郭波前
(中铁隧道集团有限公司勘测设计研究院， 广东 广州 511455)
摘要：以某在建高速铁路隧道作为工程实例，结合地质情况，从初始应力、岩体结构和地下水分析了影响围岩的因素。运用理论分析和现场监控量测反馈结果等综合方法，从监控量测数据时态曲线特征、方向性、累计变化量、变形速率、时效性、现场围岩变形情况、隧道施工影响、变形段变形差异性等方面系统分析了极高地应力区隧道围岩变形特征及机制，并得出如下主要结论： 1)极高地应力区围岩应力释放有一定的过程，不同的围岩应力释放的速度可能不同，爆破对围岩产生扰动，将一定程度加速围岩应力的释放。2)围岩地质条件不同，变形规律会表现出一定的差异性。3)围岩的变形机制，层状围岩的变形破坏一般形成几个区域： 破坏区，崩塌，滑动滑移，张裂、弯曲及折断。4)本隧道围岩变形特征主要是由极高地应力和岩体结构综合决定的，隧道初期支护变形情况一定程度上是隧道围岩变形特征的有效反映。
关键词：隧道； 极高地应力； 围岩变形； 地质特征； 监控量测
随着我国“一带一路”经济带战略的提出，各个经济体之间的互联互通也需要交通基础设施建设做重要支撑，近几年掀起的“地铁和高铁热”正方兴未艾，这都给隧道及地下工程领域带来了新的发展机遇。铁路隧道逐渐向长大、深埋、跨江越洋方向发展，地质条件多变、高地应力和软弱围岩等因素对隧道及地下工程的影响极为显著，容易引起大变形、岩爆、失稳和突涌水(泥)等事故，这给人员和设备安全带来了极大危害[1]。
高地应力区隧道围岩变形受到工程建设者的极大关注，文献[2-5]对围岩的变形规律、力学特征、变形机制、变形控制技术和施工技术等方面进行了研究与探讨。在高地应力区修建隧道工程，最大的难题就是隧道的变形控制问题[6]。文献[7]采用监控量测对围岩压力、初期支护应力和结构内力的测试结果进行了分析，根据围岩变形规律，对施工参数进行了调整。文献[8]结合实际工程，对其地质环境和特征进行了总结分析，提出特殊复杂地质环境引发的工程问题需要根据科研进行特殊设计。文献[9]揭示了隧道高地应力炭质页岩的变形破坏形式、破坏特征和变形机制。由于地质条件的复杂性、多样性和多变性，对极高应力区围岩变形的研究无法找到理想的、普遍适用的理论或方法，且以往大多数研究主要偏重于施工中围岩变形的控制方面，对变形机制的研究略少。本文以某在建高速铁路隧道为工程实例，结合地质理论分析、现场监控量测结果反馈等综合方法，分析了极高地应力区隧道围岩变形规律及机制。
1.1 工程概况
该隧道为单洞双线隧道，起讫里程为DK297+192～DK309+596，全长12 405.99 m，最大埋深约750 m。隧址区为中低山区，海拔760～1 640 m。洞身地表起伏较大，地表自然坡度一般30°～50°，局部大于50°；洞身分布有众多基岩“V”型侵蚀沟谷，多为北西向展布，多为季节性流水沟谷，堆积有大量块石，为新近堆积的洪积物。总体而言，工点区域山高坡陡，沟壑纵横，地形复杂，植被茂密，该隧道被认定为高风险隧道，其中DK303+425～+650段(下文简称Ⅰ变形段)、DK303+930～DK304+040段(下文简称Ⅱ变形段)监测数据显示变形显著，为本文研究重点段落。
1.2 地层岩性
隧道区涉及地层主要为第四系全新统坡积膨胀土，洪积、坡积粗角砾土(主要分布在隧道进口地表及隧道浅埋地段)；志留系下统页岩，奥陶系中上统灰岩夹页岩，奥陶系下统砂岩夹砾岩。隧道区内仅在灰岩夹页岩地段局部有溶孔和溶隙现象，岩溶发育程度为弱发育-微弱发育。
影响隧道围岩稳定性的因素有地质方面的(如初始应力、岩体结构、岩石的工程性质和地下水等)，也有施工方面的(如隧道形状尺寸、支护方法和时间、施工工艺工法等)，但起主导作用的是地质因素。
2.1 初始应力
人类工程活动之前存在于岩体中的应力为初始应力，初始应力主要有自重应力、构造应力和流体应力等组成[10]。岩体中的工程活动必将引起一定范围内岩体中初始应力的改变，初始应力进行重新分布并达到新的动力平衡状态，在隧道中，硬质岩层中可能发生岩爆，软质岩层中可能发生大变形。本文工程实例中的隧道平均埋深720 m，自重应力较大，且大变形段位于背斜构造核部附近，存在较大的构造应力。
从地应力测试结果看，DK302+795测试部位的最大水平主应力为10.3 MPa，最小水平主应力为7.2 MPa，铅直向应力为11.3 MPa，说明测试部位岩体应力以自重应力为主，最大水平主应力方位为N84°E，最大主应力值为14.2 MPa，倾角较大为57°。DK301+100测试部位实测最大水平主应力为3.3～10.1 MPa，最小水平主应力为2.2～6.3 MPa，铅直(自重)向应力为8.0～8.9 MPa，最大水平主应力方向为N68°E～N63°E。测试部位岩体应力均以铅直向应力为主。
地应力测试部位围岩为弱风化砂岩夹砾岩，属软弱岩石，试验所得砂岩的单轴饱和抗压强度Rc=36 MPa，该隧道主洞DK302+795测试部位岩体埋深约为480 m，岩体应力场以铅直应力为主，Rc/σmax约为2.5，应力量级为极高应力水平；主洞DK301+100测试部位岩体埋深约300 m，岩体应力场也以铅直应力为主，Rc/σmax约为3.5，应力量级同样为极高应力水平[11]。总之，相对于该隧道软弱围岩的强度而言，实测地应力量值处于极高应力水平。
该隧道岩体处于极高地应力区，隧道施工在岩体中引起一系列与开挖卸荷回弹和应力释放相联系的变形和破坏现象，如岩爆、松弛、衬砌开裂掉块、拱架扭曲变形或剪断等现象。
2.2 岩体及构造特性
Ⅰ变形段围岩主要为奥陶系下统(O1)中厚层砂岩，青灰色，长石、石英为主，产状N82°E/58°N，层理发育，层间结合力一般，节理较发育，呈板状、块体状。掌子面地质素描如图1所示。
图1 掌子面地质素描图
Fig. 1 Sketch diagram of working face
Ⅱ变形段围岩以奥陶系下统(O1)砂岩为主，灰色、青灰色，薄层状构造，厚度4～8 cm，钙质胶结，层间结合力差。岩层产状近水平，产状N54°W/14°S，节理裂隙发育，局部裂隙微张，部分节理面粗糙波纹状，岩体受岩层与节理互相切割影响，岩体呈块状，对掌子面岩体稳定性有影响。层间小褶曲发育，局部受构造影响，岩体呈碎块状或片状。该段掌子面地质情况如图2所示。
图2 掌子面地质情况
Fig. 2 Geological conditions of working face
隧道区主要为褶皱构造，该褶皱为倾伏背斜，成NEE～SWW向，向W倾伏，倾伏角7°～10°(由E向W变大)。隧道与背斜轴部在DK303+760附近相交，夹角约15°，褶皱核部出露地层为奥陶系下统砂岩夹砾岩。Ⅰ变形段位于背斜核部附近，由于背斜地层翼部向核部挤压，产生构造应力，而岩层层理发育，所以容易在隧道围岩拱腰部位产生应力集中，褶皱轴线与洞轴线方向关系见图3。Ⅱ变形段岩层主要为近水平岩层，薄层且层间结合力差，埋深大，地层形成类梁板构造，所以拱顶易产生较大变形，会产生掉块、崩塌等现象。
图3 褶皱与隧道轴线关系图
Fig. 3 Relationship between fold and tunnel axis
2.3 地下水
变形段地下水类型主要为基岩裂隙水，受地层岩性和地质构造条件差异的影响，地下水的富水性很不均衡。局部段落存在裂隙、孔隙地下水，水量不大，对隧道围岩稳定影响很小。该隧道施工中地下水总体不丰富，Ⅰ变形段无地下水；Ⅱ变形段中DK303+930～+995段存在地下水，主要为裂隙孔隙水，掌子面湿润，隧道拱部及拱腰大面积滴水、渗水，局部为线状流水，所以地下水向洞身产生一定的渗透压力，会对围岩产生推挤作用，另一方面，水对围岩的浸泡软化、溶蚀和水化等作用。由于地下水的这些作用，围岩孔隙度增加，抗压强度降低，围岩自稳能力变差。但该段为硬质岩且总体地下水水量不大，结合监控量测数据推测地下水并非该隧道大变形的主要影响因素。
该隧道大变形段落主要分为2段，Ⅰ变形段和Ⅱ变形段。结合监控量测数据和现场洞内观测，每个段落选取有代表性的2组监控量测断面进行分析，揭示变形的特征和机制。其中Ⅰ变形段选取DK303+465、DK303+485断面，Ⅱ变形段选取DK304+020、DK304+030断面，每个断面均布设1个拱顶下沉测点，按施工台阶布设3条净空收敛测线。监控量测测点布置见图4。
图4 隧道监控量测测点布置图
Fig. 4 Layout of monitoring points
3.1 变形规律
隧道变形规律主要从监控量测数据时态曲线特征、方向性、累计变化量、变形速率、时效性；现场围岩变形情况；隧道施工影响；变形段变形差异性等方面进行分析。
3.1.1 时态曲线特征
监控量测数据为连续不间断测量，Ⅰ变形段最长量测61 d，最短量测37 d，Ⅱ变形段最长量测34 d，最短量测31 d，量测曲线整体为平滑曲线，局部数据具有离散性，局部数据受停工影响曲线表现为台阶状。Ⅰ变形段DK303+465量测断面量测61 d，从变化曲线(见图5)可以看出围岩开挖后收敛测点变形明显，开挖后20 d围岩变形基本趋缓，变形量占总变形量的近90%；拱顶沉降曲线比较平缓，说明拱顶测点变形相对比较均匀。DK303+485量测断面除去停工因素影响，其时态曲线特征与断面DK303+465时态曲线变形特征基本一致。Ⅱ变形段局部变形数据表现出一定的离散性，有时还表现出拱顶抬升和净空外张，变化量基本在±5 mm以内，但总体趋势仍表现为拱顶下沉和净空内敛，这说明该段围岩变形呈现出一定的不均匀性和离散性。
3.1.2 方向性
由于隧道地质条件的复杂性和不同隧道岩性和岩体构造的差异性，隧道围岩变形在不同方向上有所差异，例如： 某些隧道表现为拱顶上升，净空内敛；某些隧道变现为拱顶下沉，净空外张；还有某些隧道的变形特征为拱顶下沉和底鼓明显，净空变化不明显。然而，该隧道2个变形段总体均表现为拱顶测点下沉、净空收敛测点内敛，说明隧道开挖后围岩向开挖形成的临空面方向整体变形，这与大多数隧道围岩的变形方向性特征一致。另一方面，隧道台阶开挖和仰拱开挖时对围岩变形有一定的影响，同一断面中下台阶开挖晚于上台阶，围岩变形释放一般在开挖初期，台阶开挖时中下台阶的累计变形量明显小于上台阶开挖时的变形量，仰拱开挖时初期支护还未封闭成环，此时收敛变形相对明显。拱顶下沉变形量总体小于净空收敛变形量，这表现出围岩变形的局部方向性。
3.1.3 累计变化量
Ⅰ变形段监控量测共布设36个断面，其中拱顶沉降测点36个，净空收敛测线108组，拱顶最大累计沉降量为176.1 mm，净空收敛最大累计收敛量为-162.0 mm。变形量超过-100 mm的数据为14条，变形测点主要是拱顶测点和第1组收敛，占总数据量的9.7%；变形量在-100～40 mm的数据为40条，变形测点也主要是拱顶测点和第1组收敛占总数据量的27.7%，其余数据占62.6%。该段典型的监控量测测点变形曲线见图5和图6。由断面DK303+465监控量测数据反映出隧道该段总体净空收敛内敛值大于拱顶下沉值，由图6可以看出上台阶收敛测线内敛值明显较大，且上台阶内敛值大于其他台阶内敛值，这与现场观测到的初期支护变形现象一致，说明变形表现出局部性和不对称性。
Ⅱ变形段的地质条件与Ⅰ变形段不同，表现出的变形特征也与Ⅰ变形段有一些差异。该段监控量测共布设20个断面，其中拱顶沉降测点20个，净空收敛测线54组，拱顶最大累计沉降量为53.2 mm，净空收敛最大累计收敛量为-59.7 mm。变形量超过-30 mm的数据为24条，变形测点主要是拱顶测点和第1组收敛，占总数据量的32.4%，其余数据占67.6%。此段监控量测测点变形曲线见图7和图8。Ⅱ变形段主要为薄层状近水平岩层，层间结合力差，有地下水存在，导致总体拱顶下沉变形量大于净空收敛变形量，这与现场监测数据相符，但是该段总体最大变形量小于Ⅰ变形段最大变形量。现场初期支护变形现象也主要出现在隧道拱顶部位，变形表现出一定的对称性。
3.1.4 变形速率
Ⅰ变形段总体收敛测线变形更明显，Ⅱ变形段主要为拱顶下沉，典型测点不同时间段的变形速率见表1。
图5 Ⅰ变形段监控量测断面拱顶沉降变形曲线
Fig. 5 Deformation curves of tunnel crown top at deformation sectionⅠ
图6 Ⅰ变形段监控量测断面净空收敛变形曲线
Fig. 6 Clearance convergence curves at deformation section Ⅰ
图7 Ⅱ变形段监控量测断面拱顶沉降变形曲线
Fig. 7 Deformation curves of tunnel crown top at deformation section Ⅱ
图8 Ⅱ变形段监控量测断面净空收敛变形曲线
Fig. 8 Clearance convergence curves at deformation section Ⅱ
由表1可以看出Ⅰ变形段变形速率表现出不均匀性，前期变形速率较大，后期逐渐趋于稳定，整体不均匀，最大日变形发生在前5 d内。Ⅱ变形段整体变形速率较均匀，但最大日变形也发生在前5 d内。说明开挖支护后5 d是变形的主要阶段。
3.1.5 时效性
监测数据显示初期支护施作完成后3～5 d变形数据开始明显增大，25 d左右变形数据逐渐趋于稳定，Ⅰ变形段变形持续时间较Ⅱ变形段变形持续时间长。断面DK303+485变形曲线显示隧道暂时停工时，变形速率变慢，恢复施工后变形加剧，在变形曲线上表现为一个“台阶”，这是由隧道施工爆破震动所引起的，爆破震动加速了围岩应力的释放。所以该隧道施工要短进尺弱爆破，初期支护及时封闭，适当增加初期支护强度和初期支护预留变形量。
表1 测点变形速率
Table 1 Deformation velocities measured by monitoring points
变形测点名称5d平均日变形速率/(mm/d)10d平均日变形速率/(mm/d)15d平均日变形速率/(mm/d)25d平均日变形速率/(mm/d)整体平均日变形速率/(mm/d)最大日变形速率/(mm/d)累计变形量/mmZB303+465-01-8.6-10.3-8.7-6.2-2.7-26.3-162.0ZB303+485-01-3.0-3.4-2.6-1.6-1.7-17.3-99.7GD304+020-1.8-2.8-2.3-1.8-1.4-4.6-46.4GD304+030-1.0-1.9-2.2-1.8-1.5-4.7-47.1
3.1.6 现场初期支护结构变形情况
现场洞内观测，Ⅰ变形段表现出隧道拱腰上部初期支护混凝土剥落、掉块、开裂，某些钢拱架扭曲变形，甚至被剪断，呈“Z”字形，但只出现在隧道一侧，沿隧道轴线方向呈线状展布。现场围岩局部出现岩爆现象，围岩开挖一段时间后变的松散易掉块，这是由围岩卸荷回弹所致，这与该隧道处于高地应力状态吻合。Ⅱ变形段主要为拱顶局部初期支护混凝土剥落掉块，钢拱架无明显扭曲现象。
3.1.7 隧道施工影响
该隧道Ⅰ变形段、Ⅱ变形段均按新奥法三台阶法施工，掌子面上台阶高度约3.5 m，开挖宽度约14 m，隧道总体高度约7.5 m，均为钻爆法开挖，基本为每天施工一个循环，进尺3～4 m。施工因素中爆破震动和台阶的开挖是围岩变形的主要影响因素。每循环中台阶的开挖至每台阶初期支护完成前，围岩失去支撑，初期支护强度未完全发挥，围岩将会产生一定的变形，当变形量超过预留变形量时，初期支护将发挥主要作用，而围岩应力释放有一定的过程，此时爆破震动加速围岩松弛，加剧了应力释放的速度，使初期支护产生变形，变形达到一定程度，会产生初期支护混凝土开裂掉块等现象，局部应力集中处变形会更严重，初期支护强度不足以支撑围岩压力就会产生拱架变形扭曲等，直至围岩应力释放完成，变形趋于稳定。从断面DK303+485拱顶沉降和净空收敛监测数据看，隧道Ⅰ变形段掌子面停工后变形趋缓，重新开工后变形加剧，说明爆破震动为该段影响变形的主要施工因素，而监测数据显示爆破震动对Ⅱ变形段影响较小。
3.1.8 变形段变形差异性
由于Ⅰ、Ⅱ变形段所处的地质条件不同，岩性和岩体结构存在差异，围岩变形表现出不同的变形规律。Ⅰ变形段最大累计变形量是Ⅱ变形段的近4倍，前20 d已产生近90%的变形，Ⅰ变形段前期变形速率较大，后期趋于稳定，整体变形不均匀，Ⅱ变形段整体变形速率比较均匀，Ⅰ变形段总体变形速率比Ⅱ变形段大，但最大日变形均出现在开挖后3～5 d。台阶开挖和爆破对Ⅰ变形段影响较明显，对Ⅱ变形段影响较小。两变形段围岩变形均表现出局部性，但是Ⅰ变形段围岩变形范围主要为上台阶拱腰部位向净空内敛，Ⅱ变形段主要表现为拱顶下沉变形，且具有一定的离散性。隧道围岩级别设计是综合考虑各种因素的结果，本文Ⅰ、Ⅱ变形段中Ⅳ级围岩的变形值普遍大于Ⅴ级围岩，这也是变形差异性的一种表现。
3.2 变形机制
隧道开挖后，岩体中形成一个自由变形空间，使原来处于挤压状态的围岩，失去了支撑而向洞内松胀变形，此时岩体开挖界限周围会形成一定范围的弹性圈和塑性圈，受岩体卸荷影响，塑性圈岩体比较松动；如果这种变形超过了围岩本身所能承受的能力，则围岩就要发生破坏，并从母岩中脱落，形成坍塌、滑动或岩爆。此外，软岩大变形具有变形快、变形量大且破坏严重、持续时间长的基本特征[12]。
岩体结构影响着围岩变形破坏的特点，层状岩体围岩的变形破坏主要受岩层产状及岩层组合等因素控制。
Ⅰ变形段为砂岩，中厚层，岩层倾斜，层面平直光滑，为褶皱的翼部，褶皱所产生的水平构造应力对开挖前围岩应力状态有一定的影响，随着隧道的开挖，开挖部分形成临空面，靠近临空面附近围岩失去支撑，围岩向隧道临空方向变形，由于围岩为软岩，变形呈现出一定的弹塑性特征，开挖形成的塑性圈变形更为明显，随着时间的延长，变形持续扩大。由于岩层倾斜，围岩倾向与隧道临空方向相反的右侧，受到重力和弧形开挖轮廓的影响，向临空面弯曲下沉，由于岩层层理发育且层理面平直光滑，层间结合力差，该侧围岩松弛到达一定程度将发生弯折破坏，形成图9中的破坏区，如不进行支护，易形成三角形塌腔。而左侧围岩岩层倾向与隧道临空面方向相同，则表现出向临空面滑移，局部可能出现滑动破坏。随着围岩卸荷的持续及爆破扰动，右侧拱腰上部向临空面内鼓，超过围岩的强度后，岩层将发生张裂及折断，拱顶被节理裂隙切割形成的楔形体或独立块体脱落，造成拱顶区域崩塌掉块。由于围岩应力重分布及卸荷有一定的过程，这也能解释初期支护施作后3～5 d内变形速率较大，反映了围岩变形的时效性特征，虽然爆破开挖后及时进行了支护，但是岩层的力学特征没有太大改变，进而通过初期支护变形间接表现出来，该段现场初期支护混凝土剥落掉块及钢拱架扭曲变形的区域，正是图9中编号为5的区域，表现出围岩变形的不对称性和局部性，反映在监控量测数据上就是拱顶下沉和净空内敛的不同步性和累计变形量的差异性，即内敛变形量大于拱顶下沉变形量，且第1条收敛测线变形更为明显，其变形量大于其他收敛测线。
Ⅱ变形段围岩为近水平岩层，薄层状，层间钙质胶结，层间结合力差，岩层近水平说明受构造应力很小，围岩表现出对称性，可以想象围岩变形也具有对称性，隧道开挖后形成临空面如图10所示，拱顶岩层两端受支撑形成类似梁板的结构，根据梁板的受力特征，中部形成应力集中区，应变最大，随着围岩卸荷松弛和重力作用，层状岩体岩节理折断，形成图10中编号为3的崩塌区，拱顶区域则弯曲折断崩落，若支护不及时，围岩暴露时间增加，容易产生拱顶塌腔体，这与倾斜岩层形成的塌腔位置不同，该段出露地下水，一定程度上更易变形。隧道内该段初期支护混凝土主要表现为拱顶局部脱落掉块，这与水平岩层的受力特征相符。由于围岩受力状态相对单一和对称，其变形规律也表现出了一定的均匀性和持续性，这与Ⅰ变形段的变形规律完全不同。
(a)
(b)
1—设计轮廓线； 2—破坏区； 3—崩塌； 4—滑动滑移； 5—弯曲、张裂及折断。
图9 Ⅰ变形段围岩变形破坏特征示意图
Fig. 9 Sketch diagrams of deformation destruction characteristics of surrounding rock at deformation section Ⅰ
(a)
(b)
1—设计轮廓线； 2—破坏区； 3—崩塌； 4—滑动滑移； 5—弯曲、张裂及折断。
图10 Ⅱ变形段围岩变形破坏特征示意图
Fig. 10 Sketch diagrams of deformation destruction characteristics of surrounding rock at deformation section Ⅱ
该隧址区围岩处于极高应力状态，这是影响隧道变形的主要影响因素，其中由褶皱所产生的水平构造应力起相当作用，同时隧道埋深大，竖向自重应力较大。隧道施工爆破增加了对隧道围岩的扰动，加速了围岩应力的释放速度。鉴于此种特性，极高地应力软岩隧道设计与施工的关键在于建立地应力的合理释放与有效的约束平衡[13]。隧道围岩的变形破坏受众多因素影响，过程复杂，该隧道的变形特征主要是由极高地应力和岩体结构特征综合决定的，不同的地应力特征、不同的岩性岩体结构特征，隧道的围岩变形规律和机制也会有所不同。
1)极高地应力区地应力主要表现为自重应力、构造应力或两者的综合作用，围岩的应力状态不是处于静力稳定，而是处于一种动力平衡状态，隧道开挖改变了围岩的应力环境，动力平衡被打破，围岩会产生应力释放，应力释放有一定的过程，不同的围岩应力释放的速度可能不同，开挖爆破对围岩产生扰动，将一定程度加速围岩应力的释放。
2)监控量测数据显示，地质条件不同，变形规律会表现出一定的差异性。这种差异性一般表现在几个方面： 变形的局部性或对称性、变形过程的均匀性或离散性、时效性和方向性等。
3)本隧道围岩主要为层状岩体，不同里程段落，表现为倾斜岩层和水平岩层，隧道开挖后，受围岩卸荷和应力重分布的影响，围岩应力条件发生变化，围岩发生变形或破坏，层状围岩的变形破坏一般形成几个区域： 破坏区，崩塌，滑动滑移，张裂、弯曲及折断。
4)本隧道围岩变形特征主要是由高地应力和岩体结构综合决定的，隧道初期支护变形情况一定程度上是隧道围岩变形特征的有效反映。
5)隧道施工过程中，要充分意识到隧道围岩地质条件的多变性和围岩变形的规律性，要及时关注围岩变化，同时结合监控量测数据，为隧道施工或变更设计提供必要的指导。
6)今后，如能进一步结合围压的应力变化情况或初期支护的应力应变特性，对围岩变形机制的研究将会更加准确，但这需要大量现场实验数据做支撑，笔者将会在后续研究中继续分析和总结，为极高地应力区围岩的变形控制提供科学、有效的参考。
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Geological Characteristics of Tunnels with Extremely High Geostress and Study of Surrounding Rock Deformation Mechanism
GUO Boqian
(Survey, Design & Research Institute of China Railway Tunnel Group Co., Ltd., Guangzhou 511455, Guangdong, China)
Abstract：The influencing factors on surrounding rock of a high-speed railway tunnel under construction are analyzed in terms of initial stress, rock structure and ground water on basis of geological conditions. The characteristics and mechanism of surrounding rocks deformation of tunnel with extremely high geostress are systematically analyzed by comprehensive method of theory analysis and site monitoring feedback in terms of characteristics, directivity, accumulated variation, deformation velocity and timeliness of time-dependent curves of monitoring data, site deformation of surrounding rock, tunnel construction influence and deformation difference between two deformation sections. Some conclusions are drawn as follows: 1) The stress release of surrounding rock with extremely high geostress needs time, the stress release velocities of different surrounding rocks are different, and blasting construction will cause disturbance to surrounding rock and speed up the stress release. 2) The deformation laws of surrounding rocks vary as the geological conditions vary. 3) The deformation destruction of layered surrounding rock will form some zones, i.e., destruction zone, collapse, sliding, tension crack, bending and breaking. 4) The deformation characteristics of tunnel surrounding rocks are mainly determined by extremely high geostress and rock structure; and the deformation of tunnel primary support can effectively reflect the deformation characteristics of tunnel surrounding rocks to a certain extent.
Keywords：tunnel; extremely high geostress; surrounding rock deformation; geological characteristic; monitoring measurement
收稿日期：2015-12-22;
修回日期：2016-12-15
作者简介：郭波前(1988—)，男，河南伊川人，2014年毕业于河海大学，地质工程专业，硕士，工程师，现主要从事隧道与地下工程技术研究与项目管理工作。E-mail: guoboqian139@163.com。
DOI：10.3973/j.issn.1672-741X.2017.05.010
中图分类号：U 452.1+2
文献标志码：A
文章编号：1672-741X(2017)05-0586-07
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