高速公路隧道的围岩变形特性

秦 杰

（湖南宇康工程建设有限责任公司，湖南郴州 423000）

对于高速公路隧道，复杂的地质环境的影响较大，围岩结构变形问题的出现，导致工程建设的质量与安全性降低。现代交通行业快速发展，高速公路隧道工程不断涌现，为确保隧道施工的稳定性与安全性，需要分析围岩变形特性，优化高速公路隧道工程实践，以更好地服务于现代化经济建设。

1 高速公路隧道围岩变形特性的现实意义

在高速公路隧道工程中，若支护的时机不适宜，会影响围岩结构稳定性，导致出现围岩变形问题。在施工前期开挖阶段，需要明确各项支护参数，难以选择最优的开挖支护方案，需要全面分析高速公路隧道工程项目，明确稳定性影响因素，充分发挥预期作用。在高速公路信息化时代下，可应用信息化监控技术，开展高速公路隧道围岩施工。运用视频设备全天候监控隧道内部情况，保证监控的形象性与直观性，以便了解隧道内部动态与情况，保证工程管理的科学化，提高隧道监控质量，保证隧道施工的安全性。在高速公路隧道工程中，建设人员需发挥科学技术的优势，充分利用科学技术成果，把握围岩变形特性，以便优化控制围岩稳定性，促进高速公路隧道工程建设的高效推进。

2 高速公路隧道的围岩变形特性曲线

2.1 变形曲线

对于高速公路隧道工程的整体情况，存在岩体结构、人为因素干扰等问题，会影响围岩变形过程，围岩变形存在多样化特征。介于位移与时间之间构建关系曲线，对此开展深入分析，可明确围岩变形问题。

（1）围岩变形上升表现为直线式，假设其速率为常数，系统单位按照固定常数向洞室进行迁移。

（2）在速率不断增加的情况下，围岩变形会逐步增加，通过速率体现变形值函数。

（3）在速率逐步增加或逐步减少的情况下，变形程度会出现变化，最终速率降至0时，变形趋势趋于稳定。

分析速率增加导致变形出现的问题，可知这一情况的出现，会导致围岩失稳，降低变形速率。针对高速公路隧道工程实际情况，围岩变形的存在主要表现为S形的曲线状态，受自身内部抑制，随着围岩变形的逐步发展，在达到饱和状态后，变形速率将降至0。

2.2 变形全过程曲线

立足高速公路隧道工程建设的实际情况出发，对变形曲线类型开展围岩变形曲线分析，主要采用全断面开挖方式。以综合分析法为支持，对位移-时间关系曲线进行合理划分，包括空间效应段、正空间效应段、阻尼变形段及流变段。高速公路隧道施工中，开挖岩体后，将消除原本的位移约束，系统运行缺乏平衡性，岩体结构将发生变化，存在向内移动的趋势，是空间效应段中出现变形问题的主要因素。由这一原因导致的位移问题，会对深层岩体产生影响，进而牵动深岩体位移。在实际研究过程中，需要明确开挖面与测点变化，据此把握变形速率的变化情况，进而对开挖面与围岩结构之间干扰情况进行具体分析，确保判断的准确性。

2.3 围岩变形基本特征

针对围岩变形，以变形速度、变形量和变形时空效应为基本特征，围岩变形的出现，受围岩岩性、初始地应力、施工方式与顺序、支护类型等因素的影响较大。在动工前期，测量点所处断面存在位移，实地测量中获得的围岩位移数据具有相对性，可明确围岩应力的分布情况，以便开展综合分析。

3 空间效应段围岩变形特征

3.1 围岩变形速度方面

基于高速公路隧道工程的实际情况出发，对相关监测数据开展具体分析，明确围岩变形规律，变形速度为递减型，呈现自慢到快递减。以武阳隧道和莽山隧道为例进行具体分析，前者隧道存在围岩变形，以3.62 mm为围岩最大变形速度，后者以6.41 mm为围岩变形最大速度，空间效应时间较长，大约为45 d，每日变形速度有所降低，约1.0 mm。通过专业仪器设备进行监测，获得监测数据，通过对比发现二者均具有较好的岩体质量，实际变形速度较小。

3.2 围岩变形量方面

在高速公路隧道工程中，围岩岩性与地质情况会影响围岩变形量。针对武阳隧道，以监测数据为指标进行分析，可知该隧道具有较好的围岩，最大变形量为6.13 mm。针对莽山隧道工程，其围岩较差，最大变形量达到10.24 mm，碎裂概率较大。通过支护措施的合理应用，可改善隧道口状态，以便对变形量进行有效控制。

3.3 作用距离方面

通过监测围岩状态，可获得相关数据，可知隧道工程的空间效应情况。针对武阳隧道，与洞泾相比，其空间效应距离约为1.5～2.0倍间。针对莽山隧道，对比洞泾，其空间效应距离约为2.0～2.5 倍。由此可知，空间效应对实际作用距离有较大影响，与围岩碎裂程度间存在密切联系，表现为正比例关系。

4 阻尼变形段变形特征

对于变形速度来看，阻尼变形段的特征明显，变形速度逐步减少，以单调递减型为主要表现。在空间效应段结束后，再进入阻尼变形段，这一阶段主要在变形速度接近稳定时结束，可将其作为空间效应段向时间效应段的过渡阶段。通过密切监测分析，可获得可靠数据，针对武阳隧道，阻尼变形段该隧道日最大变形速度达到0.112 mm，莽山隧道的阻尼变形段日最大变形速度为0.312 mm。

针对武阳隧道，通过数据监测获得相关数据信息，阻尼变形段的平均变形量为0.84 mm，低于莽山隧道的1.34 mm变形量。

针对流变段的围岩变形情况，在相对稳定的围岩应力重分布区中，围岩变形速度逐渐接近于0，变形逐渐稳定。此后的变形与时间因素密切相关，对围岩变形特征曲线进行具体分析，可把握高速公路隧道围岩变形的多样化因素，以便了解隧道稳定状态，满足稳定相应的判断标准，掌握最佳的二次衬砌时间。

为了准确把握围岩稳定性，需要确定合理的判断标准。对围岩变形特征曲线进行具体分析。可知在变形速度递减阶段下，若存在加速情况或阻尼阶段存在匀速变形，均可明确围岩存在失稳的概率。随着围岩变形速度的降低，接近某个特定数值或降至0时，可确定围岩具有相对稳定的状态。以现场监控数据为参考，对隧道围岩变形特征曲线进行绘制与分析，并对围岩的稳定情况进行判断，保障后续施工可有序开展。

在二次衬砌的选择方面，需要选择一个最佳的时机。在阻尼变形结束后，初期支护应力基本完成，可降低二次衬砌受力，避免空间效应与阻尼变形压力、流动变形压力对二次衬砌的影响。当前条件下，可充分发挥初期支护作用，探究围岩变形压力与支护抗力可知，两者为动态平衡关系。若二次衬砌的时效性不足，会导致约束应力缺失，无法对围岩流动产生抵抗，初期支护的开裂概率较大。在高速公路隧道工程建设中，围岩变形需保持稳定状态，每日变形速度不可超过0.1 mm。在总变形量中，围岩变形量达到80%～90%之间时，二次衬砌具备优良条件，基于围岩变形特征曲线，选择最佳二次衬砌时间。若隧道存在较大偏压，需协调二次衬砌与开挖施工工序，降低围岩坍塌概率，应结合实际情况，对二次衬砌时机进行选择。

5 围岩变形治理措施

高速公路隧道工程具有复杂的地质条件，存在较大围岩变形量，变形收敛需要时间较长，实际开挖过程中塌方频率较高，在初期支护施工和二次衬砌施工中，采取了加固措施、换拱方式，可达到良好的处理效果。在工程建设中，须重视围岩变形问题，实施密切监测，确保选择措施的有效性，防范围岩出现过大变形，提升隧道的安全性与经济性，保障高速公路隧道工程施工可有序进行。

隧道围岩极易受施工的影响，出现变形问题，隧道上行线与下行线的施工单位不同，在施工技术与方法上存在差异，隧道围岩变形也有所不同。施工前期施工单位仅追求施工进度，快速推进上层掌子面掘进，下层开挖未及时跟进，导致上下层实际开挖进度差超出50 m。在软弱破碎岩层条件下，若在开挖过程中应用此种方法，将导致上部初期支护结构长期悬空，易受爆破的影响，造成出现围岩变形等问题。在仰拱支护不及时的情况下，未及时封闭支护结构，便开展二次衬砌，导致结构出现变形问题。

针对此种情况，需要及时调整施工方法，坚持短进尺、弱爆破、墙支护的原则，控制一次进尺，将锚杆加密，并增加锚杆长度。仰拱须及时支护，在收敛后跟进二次衬砌，采取围岩加固措施，如深孔压浆等，以免衬砌结构变形开裂，通过锚杆、围岩及初期支护结构打造承载系统，对围岩变形位移进行控制。

6 结语

高速公路隧道工程建设中，变形速率、时间、位移等因素均与围岩变形特性密切相关，在曲线分析过程中，需要以监测数据为依据，对不同阶段下的变形问题进行分析，明确变形具体原因，保证控制措施的针对性、适用性。在高速公路隧道工程中，明确围岩变形特性，采取有效的控制措施，为工程建设提供安全可靠条件，优化道路交通网络运行使用环境。