摘要：近年来，我国铁路建设标准得到了很大提高，铁路隧道工程施工中的长度、深度和跨度都有所增大，面临的地质条件也越来越复杂，出现了越来越多的新问题。总的来说，围岩变形失稳工程中的地质问题，包括高地应力软弱围岩变形问题、古老变质岩软弱结构面变形问题、侵入岩脉蚀变岩体塌方或突泥问题等。这些问题对工程造成了各种各样的影响，有的对隧道中的支护结构造成破坏，有的造成大面积塌方等，严重威胁到了施工的安全。本文对铁路隧道施工中围岩变形失稳工程地质问题进行探讨。
关键词：铁路隧道；围岩变形失稳；地质问题
1 铁路隧道施工中围岩变形失稳工程中地质问题
1.1 岩层岩体顺层塌方问题
1.1.1工程实例
某铁路半山隧道是双线单洞隧道，隧道的总长度是5.6km。隧道施工中因为奥陶系砂质板岩地层中发育层间节里密集带，走向和隧道交角小，因为多月降雨使得围岩和结构面强度软化导致了塌方，塌方地段长达83m。
1.1.2地质特征
通过对工程的分析，总结了顺层塌方中的地质特征。顺层塌方的主要原因是因为降雨，雨水会沿着层面向下渗水，会降低岩石和结构面的结合强度。围岩的成层性较为明显，多为板岩和粉砂岩石，岩石的强度一般，硬度偏软，但其硬度要在极软岩以上。岩层多为单斜构造，倾斜的角度在45°~90°之间，当岩层和隧道方向趋向于平行时，就会形成顺层结构，增大了塌方的可能性。岩石的塑形变形不太明显，失稳变形中有着突发性和隐蔽性。
1.2 古老变质岩软弱带结构面变形问题
1.2.1工程实例
从张家口到集宁铁路旧堡隧道总长度为9.6km，通过华北北部太古界片麻岩、变粒岩地层。这里变质深多硬质岩和极硬岩，施工中易出现围岩变形问题，拖延工期。
1.2.2地质特征
从工程中分析得知，片麻岩、角闪岩中有许多的黑云母，对岩石的强度造成了较大的影响。岩石进行变质时，花岗岩物质顺层侵入，因为熔融程度不深，不能形成混合岩。加上石英岩的发育，增加了岩体的结构面。经风化后易形成高岭土，称为软团块。地质变化过程中，有许多橄榄岩、角闪岩顺层侵入，经蚀变形成软质岩夹层，这些岩层的强度较低，遇到水时易发生软化和变形。多种蚀变岩类结构面形成了地下水通道，当隧道开挖时，会让地下水汇集，软化多种蚀变夹层，增大塌方的可能性。
1.3 侵入岩脉蚀变岩体塌方问题
1.3.1工程实例
某铁路隧道中出现塌方现象。这条隧道是双线单洞大跨隧道，长度是2025m，最小埋深是8m，最大埋深达到了200m。隧道通过太古界的大理岩，施工中发生了塌方。塌方地段主要是大理岩，辉绿岩墙最先发生塌方，总体来看，岩体风化严重。
1.3.2地质特征
一些大型的岩脉附近，岩体在较强的挤压作用下，造成围岩发生了破碎。其中基性岩脉风化程度较为严重，最终形成了富水风化带。围岩走向和隧道相交的角度较小时，造成影响的地段较长，易形成连续性的塌方。
1.4 极软岩挤压或卸荷大变形问题
1.4.1工程实例
从宜昌到万州铁路堡的隧道长度为11.6km，最大埋深在200~400m之间，大变形地段为单斜构造，围岩的走向和隧道大致平行岩层从隧道左侧向右侧倾斜，角度在35°-55°之间。由于层间水的作用，隧道内出现了顺层滑动变形，发生内挤现象，拱顶下沉，造成了支护开裂，一些地段发生了塌方现象。
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1.4.2地质特征
软岩大变形有着流变特性，在外部荷载稳定状况下，岩体随着时间发生变形，一直到发生垮塌。通常情况下，岩体的变化会经过3个阶段，从最初的阻尼阶段到均速再到加速。由于山体的巨大的重力，对围岩带来了较强的外部荷载，通常情况下，当隧道埋深大于200m时，软岩的危险性较大，极容易引起变形。围岩的强度较小，地应力较大，是发生变形的主要原因。实际施工中，除了岩石强度低的情况，一些地段引起大变形现象是因为顺层结构，尤其是一些有地下水的状况，地下水的存在非常容易将层面的结合强度降低，从而造成顺层滑动的现象。极软岩地质状况中，地应力主要是以水平方向，在一定程度上受到顺层因素的影响。总的来说，极软岩大变形的大小和时间也会受到岩层产状、岩性和构造、地下水和埋深等影响。当岩层和隧道的走向趋向于平行时，就越可能会发生变形。极软岩强度越低，发生变形的程度也就越大，层面随着发育，变形也会增大，软
层较厚时，产生的变形也会增大。极软岩产生大变形也会受到埋深影响，随着埋深的增加，山体自身的压力也随着增大，围岩强度不足时，就导致了变形的发生。
2 围岩变形失稳工程中的高地应力作用软弱围岩的变形问题
2.1 工程实例
从兰州到重庆铁路要经过西秦岭隧道群，期间有板岩、千枚岩等长达90km的软弱围岩地段，隧道占比70%。该地段中地层岩性变化较大，地应力较为复杂。地应力达到了27-30MPa，隧道变形量较大，最大到100cm。隧道中发生了持续变形，出现了非常严重的破损状况，衬砌也存在着开裂现象。
2.2 地质状况
通过对工程的地质环境的分析，软弱围岩大变形有地应力强度高、变形时间长、分布范围广等特征。软弱围岩大变形地应力以水平方向为主，强度通常为25~30MPa。隧道开挖后，应力状态的时间较长，很难形成新的平衡。由于软弱围岩大变形地质分布范围较大，其中的一些软岩有着发生变形的可能性，软岩形成韧性剪切塑形变形的可能性较大。该种地质条件下，当最大主应力方向和隧道走向出现大角度出现相交时，会在边墙或者洞顶发生大变形。当两者出现平行时，在掌子面处容易出现大变形。总之，大变形的幅度和多种因素相关，其中暴露了岩石的特性、岩层状况和地应力的方向等。另外，大变形还受到工程因素干扰如支护措施、施工进度等。
2.3 高地应力作用的优化措施
在高地应力的作用下，地质围岩会出现大程度的挤压变形，通常表现为围岩发生位移或者向内聚拢。高地应力作用导致的地质形变特征为作用力大，时间长，并且有蠕动现象。因此优化措施中要加强监控。
2.3.1加强前期检测
监测技术包括初始设计和修正设计两阶段。现场监测技术中包括掌子面附近的围岩稳定性、高地应力范围等方面，通过对它们测量可推出监测设计。因为围岩处在不稳定状态，在高地应力的作用下，软质岩石和一些较硬的岩石分布不均匀。监测工作要和施工进度做到互相匹配，监测要分步进行，得出不同分段的参数，这样才能保障监测数据的准确性。
2.3.2正确使用奥法原则
计算铁路隧道围岩稳定性时，通常是进行力学计算，完成对隧道的设计。使用新奥法原则对修建隧道，通过对类似已建工程参数的参考，结合施工过程中对围岩测量信息，作出综合性的分析，完善设计方案，实现更好的施工。奥法原则中将施工监测和锚杆等结合在一起。施工人员在施工前对附近的围岩应力和形变状况实施监测，设计相应的施工方案。新奥法可以与施工进度同步，监测施工过程中围岩的稳定性，保障施工的安全。
结束语
综上所述，铁路隧道施工中，围岩变形失稳工程中的地质问题非常复杂，存在着许多潜在的风险因素。文章结合具体的施工实例，简述了铁路隧道施工中围岩变形失稳工程中存在的多种地质问题，并着重分析了围岩变形失稳中的高地应力作用软弱围岩大变形问题，提出了相应的优化措施，铁路隧道施工提供相应的参考。
参考文献
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[3]王辉.中厚多软弱夹层复合顶板巷道围岩破坏机理及支护研究[D].太原理工大学，2017.
论文作者:刘磊
论文发表刊物:《基层建设》2020年第1期
论文发表时间:2020/4/20
标签：围岩论文; 隧道论文; 应力论文; 地质论文; 岩层论文; 铁路论文; 工程论文; 《基层建设》2020年第1期论文;