摘要：随着我国基础设施建设的日益加快，高速公路、铁路交通建设的不断发展，往往在建设中我们会遇到地质陡峻险要、地质条件复杂等工程问题。在绝大多数的沿河或者傍山隧道建设中，洞口附近都会存在不同程度的偏压现象，使得施工难度大，成本增加，施工方法复杂，支护难度大。偏压隧道是公路和铁路建设中经常遇到的隧道类型，如何准确快速的判别隧道是否偏压具有重要意义。
关键字：偏压隧道；成因；判别方法
1.偏压隧道的成因
1）地形引起的偏压
当隧道围岩两侧对称性低，一侧具有临空面;或埋深较浅，难以成拱，同时围岩性质差，地表比较倾斜，使得隧道两侧围岩压力差值很大，形成偏压。
2）地质构造引起的偏压
当隧道围岩产状倾斜、同时节理裂隙发育较好，又存在软弱结构面或滑动面等情况时，围岩的自稳能力极差，在隧道施工中如果超前支护不够，一旦开挖极易导致岩体沿层理面滑动。当工程地质条件为断层、破碎变质岩和岩脉、软硬相间岩层错动的层状岩体、强烈褶皱带和褶曲轴部、风化严重的岩体及堆积物、特殊岩性地层、含水地质构造等均可能导致隧道产生偏压。
3）施工原因引起的偏压
施工原因引起的偏压，多是由于支护强度不够，开挖方法欠妥、或进尺偏大导致围岩一侧塑性区变大发生局部坍塌，如岩块滑动及塌落、层体岩体弯折或弯曲变形、松动脱落、塑性变形和剪切破坏等，从而降低了围岩压力的平衡性和稳定性，导致一侧造成应力偏大引起偏压。
2.偏压隧道的判别
1）规范法
根据规范当隧道拱肩覆土小于或等于表1相关数值时，要考虑偏压效应。
表1偏压隧道外侧拱肩山体至地表面垂直距离t值(m)
2）普氏理论
普氏理论认为，当隧道在一定深度处开挖，其上方岩体将形成一个自然平衡拱，那么此时隧道仅受自然拱内围岩松散体对支护结构的压力，而自然拱外的围岩压力将由自然拱承担。由此可知，当偏压隧道的侧覆土厚度或埋深达到一定值时，偏压效果由于自然拱的存在而减弱。
普氏理论的计算公式如下所示:
y=x2/bf
式中，b为自然拱的半跨，b=B/2+hf*tan(45o-Φ/2)，其中，B为隧道的跨度，Φ为围岩的计算摩擦角，f为围岩的坚固性系数，f=tanΦ。
3）偏压系数λ
式中：σx左和σx左分别为左、右侧观测点衬砌的X方向的应力；σx右和σx右分别为左、右侧观测点衬砌的y方向的应力。
4）定量判别
由于围岩级别、地表坡度和埋藏深度三个方面的综合因素使隧道受到来自于地形引起的偏压影响。把围岩级别和地表坡度作为定量，根据隧道埋藏深度的不同来判断隧道是否为偏压隧道。
对围岩级别为Ⅳ石，横坡分别为1:1.5和1:2.0的隧道，当埋藏深度分别大于11m和10m时可判别为偏压隧道；对围岩级别为Ⅳ土，横坡分别为1:1.5和1:2.0的隧道，当埋藏深度分别大于16m和14m时可判别为偏压隧道；对围岩级别为Ⅴ，横坡分别为1:1.5、1:2.0和1:2.5的隧道，当埋藏深度分别大于30m、25m和20m时可判别为偏压隧道.
5）Y向位移差值（4UYLR值）法
偏压隧道左右拱肩位移不对称性的一大特征就是Y向位移的不对称性。假设对称的隧道结构左右两侧受到的荷载相同，那么左右拱肩的Y向位移也是对称的。隧道结构两侧受到的荷载差值越大，左右拱肩产生的Y向位移差值也越大。因此可以用左右拱肩产生的Y向位移的差值来定量的反应隧道的偏压程度。
测点编号L, R分别代表为左拱肩和右拱肩。位移场向上为Y轴的正向，位移单为毫米(mm)。对不同工况的左右拱肩Y向位移差值(4UYLR)升序排列，并绘制散点图。拟合曲线出现了两处拐点，本文以两拐点处的4UYLR值作为判断偏压隧道偏压效应强弱的值。两拐点处的4UYLR值分别为1. 5mm和2mm，即(O-1.5mm)范围为弱偏压，(1.5mm-2mm)范围为中等偏压，大于2mm的工况为强偏压。
6）两侧荷载不对称系数法
假定偏压分布图形与地面坡一致，则埋侧深偏压qs与浅埋侧偏压qQ之差△q=qs-qQ=Bftana*γ,a为地而坡坡角。借鉴工程行业对于不均匀程度通常的描述习惯，定义深、浅埋两侧荷载不对称系数
Cun的范围为0-2，取值越大偏压情况越严重。当该值为0时，表示深浅埋两侧荷载相等，不存在偏压情况;当Cun<O. 2时，可忽略偏压;当0.2≤Cun<0.5时，轻微偏压;当0.5≤Cun<1时，较严重偏压;当1≤Cun<2时，严重偏压;当值为2时，表示偏压的极限状态，此时浅埋侧荷载为0，荷载图形为三角形。
7）偏压率
地形偏压率是通过地形偏压率判断地形对隧道偏压的影响程度。取高程相同、水平相对距离为D的一系列节点，将埋深较大节点与埋深较小节点的竖向应力比值σy2/σy1定义为地形偏压率P。
根据偏压率大小可将“地形偏压”分为偏压率P > 2.0的严重偏压;偏压率在2.O≥P>1.2之间的一般偏压和偏压率P>1.2的轻微偏压三个等级。
8）围岩覆盖厚度判断法
对于普通地质条件下，即无大的构造地应力、无特殊岩类的情况，软质岩类在地面倾斜坡度较大，以隧道外侧拱肩至地表垂直距离t判别隧道是否偏压。围岩级别为Ⅲ石，地面坡度为1：1、1:1.5、1:2时t值分别小于等于5、4、4时隧道偏压；围岩级别为Ⅲ土，地面坡度为1：1、1:1.5、1:2、1:2.5时t值分别小于等于10、8、6、5.5时隧道偏压；围岩级别为Ⅱ，地面坡度为1：1、1:1.5、1:2时t值分别小于等于18、16、12、10时隧道偏压。
3.结论
通过以上研究，我们可以得出偏压隧道的判定方法主要有：规范法、普氏理论、偏压系数、定量判别、Y向位移差值（4UYLR值）法、两侧荷载不对称系数法、偏压率、围岩覆盖厚度判断法等。
3.参考文献
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论文作者:薛彦杰
论文发表刊物:《防护工程》2018年第1期
论文发表时间:2018/5/23
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