摘要：本文以山西省平榆高速公路獅子凹隧道工程為依托，對水平薄層隧道圍巖變形破壞特征進行了研究。結合工程實踐及現場監控量測數據，總結出水平薄層隧道圍巖的變形破壞特征。
關鍵詞：水平薄層圍巖;變形破壞特征;監控量測
Abstract: In this paper, take Pingyu Highway lion concave tunnel project to relying in Shanxi Province, study the level of thin-layer tunnel surrounding rock deformation and failure characteristics. Engineering practice and on-site monitoring of the measured data summed up the level of the thin layer of tunnel surrounding rock deformation and failure characteristics.
Key words: horizontal thin layer surrounding rock; deformation and failure characteristics; monitoring measurement
中圖分類號：U452.1+2 文獻標識碼：A 文章編號：
水平巖層(horizontal stratum)是指產狀呈水平或近水平的巖層，即同一層面上的各個點大致具有相同的海拔高度，地質圖上的地質界線大致平行于地形等高線。層狀巖層在自然界中分布較廣，在工程活動中會遇到大量由水平巖層所帶來的諸多工程問題，尤其是隧道工程。水平薄層是層厚小于30cm的巖層，其穩定性較差，對隧道的開挖支護極為不利，因此對于水平薄層圍巖的變形破壞特征進行探索研究，有著重大的理論意義與實際應用價值。
1工程概況
獅子凹隧道為一座上、下行分離的四車道高速公路特長隧道，隧道起點平遙段洞口位于山西省祁縣境內，終點榆社段洞口位于榆社縣境內。隧道左線起訖樁號為SZK44+376～SZK48+758，全長4382m，右線起訖樁號為K44+254～K48+765，全長4511m。
獅子凹隧道圍巖巖性主要以砂巖、砂質泥巖和泥質砂巖為主，以砂巖與泥巖互層為其基本特征，這些都屬于彈塑性軟質巖，巖體中含有大量的粘土礦物。獅子凹隧道所處地區巖層傾角較緩，層間結合差，陡傾節理發育，泥巖強度低且遇水后易軟化，易于風化剝落，薄層圍巖所占比例較大，圍巖穩定性較差。
2薄層狀巖體結構
巖體是在地質歷史過程中形成的，由巖塊和結構面組成、具有一定的結構并賦予一定的天然應力狀態和地下水等地質環境中的地質體，結構面和結構體是它的兩種結構單元。結構面是指存在于巖體內的各種不同特征、不同成因的地質界面，隧道圍巖中存在著大量的層理、節理、裂隙等各種結構面。結構體是經過結構面切割以后形成的巖石塊體。不同的結構面與結構體之間以不同方式排列組合便形成了不同的巖體結構類型。
因為組成巖體的巖性、其所受的構造變形及次生變化是不均一的，所以巖體結構是復雜的，為了概括巖體結構面與結構體的形成原因、特征及其排列組合關系，在巖體結構力學理論中將巖體結構劃分為五大類，即整體結構、塊狀結構、層狀結構、碎裂結構、散體結構，其中層狀結構按軟弱面發育密度可分為層狀(軟弱面間距50～30cm)、薄層狀(間距小于30cm)。薄層狀結構在構造作用下表現為相對強烈褶曲和層間錯動，其層理、片理發育，原生軟弱夾層層間錯動和小斷層不時出現，結構面多為泥膜、碎屑和泥質物充填，一般結合力差，結構體形態為板狀或薄板狀。
3水平薄層狀圍巖破壞形式
3.1層狀巖體圍巖破壞
層狀結構巖體構造較為簡單，它可以由單一巖性構成，也可由不同巖性互層或夾層組合而成，常以軟硬互層的形式出現，層面常有層間錯動及泥化夾層等軟弱結構面發育，且層面之間粘結力較弱。巖層產狀及巖層組合是水平層狀巖體變形破壞的主要控制因素。其破壞多為頂部彎曲下沉和產生離層，當下沉量較大時，分層出現折斷破壞，破壞形式主要有：沿層面張裂、折斷塌落、彎曲內鼓等。在成層性好且軟弱夾層發育、產狀平緩的層狀巖體中開挖的隧道跨度較大時，拱頂圍巖穩定問題比較突出，當遇有斷層且其走向與隧道中軸線夾角較小時，拱頂最易發生塌方。不同產狀圍巖的變形破壞形式如圖1。
對于層狀巖體，應抓住層面特征、產狀、層厚等來分析其變形及破壞機制。在水平層狀圍巖中，可以認為產狀平緩的層狀巖體在洞頂處形成類似于組合梁結構，洞頂兩端是固定的梁板，在頂板壓力作用下，梁板將產生下沉彎曲、開裂，形成懸臂式組合梁結構，其安全度就大為降低。當巖層較薄時，如果不及時支護，任其發展，則會逐層折斷而塌落，最終形成如圖1a所示的狀況。
3.2薄層狀巖體圍巖破壞形式
獅子凹隧道K47+590～K47+708段地層為三疊系二馬營組泥巖，薄層構造，紫紅色，中風化，泥質結構，層理構造，自穩能力一般。此段巖層較薄，層厚大多小于10cm，層與層之間存在軟弱夾層。
選取K47+660斷面的監測數據來研究水平薄層隧道圍巖的穩定性，就拱頂下沉和周邊收斂進行量測分析，監測曲線分別如圖2、3所示。圖4、5分別為近水平的厚層地層隧道圍巖的拱頂下沉和周邊收斂監測曲線。
對比圖2、3與圖4、5發現K47+660斷面拱頂下沉量及周邊收斂值均較大，將近K48+480斷面的兩倍，說明水平薄層泥巖地層的變形比近水平的厚層砂巖地層的變形要大，圍巖較之不穩定。從監測結果中還可以看出拱頂處圍巖的變形比周邊圍巖變形要大。由于泥巖是由粘土脫水膠結而成，以粘土礦物為主，所以其強度較低，而且又因其層理較薄，層與層之間的結合性較差，隧道開挖后容易向臨空面擠出，所以拱頂處經常出現大范圍的平板脫落現象。在節理裂隙發育地段，對于水平薄層泥巖一經開挖即成破碎狀態，再加上地下水的影響，很容易出現滑塌現象。
4 結語
本文結合現場監控量測數據，總結出水平薄層隧道圍巖的變形破壞特征：
(1)水平薄層隧道圍巖開挖后容易向臨空面擠出，拱頂處經常出現大范圍的平板脫落現象;
(2)在節理裂隙發育地段，對于水平薄層圍巖一經開挖即成破碎狀態，再加上地下水的影響，易出現滑塌現象;
(3)水平薄層隧道圍巖的變形比近水平的厚層砂巖地層的變形要大;
(4)水平薄層巖層拱頂圍巖受力較邊墻圍巖受力大，破壞多發生在拱頂處。
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