偏压隧道研究现状

摘要: 在山区交通、水利水电等领域的隧道和地下结构工程中，隧道偏压一直是设计、支挡、加固、施工、维护及稳定性评价与分析理论中最具挑战性的难题之一。通过介绍目前偏压隧道的判定、研究方法以及地层加固的国内外研究现状，在前人研究的基础上进行回顾和总结，进而提出目前研究中的不足之处，为以后的研究拓展思路。

关键词：偏压隧道；模型试验；数值模拟；地层加固 中图分类号：u45文献标识码： a 文章编号： 1引言

随着我国经济建设的高速发展以及新一轮西部大开发的推进，山区高速公路和铁路建设进一步蓬勃发展，隧道在公路、铁路工程中所占的比例也越来越高。由于山区地形复杂多变，地势陡峻险要，地质条件复杂，路线展线较为困难，因此隧道偏压的情况就难以避免，尤其在洞口段、沿溪线和傍山线中表现更为突出。因而吸引了国内外许多学者从模型试验、监控、数值模拟、地层加固等不同方面进行探索和研究，并取得了很大进展。 2偏压隧道的判定 2.1偏压隧道的成因

所谓偏压隧道，是指由于种种原因引起围岩压力呈明显的不均匀性，从而使支护受偏压荷载的隧道。其形成主要有以下几个方面的原因：

(1)施工原因。因施工方法不当引起开挖断面局部坍塌，从而改变了围岩压力的相对稳定性，造成应力集中而引起隧道偏压，如处理得当，一般不会影响正常施工。

(2)地质原因。因岩层产状倾斜、节理发育，其间又有软弱结构面或滑动面，自稳能力极差，施工中一旦受到扰动，岩体就会沿层理面出现滑动。

(3)地形原因。隧道傍山，地面显著倾斜，侧压力较大，且隧道埋深较浅。

2.2 偏压隧道的判断

(1)地形引起的偏压。围岩类别、地面坡度和覆盖层厚度是判别隧道偏压的三个重要因素。当隧道外侧拱肩至地表面的垂直距离t值等于或小于表1所列数值时，应视为偏压隧道。一般在ⅲ类以下围岩中，以地形引起的偏压为主。 表1 拱肩至地表面垂直距离t值（m）

(2)地质构造引起的偏压。地质构造常在多裂隙围岩(以ⅵ-ⅲ类较为突出)中引起隧道偏压，其压力分布主要与下列因素有关: ①围岩的工程地质条件及控制性裂隙、节理或层理(统称为弱面) 的产状及其与隧道轴线的组合关系。 ②围岩扰动范围。

③控制性弱面的强度以及作用在弱面上的法向力大小等。隧道一侧受2个倾斜的软弱面(倾角为)及一组节理面所切剖时，会形成不

稳定块体，当围岩的内摩擦角小于弱面倾角时，岩层将沿弱面滑动并产生偏压。

(3)施工原因引起的偏压。由于开挖不当或支护不及时引起一侧围岩发生局部坍塌，或回填不实造成不稳定土体，人为形成了偏压的地质构造。

3偏压隧道的研究方法

为了对偏压隧道提供设计依据及施工安全保障，针对各种场地的环境，中外学者和技术人员对此进行了多形式和多渠道的研究与探讨。对于偏压隧道的研究目前常使用以下几种途径：理论研究、模型试验以及数值模拟研究。 3.1偏压隧道的理论研究现状

理论分析是从已有的结论出发，经过复杂的理论推导，证明、得出新的结论。鉴于地下工程应力场的复杂性，这种方法使用十分有限。

在这方面，安永林[1]结合偏压隧道围岩压力的理式，分析了偏压隧道的围岩压力分布规律；吴红刚等[2] 提出了基于“隧道-边坡体系”概念的变形机理分析方法。

理式虽然有可靠的理论基础和无懈可击的推导过程，但往往由于预设过多假设，导致其考虑的因素较单一，形式较简单，只能为设计给出定性的指导。

3.2偏压隧道的模型试验研究现状

模型试验是根据相似原理和相似准则，制造缩尺实物模型，用于

预测原型工作性态，验证设计和计算结果的测试技术。通过物理模型试验方法来研究不同地质和地形条件下的偏压隧道能较好地反映实际情况。

在这方面，刘凤宣等[3]从事了浅埋偏压软岩隧道的合理开挖方法及围岩的锚杆加固模型试验研究，根据试验研究结果，提出在浅埋偏压隧道的设计和施工中应遵循下述原则的建议（表2）： 表2 建议的设计原则

钟新樵[4]通过模型试验研究了土质隧道形成偏压的５大影响因素，即围岩状况、地表坡率、覆盖厚度、洞室尺寸及形状、施工方法。

李林等[5]通过振动台模型试验研究了浅埋偏压洞口段隧道的地震响应特征。由于其局限性，工程上应用很少。 3.3偏压隧道的数值模拟研究现状

模型试验方法虽能够比较真实地反映偏压状态下围岩力学性态变化特征,但模型试验方法往往耗时、耗力,仅适用大型工程。目前国内外学者主要采用数值模拟法进行研究。

开挖方法方面，唐明明等人[6]采用三维建模对3种不同的开挖方式进行了数值模拟分析，提出了隧道深埋段采用上下台阶法开挖，隧道浅埋段采用侧壁导坑开挖法以及全部采用上下台阶开挖法两种开挖方法；施工顺序方面，周玉宏等[7]基于ansys有限元程序对云南某高速公路桥头隧道模拟了3种开挖顺序，分析得出了先

行洞的优先原则，优化了其施工过程；围岩性状方面，王祥秋等[8]基于动态监测与有限元数值分析，报道了某偏压隧道在施工过程中围岩位移的变化规律。

还有众多的工程技术人员，提出了大量的偏压隧道开挖、衬砌及支护等方面的工程技术措施。这些研究从不同侧面对偏压隧道结构稳定机理的揭示和修建技术的进步起到了有力的推动作用。但是由于其复杂性，从根本上解决问题还有许多工作要做。 4偏压隧道地层加固研究现状

偏压隧道在施工过程中，由于其受力的不均匀性，加之边界条件的复杂多变性，决定了地层加固在确保隧道安全施工中的重要性。施工时处理不当，就容易发生施工期塌方，工后沉降、变形，乃至隧道结构开裂等一系列问题，因此，对偏压隧道地层加固的研究也是目前隧道工程界研究的难点和热点之一。

偏压隧道的地层加固基本上分为施工超前预加固和施工期的正面加固。超前预加固通常对地层采取锚杆、小导管注浆、管棚、水平旋喷注浆及预衬砌等措施；施工期正面加固通常采用喷混凝土、玻璃钢锚杆、设置临时仰拱以及留设核心土等措施。

在这方面，现场的工程技术人员针对不同的工程情况做出了大量的监测、研究和试验，提出了各自的加固措施。但偏压隧道的施工是一项庞大的系统工程，需要各种辅助措施的积极配合，很多情况下单独一种加固方法无法产生效果，必须多种加固方法进行综合处理。此外，针对不同环境条件下的偏压隧道预判合理的施工方法并

合理调整施工开挖顺序，在一定程度上也能很好地改善围岩的稳定性，确保隧道施工的安全。 5结语

通过对偏压隧道研究现状的总结，可以得出如下结论： 1）大多数国内外学者及技术人员采用数值模拟法来研究偏压隧道。在研究内容上，对偏压隧道的施工方法、施工过程的围岩应力分布规律、衬砌及支护的力学行为做了较多的研究，但多数是偏压双连拱隧道，而对其他形式的隧道研究相对较少；

2）偏压隧道的数值模拟研究结果，通常有现场监测结果来辅助验证其真实的指导性，因此，在各自的工程里具有一定的可靠性； 3）上述对偏压隧道大量的研究都是针对各个具体工程的不同特点来进行的，研究结果不具备通用性，缺少系统性研究； 4）隧道偏压的原因和施工工艺有关系，需要设计、施工双方及时跟踪，针对项目展开的不同阶段对动态设计提出要求。 随着市政、公路建设中涌现出的越来越多的隧道偏压情况，关于偏压隧道的研究将成为热点和难点，研究具有重要的现实意义。通过对偏压隧道国内研究成果的总结，提出研究不足之处，希望能为以后的研究拓展思路，提供指导。 6参考文献

安永林. 偏压隧道围岩压力分布规律理论研究[j]. 湖南科技大学学报(自然科学版)，2011(26): 47-50

吴红刚，马惠民. 浅埋偏压隧道-边坡体系的变形机理研究[j].

岩土工程学报，2011(33): 509-514

刘凤宣，关宝树.浅埋、偏压、软岩隧道开挖与锚杆加固的试验研究[j].岩石力学与工程学报，1991(10): 126-137

钟新樵.土质偏压隧道衬砌模型试验分析[j].西南交通大学学报，1996 ,31(6):602-606

李林，何川等. 浅埋偏压洞口段隧道地震响应振动台模型试验研究[j].岩石力学与工程学报，2011(30):2540-2548

唐明明，王芝银等. 穿越公路偏压小净距隧道施工方法探讨[j]. 岩土力学，2011(32): 1163-1168

周玉宏，赵燕明等. 偏压连拱隧道施工过程的优化研究[j].岩石力学与工程学报，2002(21): 679-683

王祥秋，杨林德等. 高速公路偏压隧道施工动态监测与有限元仿真模拟[j].岩石力学与工程学报，2005(24): 284-2