水平岩层隧道围岩变形破坏特征研究

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1、水平岩层隧道围岩变形破坏特征研究：本文以山西省平榆高速公路狮子凹隧道为依托，对水平岩层隧道围岩变形破坏特征进行了研究。结合狮子凹隧道工程实践，现场监控量测数据，归纳出不同地层构造下水平岩层隧道围岩的变形破坏特征。　　关键词：水平岩层；围岩变形；隧道　　Abstract:inthispapertheyupinginShanxiProvincehighationandfailureoftheresearchonthecharacteristic.binedonitoringdata,inducesthe

2、differentformationstructurelevelofsurroundingrockstratacharacteristicsofdeformationanddestruction.　　Keyassdeformation;tunnel　　　　　　：U45：A：　　　　未经构造变动的沉积岩层，其形成时的原始产状是水平的，先沉积的老岩层在下，后沉积的新岩层在上，形成产状近于水平的构造称为水平构造，亦称为水平岩层。自然界中绝大多数的沉积岩是在广阔的海洋和湖泊盆地中形成的，沉积岩的分布之广，约

3、占到了大陆表面的3/4，而且其原始产状大部分是水平的，许多变质岩也具有层状构造特征。因此在工程活动中会遇到大量由水平岩层所带来的诸多工程问题，尤其是隧道工程。进入21世纪后，随着科学技术及经济的发展，隧道工程在基础设施建设中所占的比例越来越大，而隧道穿越的地层又以水平岩层最为普遍。但是人们对于水平岩层隧道方面的研究还不够深，与其相配套的既经济又安全度高的施工工艺还很不完善。所以，对水平岩层地区隧道围岩的稳定性机理及施工工艺进行探索研究，有着重大的理论意义与实际应用价值。　　1工程概况　　狮子凹隧道为

4、一座上、下行分离的四车道高速公路特长隧道，隧道平遥段洞口位于山西省祁县境内，榆社段洞口位于榆社县境内。隧道左线起讫桩号为SZK44+376～SZK48+758，全长4382m，右线起讫桩号为K44+254～K48+765，全长4511m。　　狮子凹隧道围岩岩性主要以砂岩、砂质泥岩和泥质砂岩为主，以砂岩与泥岩互层为其基本特征，这些都属于弹塑性软质岩，岩体中含有大量的粘土矿物。狮子凹隧道所处地区近水平岩层多为砂泥岩互层，岩层倾角较缓，具有软硬相间、软硬层性质差异大、层间结合差，陡倾节理发育，泥岩强度低且

5、遇水后易软化，易于风化剥落等特点，因而狮子凹隧道围岩在开挖过程中的变形破坏具有特殊性。　　2监控量测分析　　本文根据狮子凹隧道隧址的特殊性，分三种典型地质地层来研究其围岩破坏特征，即近水平的厚层砂岩地层、砂岩泥岩互层交错地层、薄层泥岩地层。针对上述三种岩层，采用监控量测的手段来研究分析隧道围岩的变形破坏特征。　　狮子凹隧道属于特长隧道，地质情况较为复杂，本文针对三种典型地层构造，采取不同的断面布置方案，每种地层各取一个断面的拱顶下沉和周边收敛检测数据进行分析。每段断面选取情况如下：　　(1)K48+

6、073～K48+565段，近水平的厚层砂岩地层，每40米布置一个断面，取K48+480断面；　　(2)K47+782～K48+073段，砂岩泥岩互层交错地层，每20米布置一个断面，取K47+840断面；　　(3)K47+590～K47+708段，薄层泥岩地层，每10米布置一个断面，取K47+660断面。　　2.1近水平的厚层砂岩地层断面监测结果　　选取K48+480断面的监测数据来研究近水平的厚层砂岩地层隧道围岩的受力变形情况，在此主要就拱顶下沉和周边收敛进行量测分析，监测曲线分别如图1、2所示。　

7、　　　图1K48+480断面拱顶下沉监测曲线图2K48+480断面周边收敛监测曲线　　分析图1拱顶累计下沉曲线图可知，监测时在1到14日内拱顶下沉数值变化较大，其中最大日沉降量达0.52mm，累计沉降为5.47mm，在这一阶段中围岩处于加速变形时期；第15日到29日拱顶下沉数值变化量较小，最大日沉降量为0.30mm，累计沉降量仅有1.45mm，表明隧道围岩变形仍在继续，但趋势已经逐渐减弱，开始进入缓慢变形期，在这29天内拱顶累计下沉量共计6.92mm；29天以后拱顶沉降变化趋势多为平稳发展，沉降曲线

8、基本趋于水平，沉降速率逐渐减小，处于末期沉降阶段，表明围岩变形已逐渐稳定。当监测到第47天时，拱顶当日下沉速率仅为0.024mm/d，连续9天小于0.15mm/d，认为围岩位移达到基本稳定，而且累计沉降量仅7.74mm，变形较小。　　由图2周边累计收敛曲线图可知，监测时在1到13日内水平收敛位移较大，最大日收敛位移量达0.48mm，累计收敛为4.77mm，表明围岩处于加速变形期；第14日到34日周边累计收敛曲线基本趋于平缓，最大日收敛位移仅0.28mm，累计位移仅为2