赵军
用性分析
(重庆交通大学土木工程学院，重庆400074)
摘要：围岩压力作 实际工程实践中勘察、设计、施工等
环节的重要数据，举足轻重，虽各种理论公式和经验公式由 来已久，但作为伴随现代科技而大量出现的软弱围岩公路隧 道，围岩压力理论公式和经验公式的适用性比较模糊。本文
头山隧道为工程背景，根据其实测值与计算值的对比， 分析了软弱围岩隧道 力公式的适用性差异。关键词：地基工程;软 &压力；计算； 性中图分类号:U451.2 文献标志码：A文章编号：1672 -4011(2017)011 -0105 -03 DOI! 10. 3969/j. issn. 1672 -4011. 2017. 011. 052
700-1600- 500-
/
J—
§ w t
1A
4oo
C3oo
2oo
(a)四级围岩竖向压力与埋深关系
B
前言
8oo
在建设施工过程中，隧道处于地下的一个相对封闭的空
间， 建 ，必 道围岩压力做比较精确的计算，才在接下来的施工中进行 的支护和 塌等。
道围岩压力的计算 可分为 ， 是有卡柯公式⑴、芬纳公式[2]、 公[2]、普氏公式[2]、沙基公式[2]、比鲍曼公式[2]及U •利特公式[2];另 是经验公式有《公路隧道 范》（JTG D70—2004)(以下
《公路 》）公[3]、《路道 范》（TB10003—2005)(以下简称《铁路 》）公式[3]、《水工隧洞设计规范》（LL 279—2002)(以下 《水工 》）公[4]、 《人工 洞 范》（以下 《人工洞 范》）公[2]、 Q系统围岩分级的围岩压力计算公式及 1RMR系统围岩分级体系的围岩压力计算公式。
1
隧道围岩压力的计算方法对比
oo oo oo
— oo
oo
§
oo
765432
wt
-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
埋深/m
(b)五级围岩竖向压力与埋深关系 图1 围岩压力与隧道埋深的关系
在深 下，围为五 ，《公路'公式所得结
果要比太沙基公式小；围条件为四 ，除了卡柯公式、全
公式、普氏公式、比鲍曼公式、水工 公式及PMR系统公 外，其公式所得结 差不大； 比鲍曼公式，《水工'，在深较浅和较深的 下，其所结果都较小，甚至有可能会小于0，而在中间段，其值又明 显高于其他公式，呈现 头低中间高的态势， 减，这与实际 不相符，故而在埋深到 度后并不用。
RMR系统公式、《人工洞室规范》公式和《水工隧规》公 式是由众多的统 而得到的经验公式，可是因为选取修建 工 的 条件一般较好，从而在实测现场获得的数据显得小 。
而《公路'公式比较特别，在整 并非一条光滑的曲线，而是存在 特殊的中间临界值， 深小 ：临界值时，用 公式比较 ； 深 临界值时，应该利用谢家杰公式;而 深大到 度时，围压力会发生突变并进而 稳定， 围本 到了
的承载作用。
公式，从公式本身来看，显 常的简单、明
了， 用 层较 破碎松软的岩层，一旦层埋深厚度 值便显 不适用，有 的局限性。
为 公式未考虑隧道跨度的 ，因此，不考虑其
• 105 •
本文分析隧道围岩压力 深的 ，根据公路工程建
设通用参考数据取值，四及五级围岩的计算 值如表1，各公式下围岩压力与埋深关系见图I
表1
围岩压
参数值道宽
度/?
粘
围岩围岩重度道高另lJ/(kN • ? -1)度/?四五级
内摩擦
角/(。）
道埋
深/m
21.519101015.4615.46
C/kPa200130
3224100100
从图1可以 ，各理论公式或经验公 四级和五级围岩而言，其 的结 来说是 的，压力由小到大为卡柯公式、《水工'公、《人工洞 范》公、RMR系统公式、太沙公式、《公路 '公、普氏公、比鲍曼公式、 公。从总体 ，各公的基本律 小异， 的 值间存在不同， 所 的结 小还是会有所不同。
收稿日期=2017 -08 -25作者简介:赵（1989 -)，男，四川达州人，在读研究生，主要研究方向：隧道与地下工程。
V〇1.43,N〇.ll (T l»i 第43卷第 11 期Nov.，2017________________________________________________Sichuan Building Materials_____________________________________________2017 年 11 月
围岩压力随跨度的影响。设隧道为l〇m的开挖高度，埋深 为
H
取值见表2。
表2
号
YK6 +000YK6 +085ZK6 +327ZK6 +460YK6 +580YK6 +346
=50m，其 的取值与
图2所
。
， 算的隧道竖
围岩力学参数值
围岩围岩皸开挖跨 高粘聚力道埋深_
另r(kN.m-1度/m度/m /kPa角/(。）深m 哪
压力随跨度变化
44443419
19191922191818181818188.958.958.958.958.958.95130130130130200130242424243324
9412486877780
深深深深深深
实测所选取的龙头山六个断面的围岩压力稳定值的空 间分布见图3。
(b)五级围岩竖向压力与跨度关系 图2
变化，其值 较
远
围岩压力与隧道跨度的关系
，再变，但比鲍曼公式的值在跨度
其他公式，值
的是，当跨度较小时，其值
呈，
(e)YK6+580 断面
（f)YK6+346断面
由图2不难发现，太沙公式和比尔鲍曼公式呈非线性
图3 各断面围岩压力实测值
以上9种围压力计算
值与实测值垂
表3
卡柯公式
各
围岩压值
小于0。而除了太沙基公式和比尔鲍曼公式，其他公 线性变化，《水工 由 2
'公结果偏小。从图2还可以
差较大。
的不同，各公所得结
龙头山工况介绍及实测对比
到的围岩压力计算
。
kPa
分最大值如表3所
值
YK6 + 000 YK6 + 085 ZK6 + 327 ZK6 + 460 YK6 +580 YK6 + 346
2.1 龙头山工况分析
龙头山隧道位
东
，地处
、京珠国道主干线绕
公路
市黄埔区南岗大庄村，进口为南岗大庄村
行车速度为100高度为13.56洞八车道公路
、下行分离
道
，左线长1010 m，右线
156.5364.25319.96373.97314.64143.1585.5228249.68339.36
170.5164.25331.9445.35314.64143.1585.5228249.68155.54
151.9564.25314.47425.01314.64143.1585.5228249.68197.96
152.5464.25315.23419.47314.64143.1585.5228249.6865
25.4869.61157.16465.53182.1692.6099.00132.00277.2028.28
148.1964.25309.41453.16314.64143.1585.5228249.68275.73
普氏
公式太沙基公式比尔鲍曼公式《公路《路《水工人工洞室
RMR
，口为龙头山森林公园。隧道
km/h，路线
长1 006m，最
m(含仰拱），最
宽度为21.47m，最
最大的分离
为229. 4 m2，道净宽18. 0 m，净
高5 m，为目前国内建 道。
本文对龙头山隧道中六个断面围岩压力进行分析比对， 选取进口，右线YK6 +000断面、右线YK6 +085断面、左线
ZK6 +327断面、左线ZK
+460断面、右线YK6 +580断面、右
岗岩，岩本稳定；四
岗岩，节
线YK6 +346,其中第1〜4、6断面是五级围岩，第三个断面
块状结构，
系统实测压
力值
是四级围岩。其 5级围特征为:微风化
，
级围
较育，
的围岩特征为：围为弱、微风化
2.2各断面围岩压力与实测值对比分析
1)
值与实测围岩压力值均有一定差距，前面已
(下转第108页)
理较发育， 块状镶嵌结构，隧洞 较稳定，拱部无 支护时可产生局部坍塌。其左线长1 010 m，右线长1 002
m，单洞净宽18 m，净
高8. 95 m。以 的围岩力学参数
• 106 %
V〇1.43,N〇.ll (T l»i 第43卷第 11 期Nov.，2017________________________________________________Sichuan Building Materials_____________________________________________2017 年 11 月
静压超过弹性阶段以后，随着轴向静压的增大，岩石试件内 部裂纹又重 低。
在实际的工程岩体爆破开挖过程中，多数岩体是承受循 环的动荷载作用，有许多学者对岩体在循环冲击的作用下岩 石的能量耗散特性进行了研究。研究结果表明，在围压条件 不变的 也会
下，随着
应变率的增加，
实验研究发现， 。
[5] [2 ]
性模量会随之增大。
参考文献：
[1 + 005038 ]
挥作用，进 伤 ，因而弹 会
[1] 戴俊.岩石动力学特性与爆破理论[M].北京:冶金工业出版
社，2014.
朱万成，唐春安，左宇军.深部岩体动态损伤与破裂过程[M ]. 北京:科学出版社，2014.
的
的的
；当应变率不变时，随着围压的增加，
[3] 何满朝，钱七虎.深部岩体进展[M].北京：科学技术出版
， 200\".
[4] 李夕兵，古德生.岩石冲击动力学[M].长沙：中南工业大学出
版社，1994.
凤强，李夕兵，刘希灵.一维动静组合加载下砂岩动力学特 性的实验研究[J].岩石力学与工程学报，2010,29(10):76
会减小。金解 ，会到轴压的较 4
结论
1) 利用改进后的霍布金森压杆装置，通过控制轴压和围压的大小的条件下，进行了一系列的动静组合实验，发现当 轴压不变改变围压时，随着围压 ; 度会
化而相应改变。
2) 通过实验显示，随着岩石的动静组合的不同，岩石的弹 处
会产生相应的变化。当围压不变， ，随着轴向静压的 伤
，
的弹
会
，随着轴向静压的
处弹性，当岩的弹
减小。
，
的强度会.增
，
的强
围压不变而改变轴压时，随着轴压
-85.
[6] 李夕兵，周子龙，叶洲元，等.岩石动静组合加载力学特性研究
[J ] •岩石力学与工程学报，2008，27 (7): 87 - 95.
[7] 许金余，吕晓聪，张君，等.围压条件下岩石循环冲击损伤的能
力特性研究[J].岩石力学与工程学报，2010,29(S2):59 -65.[8] 夏昌敬，谢和平，鞠杨.孔隙岩石的SHPB实验研究[J].岩石力
学与工程学报，2006,25(5):89 -90.
[9] 叶洲元.动力扰动下高应力岩石力学特性研究[D].长沙：中南
大学，2008.
[10] 周子龙.岩石动静组合加载实验与力学特性研究[D].长沙：中
南大学，2007.
的强度会随着动静组合的变
，岩石的弹：量
会随之减小。当轴静压不变，随着围压的增大， (上接第10\"页）
公式的计算结果与一部分实测值较为接近，围岩压力的理论 算
的进
深究很有必要。
考虑
或少数几
2)
围压力公 不一，均不能准确反映在特定围
，围岩压力量值大小受各种因素的相互影响和制约，
而
围岩压力计算 ，从而
是，将 没有
2)
的必 围岩压力的
。
围岩压力计算值与实测值之间的差距。但
考虑在内是不可能的，也
岩状态下的压力值。
3) 具体的隧道围岩情况复杂，由于围岩压力的时空效应，即是实测值，
，
应对措施为宜。
参考文献：[1 ]
伍冬.山岭隧道围岩压力计算方法及其适用性研究[M ].北 京:北京交通大学，2012.
描在 刻的围岩压力，在道的而及
以
[1:005077]
由卡柯公式、普氏公式、比尔鲍曼公式、《水工隧 体作业中，当实
。
规》、人工洞室、PMR系统公式本身所固有的缺点，并不适合道围岩压力的计算，此处不 3) 从表3可知，
所在埋深均为深埋，仅有太沙
算得到的围岩压力垂直分量比较接近实测值分量。
3
结论与讨论
本文基于龙头山隧道工程为依托背景，选定六个隧道断 面，据每 较，得以分析
1)在
的实际工
围
值，
了
1
围岩压力计算公式下的围岩压力值，再与
深埋公路隧道下的压力。深埋公路隧道下，在
公式中，太沙基
实测值相比
[2] 王成.隧道工程[M].北京:人民交通出版社，2009.
[3] 中华人民共和国水利部.水工隧洞设计规范+ SL-279—2002
[L].北京：中国水利水电出版社，2002.
[4 ]
严宗雪.龙头山隧道防排水技术[J ]•公路隧道，2005，50 (2): 42 -46.
• 108 %
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容