基于監(jiān)控測(cè)量的石英片巖區(qū)變質(zhì)巖隧道變形影響因素及機(jī)理分析

于衛(wèi)云， 李 偉

(1.新蒲建設(shè)集團(tuán)有限公司, 河南 鄭州 450012； 2.河南建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院, 河南 鄭州 450000)

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基于監(jiān)控測(cè)量的石英片巖區(qū)變質(zhì)巖隧道變形影響因素及機(jī)理分析

于衛(wèi)云1， 李 偉2

(1.新蒲建設(shè)集團(tuán)有限公司, 河南 鄭州 450012； 2.河南建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院, 河南 鄭州 450000)

為研究石英片巖區(qū)隧道變形破壞機(jī)理及影響因素，本文以油坊坪隧道作為研究對(duì)象，在對(duì)隧道圍巖物理力學(xué)特性及工程地質(zhì)條件進(jìn)行調(diào)查分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合隧道變形監(jiān)測(cè)方案，總結(jié)歸納了石英片巖隧道的變形破壞過(guò)程。研究發(fā)現(xiàn)： 該變質(zhì)巖隧道變形破壞多發(fā)生在節(jié)理裂隙發(fā)育，含有地下水，且含有蒙脫石、伊利石、高嶺土等膨脹性礦物的圍巖之中，且隧道變形破壞具有滯后性、多樣性、變形速率快、變形時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)；隧道圍巖變形量均超過(guò)其對(duì)應(yīng)圍巖級(jí)別的預(yù)留變形量，油坊坪隧道進(jìn)出口段及拱頂部位沉降變形速率范圍為10～35 mm/d。在監(jiān)測(cè)過(guò)程中，底板最終沉降最大值為130.5 mm，最小值為15.3 mm，拱頂沉降最大值為131.1 mm，最小值為27.8 mm；隧道變形破壞主要由重力驅(qū)動(dòng)型、應(yīng)力驅(qū)動(dòng)型和應(yīng)力-結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)型3種。

石英片巖隧道； 變形監(jiān)測(cè)； 高圍巖應(yīng)力

0 引言

變質(zhì)巖形成過(guò)程特殊，各向異形特征較其他巖體更為顯著，在復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境中受多次構(gòu)造作用形成的，因此其物理力學(xué)性質(zhì)受多種因素影響[1-3]。變質(zhì)巖隧道施工過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)變形破壞，對(duì)于工程安全性造成很大威脅，對(duì)于其變形監(jiān)測(cè)和變形破壞過(guò)程的研究必須得到重視。關(guān)于隧道圍巖監(jiān)測(cè)，已經(jīng)有學(xué)者進(jìn)行了研究和探索，江權(quán)通過(guò)分析上海軟土地層中作用在隧道結(jié)構(gòu)上的土壓力，研究了圓形硐室圍巖壓力的分布規(guī)律及其數(shù)值，并將實(shí)測(cè)值與經(jīng)典的土壓力計(jì)算方法進(jìn)行了對(duì)比[4]；雷軍、張金柱等以烏鞘嶺隧道為例，對(duì)淺埋隧道圍巖壓力監(jiān)測(cè)方法及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了相關(guān)研究，并提出了基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)隧道圍巖壓力的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型[5]；李勇基于圍巖壓力、錨桿軸力等的監(jiān)測(cè)，分析隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力情況，并對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化提出了一些建議[6]。然而，變質(zhì)巖地區(qū)隧道工程設(shè)計(jì)、施工仍然以經(jīng)驗(yàn)為主，缺乏系統(tǒng)研究成果及文獻(xiàn)資料。本文以豫西北地區(qū)一類石英片巖變質(zhì)巖隧道工程作為研究對(duì)象，首先分析該地區(qū)變質(zhì)巖巖性及物理力學(xué)特性，并且對(duì)隧道變形破壞過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查總結(jié)了石英片巖區(qū)隧道變形特征、變形失穩(wěn)影響因素和變形破壞機(jī)理，期望對(duì)于變質(zhì)巖地區(qū)隧道工程的設(shè)計(jì)及施工方法提供了科學(xué)指導(dǎo)。

1 研究區(qū)變質(zhì)巖隧道特征

本文研究對(duì)象為油坊坪隧道，隧道左線長(zhǎng)1088 m，右線長(zhǎng)1123 m，隧道圍巖為變質(zhì)片巖，隧道在施工過(guò)程中多次發(fā)生大變形，以YK41+400～YK41+500段為主要變形破壞研究區(qū)(見(jiàn)圖1)。該段于2012年施工時(shí)發(fā)生大變形，變形發(fā)生時(shí)，在短時(shí)間內(nèi)隧道水平收斂累計(jì)值達(dá)214.82 mm，最大收斂速率為35.86 mm/d，拱頂下沉量累計(jì)達(dá)174.31 mm，下沉速率最高達(dá)21.51 mm/d。

(a)拱頂變形 (b)支撐架變形破壞

圖1 油坊坪隧道變形破壞區(qū)域

Figure 1 Regional tunnel deformation and destruction

1.1 研究區(qū)變質(zhì)巖礦物特性

豫西北地區(qū)變質(zhì)巖區(qū)域變質(zhì)作用強(qiáng)烈，巖石大多形成變晶結(jié)構(gòu)并定向排列成片理狀構(gòu)造，片理狀構(gòu)造導(dǎo)致巖石在不同方向各項(xiàng)異形顯著不同，片理方向強(qiáng)度較其他方向明顯偏低，變形破壞大多發(fā)生在該方向[7, 8]。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)查及鉆孔揭露(見(jiàn)圖2)，該地區(qū)變質(zhì)巖巖體絲絹光澤在片理面上隨處可見(jiàn)，常分布有變質(zhì)斑晶。片狀構(gòu)造在片巖中非常發(fā)育，原巖已全部變質(zhì)，含有角閃石、云母、滑石、綠泥石等礦物，構(gòu)成角閃石片巖、云母片巖、滑石片巖、云母片巖等，片理面光滑，抗拉與抗剪能力較差，淺層易風(fēng)化，深埋隧道中易大變形，因此變質(zhì)巖是最“劣”的一種巖類。

圖2 鉆孔揭露巖芯及描述

巖石的物理力學(xué)性質(zhì)除與組成成分有關(guān)外，還取決于巖石的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造。即礦物顆粒的形狀、大小、聯(lián)接方式所決定的結(jié)構(gòu)特征及各種不同結(jié)構(gòu)礦物幾何體的分布和排列方式[9, 10]。為了測(cè)定油坊坪隧道圍巖礦物結(jié)構(gòu)和構(gòu)成，本文在隧道不同部位采集巖樣進(jìn)行了X衍射礦物成分分析，各巖體礦物成分試驗(yàn)見(jiàn)表1。

表1 油坊坪隧道變質(zhì)巖礦物成分測(cè)定結(jié)果Table1 Tunnelmetamorphicrockmineralcompositionde-terminationresults變質(zhì)巖名稱巖性礦物成分及含量綠泥石伊利石石英長(zhǎng)石方解石白云石黃鐵礦蒙脫石綠泥石云母片巖254022130000絹云母片巖154328140000絹云母石英片巖10315180000鈉長(zhǎng)石石英片巖62538310000絹云母片巖133929190000裂隙夾層530411400010

從巖礦分析結(jié)果可以看出：變質(zhì)巖礦物主要以綠泥石、石英和伊利石為主。其中，絹云鈉長(zhǎng)石英片巖：風(fēng)化程度高時(shí)為灰黃、黃褐～灰褐色，弱～微風(fēng)化時(shí)灰綠色到青灰色，鱗片花崗變晶結(jié)構(gòu)，片狀構(gòu)造，主要礦物成分為絹云母、石英、鈉長(zhǎng)石，含少量綠泥石、赤鐵礦，巖石裂隙發(fā)育，弱～微風(fēng)化條件下強(qiáng)度、硬度均較大，錘擊聲脆。竹山隧道、土公嶺隧道、文峰隧道圍巖中，絹云母石英片巖的外觀特征有2點(diǎn)： ①揉皺現(xiàn)象明顯，絲絹光澤鮮艷，手摸具強(qiáng)滑感； ②片狀絹云母與微薄層石英呈鑲嵌狀、片狀構(gòu)造發(fā)育。

1.2 研究區(qū)變質(zhì)巖巖體特性

對(duì)高速路段隧道的典型變質(zhì)巖樣進(jìn)行耐崩解試驗(yàn)，試驗(yàn)成果見(jiàn)表2。

通過(guò)對(duì)對(duì)油坊坪石英片巖隧道掌子面巖石的觀察，發(fā)現(xiàn)裂隙水作用下的巖石強(qiáng)度明顯低于干燥巖石，水作用下巖石強(qiáng)度明顯降低，錘擊聲啞，反彈程度降低，手搓有滑膩和泥化感。為進(jìn)一步研究隧道巖石的軟化性，在竹山隧道、土公嶺隧道、文峰隧道等取樣進(jìn)行飽水抗壓與干抗壓試驗(yàn)，結(jié)果顯示，大部分巖石的軟化系數(shù)小于0.75，即巖石軟化性較強(qiáng)。需要特別指出的是，試件都是取自容易制備的巖石，現(xiàn)場(chǎng)圍巖中存在的軟弱夾層，采取困難，不易制成規(guī)則試件，但其遇水軟化更加明顯，并伴有泥化現(xiàn)象。圍巖遇水軟化是油坊坪隧道發(fā)生塌方的關(guān)鍵誘發(fā)因子。

表2 隧道典型巖樣耐崩解試驗(yàn)Table2 Typicaltunnelrockcollapseresistancetest巖樣編號(hào)巖樣名稱式樣尺寸/cm風(fēng)化程度崩解前后巖樣質(zhì)量損失/g耐崩解指數(shù)/%崩解特征描述YB-1絹云母石英片巖7.2×2×3.1強(qiáng)風(fēng)化11.226.11巖體較松散,表面有擠壓錯(cuò)動(dòng)擦痕,硬度小,手指劃有劃痕,式樣遇水崩解以塊狀崩解為主,同時(shí)產(chǎn)生少量氣泡,崩解時(shí)間48h,呈碎塊狀YB-1鈉長(zhǎng)石石英片巖10.5×4×2微風(fēng)化2.812.32土黃色,巖石較致密,略堅(jiān)硬,呈片理狀結(jié)構(gòu),粗糙波紋狀,崩解過(guò)程緩慢,微量氣泡產(chǎn)生,崩解時(shí)間較長(zhǎng),碎塊狀崩解YB-1絹云母石英片巖8×4×2弱風(fēng)化3.443.15巖體結(jié)構(gòu)致密,表面存在擠壓錯(cuò)動(dòng)擦痕,硬度較低,遇水崩解過(guò)程緩慢,呈塊狀崩解,無(wú)氣泡產(chǎn)

2 隧道變形監(jiān)測(cè)方案

為分析研究石英片巖區(qū)隧道變形破壞過(guò)程，本文選取油坊坪隧道內(nèi)不同洞段設(shè)置變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

2.1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

油坊坪隧道監(jiān)測(cè)項(xiàng)目如表所示，本文的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)均來(lái)源于此，通過(guò)對(duì)隧道底板沉降、頂拱變形和兩側(cè)壁收斂數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和收集分析。測(cè)線和監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工條件、工程地質(zhì)條件和測(cè)量位置實(shí)際條件確定，隧道淺埋段主要測(cè)量底板沉降，深埋段全斷面開(kāi)挖段利用臺(tái)階法和弧形導(dǎo)坑法布設(shè)監(jiān)測(cè)測(cè)線，測(cè)點(diǎn)布置示意圖見(jiàn)圖3。

圖3 油坊坪隧道監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置示意圖Figure 3 Diagram of monitoring point arrangement

2.2 監(jiān)測(cè)斷面間距及監(jiān)測(cè)頻率

監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間的距離根據(jù)隧洞圍巖分級(jí)來(lái)確定，圍巖等級(jí)為Ⅲ類及以上時(shí)，圍巖圍巖穩(wěn)定性較好，應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)監(jiān)測(cè)距離；當(dāng)圍巖為Ⅳ類和Ⅴ類是，應(yīng)適當(dāng)加密。結(jié)合油坊坪隧道圍巖分段分級(jí)成果，將隧道進(jìn)出口段及淺埋段的底板沉積測(cè)量間距按表3布設(shè)；隧道內(nèi)變形收斂測(cè)量斷面的間距按表4布設(shè)。

表3 隧洞進(jìn)出口段及淺埋段監(jiān)測(cè)間距表Table3 Importandexportmonitoringspacingtableandshallowburiedparagraphs淺埋段與開(kāi)挖深度監(jiān)測(cè)點(diǎn)間距/mH

表4 頂拱變形收斂監(jiān)測(cè)點(diǎn)間距Table4 Thetoparchspacingofconvergencedeformationmonitoring隧道圍巖分類監(jiān)測(cè)點(diǎn)間距/m斷面監(jiān)測(cè)點(diǎn)個(gè)數(shù)Ⅴ184Ⅳ156Ⅲ類及以上87

隧道監(jiān)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)頻率依據(jù)監(jiān)測(cè)面的密集程度以及圍巖變形發(fā)展程度綜合設(shè)定，油坊坪隧道監(jiān)測(cè)點(diǎn)測(cè)量頻率如表5所示。

表5 監(jiān)測(cè)點(diǎn)頻率Table5 Monitoringfrequency隧道變形速率/(mm·d-1)斷面間距/m監(jiān)測(cè)頻率/(次·d-1) 0～0.2>5B10.2～0.52B～5B0.5～10.5～1 1B～2B3 1～5 1B～2B 1～2>5 0～1B0.5 其中,B為隧道底板寬度,H為隧道埋深,單位m。

2.3 監(jiān)測(cè)儀器與數(shù)據(jù)分析方法

監(jiān)測(cè)儀器主要采用中科院巖土所生產(chǎn)的SXW2010隧道變形收斂?jī)x，已經(jīng)用于測(cè)量隧道底板和頂拱沉降的LEICA全站儀，其中隧道變形收斂?jī)x監(jiān)測(cè)精度為0.01 mm，全站儀測(cè)量精度為0.3 mm/km。隧道變形收斂?jī)x安裝過(guò)程見(jiàn)圖4。

圖4 隧道收斂監(jiān)測(cè)儀器安裝

數(shù)據(jù)收集和后期處理主要采用圖形演繹法、數(shù)學(xué)物理模型對(duì)比法等，從定性和定量?jī)蓚€(gè)方面評(píng)價(jià)和分析隧道各個(gè)部分的變形發(fā)展規(guī)律。其中，圖形演繹法主要是建立隧道圍巖的時(shí)程-位移曲線和位移 — 距離曲線，如圖5所示。

圖5 圖形演繹法曲線Figure 5 Graphical curve of deductive method

數(shù)學(xué)物理模型對(duì)比法主要利用對(duì)數(shù)、指數(shù)和雙曲線函數(shù)研究隧道距離、時(shí)間和位移之間的時(shí)空關(guān)系[11, 12]。例如，一元非線性回歸分析法，對(duì)于歸納隧道圍巖變形與時(shí)間關(guān)系較適宜；一元線性回歸分析法對(duì)于分析隧道上部埋深與變形位移的關(guān)系具有優(yōu)勢(shì)；本文依據(jù)不同的分析方法對(duì)油坊坪隧道的變形特征進(jìn)行的詳細(xì)分析和歸納。

一元線性回歸函數(shù)較為簡(jiǎn)單，一元非線性回歸函數(shù)和用于曲線擬合的剩余標(biāo)準(zhǔn)差公式分別為：

(1)

(2)

式中：a與b為回歸系數(shù)，x與y為隧道變形監(jiān)控變量，x、y與回歸系數(shù)符合如下關(guān)系式：

(3)

對(duì)于不同的監(jiān)測(cè)測(cè)量數(shù)據(jù)，采用不同的回歸方程及系數(shù)，本文在擬合過(guò)程中根據(jù)回歸方程的擬合效果進(jìn)行微調(diào)，直至剩余標(biāo)準(zhǔn)差降至最低，以此作為隧道圍巖變形規(guī)律統(tǒng)計(jì)的結(jié)論和依據(jù)。

3 隧道變形特征分析

3.1 隧道變形影響因素分析

變形失穩(wěn)模式與巖體所處的地質(zhì)環(huán)境(地下水、地應(yīng)力等)、巖性、巖體結(jié)構(gòu)、施工因素(開(kāi)挖方式、硐室尺寸等)有關(guān)[13-15]。對(duì)于不同的工程而言，影響隧道變形失穩(wěn)的因素不盡相同，且同一工程的不同圍巖段的變形失穩(wěn)模式也會(huì)不同。結(jié)合油坊坪隧道，分析了地應(yīng)力、巖性、地下水對(duì)變形失穩(wěn)模式的影響。

① 地應(yīng)力。圍巖初始應(yīng)力對(duì)隧道工程圍巖穩(wěn)定性的影響是眾所周知的，油坊坪隧道所處變質(zhì)巖體屬于變質(zhì)軟巖范疇，強(qiáng)度較低，性質(zhì)軟，表現(xiàn)出流變特性，在高地應(yīng)力作用下巖體發(fā)生持續(xù)大變形破壞。在變質(zhì)巖隧道支護(hù)措施必須根據(jù)不同變形特征和變化進(jìn)行改進(jìn)。

② 巖體特性。巖性決定巖體的礦物成分，而礦物成分直接決定巖體的風(fēng)化、水理軟化性、膨脹性等物理特征，同時(shí)也決定了巖體的結(jié)構(gòu)特征，而這些將直接影響到圍巖體的力學(xué)強(qiáng)度。變質(zhì)巖區(qū)巖性的影響主要表現(xiàn)為兩個(gè)方面的特征：巖體強(qiáng)度低；巖體含有膨脹型礦物。

③ 地下水。地下水的存在與作用，與隧道或其它地下洞室的工程建設(shè)有著密切的關(guān)系。隧道工程施工實(shí)踐過(guò)程中發(fā)現(xiàn)地下水對(duì)于變質(zhì)巖的劣化作用主要體現(xiàn)在如下3個(gè)方面： 軟化、崩解和膨脹作用。

3.2 隧道變形破壞特征

通過(guò)對(duì)豫西北石英片巖地區(qū)隧道圍巖物理力學(xué)性質(zhì)和變形過(guò)程進(jìn)行分析和監(jiān)測(cè)，本文總結(jié)了變質(zhì)巖隧道的變形失特性。

① 巖性： 大變形發(fā)生段巖體多成薄～中層狀，節(jié)理裂隙較發(fā)育，多為Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖，且?guī)r體中多含云母、蒙脫石、伊利石等膨脹性礦物。

② 滯后性： 初期支護(hù)剛施做完成后，在短時(shí)間內(nèi)基本隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)變形不明顯，隨著時(shí)間的推移，隧道變形速率不斷增加，累計(jì)變形量急劇變大，產(chǎn)生大變形，甚至使初期支護(hù)結(jié)構(gòu)扭曲變形至破壞。

③ 變形破壞模式具多樣性： 如水平收斂、拱頂下沉、片幫、坍塌、侵入擠壓、二襯開(kāi)裂等。

④ 累計(jì)變形大： 隧道圍巖變形量均超過(guò)其對(duì)應(yīng)圍巖級(jí)別的預(yù)留變形量，如Ⅴ級(jí)圍巖水平收斂與拱頂下沉累計(jì)值大于120 mm。隧道水平收斂在部分圍巖段還會(huì)體現(xiàn)出非對(duì)稱變形，嚴(yán)重破壞隧道輪廓。

⑤ 變形速率高：?jiǎn)稳兆冃瘟可賱t10 mm/d以上，多則100 mm/d以上，部分隧道的部分圍巖段單日變形量甚至可以超過(guò)其預(yù)留變形量，并且在施做強(qiáng)支護(hù)后仍有較大變形，變形速率降低緩慢。

⑥ 變形持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)： 由于特殊的工程力學(xué)特性，該變質(zhì)巖隧道變形持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，且隨著施工的多次擾動(dòng)變形速率與變形趨勢(shì)有明顯的變化，如仰拱施工時(shí)隧道也會(huì)出現(xiàn)變形速率變大的現(xiàn)象。

⑦ 破壞范圍大： 發(fā)生大變形的圍巖段一般強(qiáng)度較小，加之其具有顯著塑性變形特點(diǎn)，隧道破壞范圍很大，尤其是支護(hù)強(qiáng)度不夠時(shí)，圍巖破壞區(qū)域可達(dá)幾倍洞徑。因此設(shè)計(jì)中錨桿長(zhǎng)度不能伸至彈性區(qū)，這是變質(zhì)巖隧道中初期錨噴結(jié)構(gòu)失效的根本原因。

3.3 高圍巖壓力條件下石英片巖隧道變形模式與機(jī)制分析

通過(guò)對(duì)已有研究資料的歸納整理，將隧道變形失穩(wěn)模式分為3類，即： 巖體結(jié)構(gòu)控制重力驅(qū)動(dòng)型、應(yīng)力驅(qū)動(dòng)型與應(yīng)力 — 結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)型。

① 重力驅(qū)動(dòng)型。重力型變形失穩(wěn)模式基本上包括了目前結(jié)構(gòu)控制型隧道的破壞模式，但是不同隧道的破壞表現(xiàn)形式可能由于工程地質(zhì)條件的復(fù)雜性而不同。該類型破壞模式支護(hù)方式及參數(shù)的選擇與塊體的規(guī)模有關(guān)。頂拱“人字型”或“多面體”塊體塌落三組或三組以上不同產(chǎn)狀的結(jié)構(gòu)面與臨空面組合切割形成塊體，在爆破及應(yīng)力調(diào)整的影響下，沿頂拱塌落。結(jié)構(gòu)控制的重力驅(qū)動(dòng)型變形失穩(wěn)常在隧道開(kāi)挖后的短時(shí)間內(nèi)發(fā)生，常發(fā)生在隧道還未支護(hù)或進(jìn)行支護(hù)時(shí)，因此在隧道開(kāi)挖后，應(yīng)及時(shí)對(duì)掌子面附近圍巖進(jìn)行編錄，清除可能發(fā)生塌方的危巖，防止造成人員傷亡及財(cái)產(chǎn)損失。

② 應(yīng)力驅(qū)動(dòng)型。由于變質(zhì)巖具有膨脹性，流變性等特點(diǎn)，施做初期支護(hù)后，隧道圍巖變形受限，圍巖膨脹與流變產(chǎn)生的膨脹力與流變力就作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上，因此在較低的地應(yīng)力水平下也可產(chǎn)生較高的圍巖壓力，使隧道結(jié)構(gòu)變形失穩(wěn)甚至破壞。應(yīng)力驅(qū)動(dòng)型變形失穩(wěn)模式可發(fā)生在隧道的任何部位，主要表現(xiàn)為初支混凝土剝落、開(kāi)裂、鋼拱架扭曲變形等。這是隧道變形失穩(wěn)的主要模式，廣泛存在于沿線的隧道中。

③ 應(yīng)力 — 結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)型。彎曲折斷或擠壓內(nèi)鼓層面彎曲折斷一般發(fā)生在薄層狀巖體中，緩傾角巖層一般發(fā)生于拱頂，陡傾角巖層一般發(fā)生于洞軸線與巖層產(chǎn)狀小角度相交的邊墻上軟弱帶擠壓內(nèi)鼓破碎帶、相對(duì)軟弱帶由于應(yīng)力集中超過(guò)其屈服強(qiáng)度，沿最大主應(yīng)力梯度方向往自由面基礎(chǔ)，旺旺會(huì)造成支護(hù)系統(tǒng)的破壞。斷層錯(cuò)動(dòng)斷層錯(cuò)動(dòng)斷層走向與邊墻小角度相交，開(kāi)挖后切向應(yīng)力集中，相當(dāng)于增加了下滑力，誘發(fā)斷層活化。結(jié)構(gòu)面張開(kāi)結(jié)構(gòu)面張開(kāi)由于卸荷作用，應(yīng)力松弛或局部產(chǎn)生拉應(yīng)力，使原有結(jié)構(gòu)面松弛張開(kāi)，一般發(fā)育于與卸荷方向成大角度相交的陡傾角結(jié)構(gòu)面部位。

4 結(jié)論

本章主要就高圍巖應(yīng)力條件下以石英片巖地區(qū)的變質(zhì)巖隧道圍巖變形特性進(jìn)行了相關(guān)研究，以豫西北地區(qū)油坊坪變質(zhì)巖隧道為研究對(duì)象，在現(xiàn)場(chǎng)變形監(jiān)測(cè)和地質(zhì)調(diào)查的基礎(chǔ)上，得出了石英片巖隧道的變形特征；進(jìn)而在歸納該類型變質(zhì)巖隧道變形失穩(wěn)模式的基礎(chǔ)上，提出了石英片巖隧道在高應(yīng)力條件下的變形模式，并分析了其變形機(jī)制，主要得到了以下結(jié)論：

① 石英片巖隧道變形破壞多發(fā)生在節(jié)理裂隙發(fā)育，含有地下水，且含有蒙脫石、伊利石、高嶺土等膨脹性礦物的圍巖之中，且隧道變形破壞具有滯后性、多樣性、變形速率快、變形時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)。

② 隧道變形失穩(wěn)與圍巖應(yīng)力、巖性、地下水等因素有關(guān)，在高圍巖應(yīng)力條件下隧道的破壞模式以應(yīng)力驅(qū)動(dòng)型為重，巖體結(jié)構(gòu)控制重力驅(qū)動(dòng)型為輔。

③ 石英片巖地區(qū)變質(zhì)巖隧道變形失穩(wěn)是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)程，即在支護(hù)結(jié)構(gòu)不能支撐初始圍巖壓力與膨脹壓力的條件下，塑性松動(dòng)區(qū)內(nèi)的巖體將發(fā)生變形破壞，應(yīng)力重分布，然后塑性松動(dòng)圈以外的巖體將重新形成塑性松動(dòng)圈，隧道圍巖的變形破壞就按上述過(guò)程從隧道洞壁逐漸擴(kuò)展至深部圍巖，巖體結(jié)構(gòu)受到破壞，力學(xué)性質(zhì)下降，并加劇了地下水對(duì)其的作用，引起圍巖應(yīng)力的再次重分布，最終使隧道發(fā)生大變形與破壞。

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Analysis of Metamorphic Rock Tunnel Deformation Influencing Factors and Mechanism by Monitoring Measurement

YU Weiyun1, LI Wei2

(1.Xinpu Construction Grop, Zhengzhou, Henan 450012, China； 2 Henan Technical College of Construction, Zhengzhou, Henan 450000, China)

For the study of metamorphic rock tunnel deformation failure mechanism and influence factors, this paper takes oil mill ping metamorphic rock tunnel as the research object, on the surrounding rock physical and mechanical properties and engineering geological conditions on the basis of investigation and analysis, combined with the tunnel deformation monitoring, sums up the deformation and failure process of the metamorphic rock tunnel.Study found: metamorphic rock tunnel surrounding rock is mainly affected by ground stress, rock mass characteristics and groundwater three factors;Tunnel surrounding rock deformation than its corresponding reserve level of surrounding rock deformation, Oil Mill Flat tunnel section and arch parts import and export settlement rate range for 10～35 mm/d.In the process of monitoring, the maximum floor final settlement is 130.5 mm, minimum value is 15.3 mm, a maximum of 131.1 mm, vault subsidence minimum value is 27.8 mm.;Tunnel deformation damage mainly driven by the gravity driven, stress and stress and structure drive type three kinds.

metamorphic rock tunnel； deformation monitoring； high stress of surrounding rock

2016 — 05 — 23

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(71301124)

于衛(wèi)云(1972 — )，女，河南西平人，高級(jí)工程師，工程碩士，在讀博士，研究方向：建筑與土木工程。

U 456.3

A

1674 — 0610(2016)05 — 0057 — 05