公路隧道围岩变形破裂类型与等级的判定

第２ｌ卷　第２期　重庆交通学院学报　２００２年６月　Ｖｄ　２１　Ｎｏ　２　Ｊ（Ｘ￣ＲＮＡＩ　ＯＦａ｛［　ＮＧ　ＪＩＡＯＴＣ￣，ｒ，ＧＩ】Ｎ丁ｖⅡ　ＳＨＹ　Ｊｕｎｅ　２００２　公路隧道围岩变形破裂类型与等级的判定　徐林生　，　李永林　，　程崇国　（１重庆交通学院桥梁及结构工程系，重庆４０００７４；２．四川省　交通厅，四川成都６１１）Ｄ４１；３．重庆交通科研设计硫，重庆４０００６７）　摘要：详细阐述了公路隧遭施工过程中，主要围岩变形破裂（诸如塌方　大变形、岩溶型涌水涌泥砂、岩爆等）类型、等　级的翔定方法和依据．边对信息化施工和及时采取相应针对性工程防治措旋等均具有重要的理论与实践指导意义　关键词：公路隧道；围岩变形破裂类型与等级；判定方法与依据；防治措旌　中囝分类号：ｕ４５２．１　２；ｕ４５９．２　文献标识码：Ａ　文章编号：ｌＯＯ１．７１６ｘ（２ｏｏ２）ｏ２．ｏｏ１６．ｏ５　近年来，我国国民经济的快速发展极大地促进　ｒ交通基础设施的兴建，尤其是高等级公路和高速　１围岩塌方　公路的修建，在全国范国内正方兴未艾；目前西部　前人将公路隧道施工过程中的围岩塌方按其塌　大开发的实施．更极大地促进厂这　筑路热潮的延　方后保留的基本形态分为局部塌方、拱形塌方和异　．　续据报道．截ＩＩ－．１９９９年１０月　仅我崮高速公路　形塌方等３种类型…（图１）．据关宝树教授等研　通车的总里程就已突破１０　０００ｋｍ，居世界第４位；　究，局部塌方多数发育在拱部，有时也出现在侧　预计２００５年将达到２０　０００ｋｒａ，将跃居世界第２位．　壁，主要发生在块状、大块状岩体中；拱１ｒ塌方一　我国是一个多山的国家，７５％左右的国土是山地或　般发生在层状岩体或碎块状岩体中；异形塌方则是　重丘．故近年来山区公路隧道也就不断出现，并有　由于特殊的地质条件（如溶洞、陷穴等等）及浅埋等　向“长、大、深、群”发展的趋势．据不完全资料　地形条件所造成的．　统计，我国已建成公路隧遭４００多座，总里程已超　过ｌＯｋｒａ；这些公路隧道在降低交通事故发生率、　缩短行车距离、提高车速、保护环境等诸方面发挥　０　ｒ积极作用，取得了良好的社会经济效益．但是，　这些公路隧道的建设过程中，却相继遇到了不少复　杂的工程地质难题，诸如软弱围岩（包括断层破碎　带等）塌坍、高地应力与岩爆、大变形、岩溶与涌　水涌泥砂等等；由此而产生的不明或不良工程地质　（ａ】局鄂塌方【ｂ）拱形塌方（ｃ）异形塌方　条件下山区公路隧道复杂工况施工过程中的围岩稳　图１围岩塌方形态分类示意图　定性问题亦日益突出，致使施工过程中的卣目性和　按破坏形式和作用机理，我们则将公路隧道施　主观性均较大，故稍有不慎或处理不当，将使工程　工过程中的围岩塌方进一步划分为以下５种主要类　质量受到严重影响或破坏，并使工程造价大幅度增　型，这样就便于采取相应针对性的工程防治措施：　加，１９９９年９月６日凌晨２时３ｏ分左右京珠高速　１．重力坍塌型：其破坏机理是洞内ｊ临空围岩　公路粤境靠椅山隧道工程施工过程中发生的重大塌　在自重应力作用下沿软弱结构面掉落或倒塌所致，　方事故就是典型实例之一笔者以下以信息化施工　表现为掉块或小塌方，规模不大，一般的喷锚支护　为指导思想，较为详细地阐述了公路隧道主要围岩　即可加以防治．　变形破裂类型与等级的判定方法和依据　２．碎裂松动型：它是断层破碎带和碎裂结构　收稿日期：２００１．０９４）３；恬订日期：２００１．１０．０８　基金项目：国家自然科学基金项目（５９９７８０３４）、重庆交通学院引进人才基金项目联合资助　作者简介：像林生（１９６４一）．男，浙江嘉兴人，博士后。教授，从事岩土力学与隧道工程教学与科研工作　维普资讯 http://www.cqvip.com

第２期　徐林生．等：公路隧道囤岩壹开；破裂类型与等级的判定　１７　岩体变形破坏的主要形式．隧道开挖后，如果围岩　应力超过＿ｒ围岩的屈服强度，这类围岩就会到为沿　多组已有断裂结掏面发生剪切错动而首先发生松　驰，并且围绕洞体形成一定范围的碎裂松动带或松　动回；这类松动带（圈）本身是不稳定的，特别是当　育地下水的增动参与时．极易导致顶拱的坍塌和边　墙的失稳　由于松动带（圈）的厚度会随时间的推移　力的应力场中．这类破坏多发生在顶拱压应力集中　程度较高，且有斜向断裂发育的部位，多　三角形　岩块形式产生滑移拉裂而冒落；在垂直应力大于水　平应力的应力场中，这类破坏则多发生在边墙上压　应力集中程度较高，且有陡倾角断裂发育的部位，　当断裂面　的剪应力超过其抗剪强度时，围岩即沿　断裂面发生剪切滑移．进而造成边墙失稳　而逐步增大；当破坏所造成的崩落向上发展时．顶　板的压应力就迅速随冒落高度增高而增大，在　这种场合下，如不及时采取防治措施，顶拱的崩落　作用必将累进Ｉ生地加速发展，进而造成严重的塌方　事故　２大变形　按照破坏形式和形成作用机理，公路隧道围岩　发生的大变形可以分为　下两大主要类型：　１．膨胀型大变形：即由蒙脱石、高岭土、伊　利石、绿泥石等粘土矿物和含硬石膏、芒硝等盐类　矿物所组成的膨盱长性围岩吸水后产生的膨胀作用所　产生的大变形　由于岩石水解作用缓慢进行的原　到，这类大变形往往需要相当长的时间才能达到稳　定　３　张裂塌落型：它通常发生于厚层状或块体　状岩体内的洞室顶拱当那里产生拉应力集中，且　其值超过　岩的抗拉强度时．顶拱围岩就会发生张　裂破坏，并造成顶拱塌落，危及施工．　４．弯折内鼓型：这类变形破坏是层状、特别　是薄层状围岩变形破坏的主要形式．从力学机制来　看，它是隧道洞室开挖后板裂结构岩体产生溃屈破　坏而产生的塌方　２．挤压型大变形：即由高地应力条件下的软　弱围岩产生挤压作用所形成的塑（流）性大变形　其收敛时间短者需数十天，长者教百天，一般变形　量可达数１　厘米以上（表１）　５．剪切滑移型：这种破坏形式多发生于厚层　状或块体状结构的岩体内　存水平应力大于垂直应　表ｌ国外３座挤压型围岩公路隧道大变形特征　注：应力比为最大主应力　与岩石单轴抗压强度Ｒｂ之比值　大变形是相对正常围岩变形而言的，目前国内　外对围岩大变形尚无统一定义．表２所示为交通部　维普资讯 http://www.cqvip.com

重庆交通学院学报　第２１卷　《公路隧遭设计规范）（兀丁０２６—９０）中对复台式衬　表３所示蹬公路隧道围岩大变形三级划分方案，以　砌公路隧道开挖轮廓的预留变形量　由表２可知，　便施工过程中及时判别和采取相应区别防治对策时　！Ｊ　常的位移预留量对于公路隧道而言，　一般不大于　作参考　１７ｃｍ由于变形量一般应小于预留量。而且支护位　裘２公路隧道开挖轮廓预留变形■Ｕ玎昭６一蛆　移量的确定比较复杂，它与围岩类别、施工方法、　开挖分部、断面形态等诸多固素有关．现采用铁道　部第　勘测设计院喻渝等人提出的方法口．粗略取　ｊ－违值ｌ７ｃｍ的０．９倍（目９　１５ｅｒａ）作为初期芟护后【』：　常情况下变形值的最大极限值，即：公路隧道施工　时，如果正常初期支护情况下发生丁大于１　５ｃｍ的　围岩位移链，则可以认为发生了大变形现象在此　注：单位：㈨　基础　，参考交通部第一公路勘测设计院１９９６年　曾提出的大变形划分草案ｒ　３ｊ，笔者又进一步提出如　裘３公路隧道围岩大变形分级方案　３岩溶型涌水、涌泥砂　要以拱顶或边墙渗水为主；在深部缓流带，隧道涌　水属岩溶裂隙水，但因涌水量具有较大静水压力．　我国碳酸盐岩岩溶区分布极为广泛．髓盖及出　涌水在隧道周边均可分布；在混流带，因岩溶发　露的面积约占我国领土面积的１／５　此，研究岩　育，涌水多为揭穿含水岩溶管道或岩溶管道水突破　溶地区公路隧道涌水涌泥砂及其伴生灾害，对于岩　隔水层型涌水；张性断裂带及压性断裂带中的张性　溶地医公路隧道的勘察设计和施工具有重要的指导　和张扭性裂隙发育盘十分有利于深部岩溶的发育，　意义　隧道施工对其的揭穿极易发生严重的岩溶涌水灾害　３．１岩溶型涌水　故，故应特别做好超前预报和工程防治措施．　岩溶地区公路隧道中的涌（突）水和渗赫水，均　３，２岩溶型涌泥砂　来源于碳酸盐岩中与地表水相联系的岩溶管道水和　岩溶地区公路隧道涌泥砂是充填在岩溶通道中　裂隙型地下水，水流属管流和散流的联合．岩溶型　的饱和泥砂和岩溶涌水中携带的大量泥砂，在岩溶　涌水由于大小溶隙、溶遭充填物冲蚀而逐渐贯通，　被隧道施工揭穿或阻隔层被突破后，它们随岩溶水　常呈现涌水量由大到小再由小到大的阵发性反复变　在重力和水力坡降水流携带作用下向隧道涌人而形　化现象，涌水很难达到动态平衡状态。时间　则多　成的，可造成洞内淤塞、暖岩支护体系和施工设施　具有突发特性　的破坏等事故　岩溶型涌泥砂在时间特征上和涌水　公路隧道施工期的岩溶涌水型式主要有揭穿型　一样，具有突发和阵发特性，在空间分布上主要与　翱突破型两太娄　无论何种型式，均对公路隧道施　隧道中涌水岩溶管道、充填饱和以及泥砂物质的封　工可构成严重的水害威胁据综合研究资料分析。　闭岩溶洞穴相关连．　蛩潞罐遭所处岩溶地下水动力剖面分带位置多决定　按物质来源进行分类，我们则将岩溶型涌泥砂　了岩溶型涌水在空间上的分布特征：垂直渗流带中　划分为以下３种主要基本类型：　的隧道涌水，施工阶段特别是雨季施工揭穿垂直岩　Ａ型：涌泥砂物质来源于岩溶管道或洞穴中的　溶致使沿垂直岩溶下渗雨水向隧道倾泄，旱季则主　沉（堆）积泥砂：　维普资讯 http://www.cqvip.com

茅２期　徐林生，等：舟路隧道固岩变开ｊ破裂萋型与等衄的判定　地下工程难题之一　根据我们的工程实践¨Ｊ．可以撮据岩爆发生时　Ｂ型：涌泥砂物质来源于岩溶水运移过程中对　岩溶管漏壁岩层冲蚀所携带的泥砂；　ｃ型：涌泥砂物质来源于大气降雨冲刷地表所　携带并通过地衷岩溶进入地下岩溶体系的泥砂　上述Ａ、Ｂ、Ｃ　３种主要基本类型也可　多种　组台方式出现．　的声响特征、运动特征、岩块形态特征、断口特征、　发生部位、时效特征、岩爆影响深度、岩爆对工程　的危害性和嗣壁围岩切向应力与岩石单轴抗压强度　的　／岛等判定标志，将岩爆裂度划分为轻微、中　等、强烈、剧烈四级，　便采取相应针对牲的工程　防治措施．具体差别特征详见表４这一划分方案　４岩爆　岩爆是高地应力区公路隧道等地下工程开挖过　程中，园开挖卸荷引起洞室周边围岩产生应力分异　突出　岩爆现场容易判别的定性标志，同时配以了　一定的定量标志．这样就显然有利于施工、监理、　作用，储存于阿岩体中的大量弹性应变能突然释放　且产生爆裂松脱、剥落（离）、弹射甚至抛掷现象　的一种动力失稳施工地质灾害　它直接威胁施工人　员、设备的安垒，影响工程进度，已成为世界性的　设计和科研凡员等在现场及时取得必要的共识和防　治对策…这一划分方案已在川藏公路二郎山深埋　特长隧道岩爆地段施工实践中得到了应用和检验　表４公路隧道岩爆烈度分级力秦　司　注：ｈ～破坏波及的耀度；Ｄ～洞经或跨度　５结　语　在研究过程中．先后得到了孙钧院士、王兰生　教授以及蒋树屏研究员、李希元高级工程师等人的　指教和帮助，在此一并表示谢意！　参考文献：　［ｉ］　关宝树．隧道力学概论［Ｍ］．成都：西南交通大学　出版社．１９９３　本项研究得到了川藏公路二郎山隧道和京珠高　速公路粤境北段隧道群等隧道工程建设主管部门、　蘸工、设计和监理单位的积极支持和紧密配台．随　工单位主动将其研究成果列为重点嗣段信息化施工　攻关的重要内容之‘．并取了良好的实际应用效　果　该研究成果也可供今后相关隧道工程建设施工　实践作参考，并在更多的工程实践中进一步补充完　善之　［２］　喻垧挤匝性嗣岩支护大变形的机理及揭定方法　川藏公路二郎山隧道　［Ｊ］世界隧道．Ｌ９９８，（１）：８ｌ一８３　［３ｊ　交通部第一公路勘察设计院两阶段施工图设计报告［Ｒ］西安．Ｌ９９６　维普资讯 http://www.cqvip.com

２０　重庆交通学院学报　第２１卷　［４］　馀林生，王兰生二郎山公路隧道岩爆发生规律与　学学报　（自然科学版）．２Ｊ３０１．２４（２】：１０２—１８４　岩爆预测研究［Ｊ］岩土工程学报．１９９９．２１（５）：　［６］　馀林生　藏公路二郎山隧道高地应力与岩爆问题　６７—６９　研究［Ｄ］　成都理工大学．１９９９．　［５］　绦林生．王兰生岩爆形成机理研究［Ｊ］重庆大　Ｊｕｄｇｉｎｇ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ－ｃｒａｃｋｉｎｇ　ｔｙｐｅ　ａｎｄ　ｇｒａｄｅ　ａｂｏｕｔ　ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｒｏｃｋ　ｏｆ　ｈｉｇｈｗａｙ　ｔｕｎｎｅｌ　ＸＵ　Ｌｉｎ－ｓｈｅｎｇ　，　Ｉ　Ｉ　Ｙｏｎｇ－［ｉｎｇ２，　ＣＨＧＮＧ　Ｃ￣ｍｇ－ｇｕｏ３　（１　Ｄｅｐａｒｔｍｅ￣ｏｆ　Ｂｎｄｇｅ　ａｎｄ　Ｓｍ１ｃｎ　Ｅｎｇｍ唧ｊ珥．０删讪ｇ　Ｊ￣ａｏｔｍｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ．（　嘲ｍ　４０００７４．Ｃｈｉｎａ　２．Ｓｉｃｈｕａｎ　Ｐｌ１￣：ｎｃｅ　ＧｍⅡｒＩＬ　ｃａｔ　Ｄｅｐａｒａｎｅｒａ．Ｃｈｅｎｇｄｕ　６１００４１．（　ｎａ；　３．Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ　０ＩＴｍＬ　ｃｍ　ｌ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ａｎｄ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ．０　ｒＩｇ　４０００６７．Ｃ１６ｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔａｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｅｌａｂｏｒａｔｅｓ　ｔｈｅ　ｊｕｄａｉｇｎ　Ｆｔｌｅｔｈｏｄｓ　ａｎｄ　ｂａｓｅｓ　ａｂｏｕｔ　ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｒｏｃｋ　ｄｅｆｏｍ￣ｔｉｏｎ—ｃｒｏｃｋｉｎｇ　ｔｙｐｅ　ａｎｄ　ｇｒａｄｅ（ｉ．ｅ　ｃｏｌｌａｐｓｅ　ｌａｒｇｅ　ｄｅｆｏｍ￣ｔｉｏｎ，ｇｕｓｈｉｎｇ　ｗａｔｅｒ—ｍｕｄ一　ｄ　ｗｈｉｃｈ　ｈａｖｅ￣３ｍｅｔｈｉｇｎ　ｗＬｒｈ　ｔｈｅ　ｃａｒｂｏｎａｆｉｔｅ　ｐｒｅｄｉｓｓｏｌｕ—　ｔｌｏｎ　ａｃｔｉｏｎｓ．ｒｏｅｋｂｕｒｍ　ｅｔｃ．）ｉｎ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｈｉｇｈｌｙ　ｔｕｎｎｅｌ＂／ｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ａｈｖｅ　ｉｔｒ￣ｎａｎｔ　ｔｈｅｏｒｅｔｉ．　ｃａｌ　ａｎｄ　ｐｍｃｔｌｃａ［ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ　ｔＯ　ｔｈｅ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎａｌ　ｃｏｎｓｔｌｎｃｔｉｏｆ￣ａｎｄ　ａｄｏｐｔｉｇｎ　ａｄｖｉｓａｂｌｅ　ｅｌｉｔｅ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｇｎ　ｍｅａｓｕ￣ｓ　ｉｎ　ｔｉｒｒ￣　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈｗａｙ　ｍｎｎｅ［：ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｇｎ　ｒｏｃｋ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｃｒａｃｋｉｇｎ　ｔｙｐｅ　ａｎｄ　ｇｒａｄｅ；ｊｕｄｇｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ　ａｎｄ　ｂａｓｉｓ；Ｃ　ｔＣｌＤ￣　ｍｅａＳＵｒｅ　责任编辑：袁本奎　（上接１５页）　特别要重视后张法预应力梁管道成孔工艺、预应力　主要构造（主纵珩梁、行走系统、底篮和后锚系统）及　孔道压浆和压浆设备的检查与控制：主桥采用挂蓝　使用过程中安全性的检查．　悬臂浇筑施工，事先要对悬浇梁体分段的合理性进　行检查，然后按照悬浇程序逐一监控０　块的施　参考文献：　工中，要特别注意施工托架、支座（支座垫石和临　［１］　变通部第一蛩路工程总公司桥涵［Ｍ］北京：凡　时支座）、０　块模板和支架等关键工艺和工序的检　民交通出版社．２０００　查对悬浇段要特别注意挂蓝种类的选择、挂蓝的　［２］　刘吉士，李宁军桥粱与隧道施工监理指南［Ｍ］　北京　凡民交通出版社．２００ｏ　Ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ＆ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｂｉｊｉａｎｇ　ｌｏｎｇ－ｓｐａｎ　ｂｒｉｄｇｅ　Ｉ＿ＬＤ　Ｔａ０　‘Ｂｅｉｊｉｎｇ　ＨＬＩａｈ０ｎｇ　Ｉ　ａｄ＆Ｂｒｉｄｇｅ　Ｃｏｎｓｕｋａｎｒ　Ｓａｒｐｅｒｖｉｓｅ　Ｃｏ　．Ｂｅｔｉｉｎｇ　１０００２４，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔａｋｉｇｎ　ｔｈｉｓ　ｂ　ｄｇｅ　ａｓ　ａｎ　ｉｍ￣ｎｃｅ，ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｒｔｍｉｎ　ｐｏｉｎｔｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｃｘｍｓａ－ｕｃｄｏｎ　ｏｆ　ｌｏｎｇ－ｓｐａｎ　ｐｒｅｓ　ｄ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｓ　ｂ　ｇｉｒｄｅｒ　ｂｒｉ趣ｅｓⅣ　＿删ｅｒ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｃ　ｕｔｉｏｎｓ　ａｎｄ　１５ｘｅａｓｕｒ￣－－ｏｅｎｔｓ　ｏｆ　ｓｏｍｅ　ｃｏｍｍｏｎ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｄｕｒｉｎｇ　ｃｏｎｓｔｒｕｅｔｉｃａ　Ｋｅｙ　ＷＯｌｄＳ：ｐｒｅｓｔｒ￣ｓｅｄ；ｃｃ￣ｔｉｎｕｏｓ　ｂｏｘ　ｇｉｒｄｅｒ；ｄｅｓｉｇｎ；ａ＇ｍｓｔｒｕｃｔｉｏｆｌ　责任编辑：袁本奎