不良地质对围岩稳定性的影响

徐庆功，高树伟

（辽宁省水利水电勘测设计研究院，沈阳 110006）

不良地质对围岩稳定性的影响

徐庆功，高树伟

（辽宁省水利水电勘测设计研究院，沈阳 110006）

影响洞室围岩稳定性的不良地质因素，主要包括构造发育松散破碎带、富水地层、高地应力地层、膨胀岩等，盲目施工导致塌方、涌水事故频发。通常根据已开挖段揭露地质条件、前期已有勘察成果，合理选择开挖支护方式，优化支护参数减少施工造价，减小对围岩扰动、适应围岩应力应变特征，确保围岩安全稳定。

不良地质；隧洞；围岩稳定性

1 不良地质影响隧洞开挖围岩变形特点

影响隧洞开挖不良地质因素包括：局部构造发育松散破碎带、富水带、高地应力地层、膨胀岩等。岩体通常被视为是各向异性弹塑性介质，随洞室开挖发生不可逆物理力学变化。当岩体发生弹性变形时，弹性应变能储存在岩体内；而当发生塑性变形时，弹性应变能将全部耗散，且变形不可恢复。塑性变形越大，对围岩扰动破坏越大，稳定性越差。因此，施工中应尽量减小围岩塑性变形。

1.1 破碎带洞室开挖

洞室开挖施工前，地下岩土体处于弹性应力平衡状态。随洞室开挖，当围岩所受应力超过表层承受范围，裂隙变形位移逐步向洞室以外扩散，大致可分松弛带、应力升高带、不受开挖影响原岩应力带。对于软弱松散破碎岩体，松弛带较大，时效性明显。随时间推移，若支护方式与围岩变形特征不相适应、裸露时间过长，松弛带范围进一步加大，应力升高带将向更深部转移。

当开挖停止时，掌子面附近岩体变形减小，即掌子面起虚拟支撑作用，该作用发生在掌子面约2倍洞径范围，当继续向前开挖时岩体特有的流变性逐渐显现，对于破碎带，随开挖进行虚拟支撑逐渐消失，引起围岩荷载释放，围岩逐步进入黏塑性屈服阶段，变形速率进一步增大，支护不及时极易引发局部或整体掉块塌方事故。

软弱松散破碎带地下洞室开挖，采用短进尺、弱爆破、边开挖及时封闭等方式，防止出现塌方事故。开挖过程中结合围岩收敛变形监测合理安排支护时间。输水隧洞多为小断面、全断面开挖方式，应尽早封闭底拱，以减小围岩变形。

1.2 富水带地下洞室开挖

活动地下水对洞室开挖主要有：动水压力、静水压力、可溶岩的溶解、软弱结构面泥化与软化等作用。当地下水在围岩中渗透时，导致岩石强度降低、黏聚力减小等引起塑性流变、膨胀等。洞室开挖使渗压梯度增大，产生指向洞内的渗透压力。渗透压力因节理产状及位置而不对称分布，在不对称渗压作用下，洞周分离块体极易塌落，若地下水沿断层破碎带渗流，则可能产生机械潜蚀现象。

岩体的含水状态影响围岩稳定性，当饱和度80%的岩体在浸水后，塑性区深度约为原来的2倍，抗剪强度也急速下降。因此在富水地层地下水严重活跃地下洞室开挖，应注意避免围岩直接被水浸泡，遇涌水采用排、截、堵、引等措施，加强锚杆网片支护，避免围岩过度松弛变形。

2 影响洞室围岩稳定性因素

影响洞室围岩稳定性因素主要有：天然地质环境因素，如地层岩性、地质构造、地下水、地应力等；工程因素，如洞室位置、方向、尺寸、形状、开挖方式、支护方式、支护时间等。

对于坚硬围岩，主要结构面产状、分布特征、变形特征等是影响稳定性的主要因素；对较软弱围岩，则岩体变形特征、强度特性和流变性等是主要影响因素。当洞室穿越区域性断层破碎带、节理密集带或富水岩层时，围岩稳定性较差，应加以区别对待。岩体的力学特征、强度差异，通常对围岩稳定性起决定作用。

地下水是影响洞室围岩稳定的重要因素，在洞室开挖后地下水形成新的排泄通道，渗透压力使围岩向洞内运动，静水压力降低了岩体裂隙及母岩有效应力、岩石强度、变形模量、摩擦系数等而易产生塑性流变，对围岩起侵蚀泥化作用。

地应力是影响洞室围岩稳定的因素，高地应力地下洞室开挖，经常发生岩爆现象。地应力指天然状态下岩土体所受的应力，主要包括上覆岩层的重力、侧向压力及构造应力等，在开挖过程中，岩石处于不断被加载、卸载状态，最终导致围岩变形破坏。地应力引起围岩失稳破坏主要在于开挖施工造成的重分布应力超过岩石强度，产生较大变形。重分布应力所能达到的危险程度与地应力方向、量值、性质等有关。

3 洞室开挖围岩稳定性分析

洞室开挖围岩稳定性是由多种因素共同决定的，规模和埋深一般的隧洞，所受应力较低影响范围较小，大多失稳破坏主要发生在位移显著增大、较明显部位。可通过一般地质评价解决；对于长距离大埋深隧洞，所受应力显著增加，须进行岩石力学实验和工程地质定性与定量分析。

在对洞室稳定性定性分析时，应注意以下几点：①对于洞室边墙，应注意走向与洞室平行或锐角小角度相交陡倾角贯通结构面，包括较大断层破碎带、软弱夹层，与侧向陡倾角、上部缓切割节理组成向洞内滑动的不稳定块体；②对于洞室拱顶，应注意缓倾角结构面或陡倾角与之相互切割组合形成不利组合，引起拱顶失稳掉块塌方事故；③大型地下隧洞工程地质勘察，除沿洞轴线地表地质测绘、合理推测判断及必要的钻探工作外，在洞室纵、横方向和底板、拱肩等不同高度布置探硐也是有必要的，以查明洞室周围空间地质条件。

4 结语

（1）根据已开挖段揭露地质条件，合理选择开挖支护方式，优化支护参数减少施工造价，减小对围岩扰动、适应围岩应力应变特征，确保围岩安全稳定。

（2）对于软弱松散破碎带地下洞室开挖围岩虚拟支撑逐渐消失，荷载逐渐释放，围岩进入黏塑性屈服阶段，此时围岩稳定性较差，应及时支护。

（3）在富水地层地下水活跃严重段，岩石强度、黏聚力等减小易于引起塑性流变，导致涌水、涌砂，应避免围岩直接被水浸泡，加强支护、避免围岩过度松弛。

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（责任编辑：尹健婷）

Study on the influence of tunnel construction on the stability of surrounding rock under bad geological condition

XU Qing-gong，GAO Shu-wei
（Investigation and Design Institute ofWater Resources and Hydropower Liaoning Province，Shenyang 110006，China）

There are many unfavorable geological factors affecting the stability of surrounding rock of the cavern，mainly including structural development，loose fracture zone，water rich stratum，high stress stratum，swelling rock and so on. Blind construction leads to frequent occurrence of collapse and water gushing.Usually according to the geological conditions，excavation has revealed the previous survey results，the reasonable selection of excavation method，optimize the support parameters and reduce the construction cost，reduce the disturbance of surrounding rock and adapt to the surrounding rock stress strain characteristics，to ensure the safety and stability of surrounding rock.

bad geology；tunnel；stability of surrounding rock

U455；TU457

：B

：1672-9900（2017）04-0019-02

2017-06-13

徐庆功（1989-），男（汉族），湖北黄冈人，助理工程师，主要从事水利水电工程施工地质工作，（Tel）15040227589。