層間錯動及泥化夾層等軟弱結(jié)構(gòu)面發(fā)育，且層面之間粘結(jié)力較弱。巖層產(chǎn)狀及巖層組合是水平層狀巖體變形破壞的主要控制因素。其破壞多為頂部彎曲下沉和產(chǎn)生離層，當下沉量較大時，分層出現(xiàn)折斷破壞，破壞形式主要有：沿層面張裂、折斷塌落、彎曲內(nèi)鼓等。在成層性好且軟弱夾層發(fā)育、產(chǎn)狀平緩的層狀巖體中開挖的隧道跨度較大時，拱頂圍巖穩(wěn)定問題比較突出，當遇有斷層且其走向與隧道中軸線夾角較小時，拱頂最易發(fā)生塌方。不同產(chǎn)狀圍巖的變形破壞形式如圖1。

　　對于層狀巖體，應(yīng)抓住層面特征、產(chǎn)狀、層厚等來分析其變形及破壞機制。在水平層狀圍巖中，可以認為產(chǎn)狀平緩的層狀巖體在洞頂處形成類似于組合梁結(jié)構(gòu)，洞頂兩端是固定的梁板，在頂板壓力作用下，梁板將產(chǎn)生下沉彎曲、開裂，形成懸臂式組合梁結(jié)構(gòu)，其安全度就大為降低。當巖層較薄時，如果不及時支護，任其發(fā)展，則會逐層折斷而塌落，最終形成如圖1a所示的狀況。

　　3.2薄層狀巖體圍巖破壞形式

　　獅子凹隧道K47+590～K47+708段地層為三疊系二馬營組泥巖，薄層構(gòu)造，紫紅色，中風(fēng)化，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，層理構(gòu)造，自穩(wěn)能力一般。此段巖層較薄，層厚大多小于10cm，層與層之間存在軟弱夾層。

　　選取K47+660斷面的監(jiān)測數(shù)據(jù)來研究水平薄層隧道圍巖的穩(wěn)定性，就拱頂下沉和周邊收斂進行量測分析，監(jiān)測曲線分別如圖2、3所示。圖4、5分別為近水平的厚層地層隧道圍巖的拱頂下沉和周邊收斂監(jiān)測曲線。

　　對比圖2、3與圖4、5發(fā)現(xiàn)K47+660斷面拱頂下沉量及周邊收斂值均較大，將近K48+480斷面的兩倍，說明水平薄層泥巖地層的變形比近水平的厚層砂巖地層的變形要大，圍巖較之不穩(wěn)定。從監(jiān)測結(jié)果中還可以看出拱頂處圍巖的變形比周邊圍巖變形要大。由于泥巖是由粘土脫水膠結(jié)而成，以粘土礦物為主，所以其強度較低，而且又因其層理較薄，層與層之間的結(jié)合性較差，隧道開挖后容易向臨空面擠出，所以拱頂處經(jīng)常出現(xiàn)大范圍的平板脫落現(xiàn)象。在節(jié)理裂隙發(fā)育地段，對于水平薄層泥巖一經(jīng)開挖即成破碎狀態(tài)，再加上地下水的影響，很容易出現(xiàn)滑塌現(xiàn)象。

　　4 結(jié)語

　　本文結(jié)合現(xiàn)場監(jiān)控量測數(shù)據(jù)，總結(jié)出水平薄層隧道圍巖的變形破壞特征：

　　(1)水平薄層隧道圍巖開挖后容易向臨空面擠出，拱頂處經(jīng)常出現(xiàn)大范圍的平板脫落現(xiàn)象;

　　(2)在節(jié)理裂隙發(fā)育地段，對于水平薄層圍巖一經(jīng)開挖即成破碎狀態(tài)，再加上地下水的影響，易出現(xiàn)滑塌現(xiàn)象;

　　(3)水平薄層隧道圍巖的變形比近水平的厚層砂巖地層的變形要大;

　　(4)水平薄層巖層拱頂圍巖受力較邊墻圍巖受力大，破壞多發(fā)生在拱頂處。

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