文∕赵景周

1 前言

在相同埋深条件下，由于软岩隧道工程施工难度大，因此对软岩隧道围岩结构的稳定性提出了很高的要求。结合以往对软岩隧道围岩力学性能的影响研究中，普遍得出结论为影响软岩隧道围岩变形结构力学性能的关键参数就是围岩结构内力。在软岩隧道施工过程中，其围岩结构必然会受到内力的影响；在施工荷载不断加大的情况下，内力值超出最大承受范围，从而导致围岩变形，降低围岩结构的稳定性。因此，进行软岩隧道围岩变形结构分析是极具现实意义的。

在相同埋深条件下软岩隧道围岩变形结构分析常见的传统方式主要为侧移估算法以及沉降估算法，但此方法在实际应用过程中存在分析结果误差大的现象，无法真实分析出软岩隧道围岩变形结构[1]。考虑到软岩隧道围岩在外界因素长时间的作用下会发生变形，进而影响软岩隧道的稳定性。为确保软岩隧道安全，必须分析在相同埋深条件下软岩隧道围岩变形结构，因此，本文对相同埋深条件下软岩隧道围岩变形结构进行了分析，致力于从根本上提高软岩隧道围岩变形结构分析精准度，进而为软岩隧道围岩的优化设计提供理论支持。

2 软岩隧道围岩变形机理

在相同埋深条件下，软岩隧道施工后会导致围岩结构围护墙体内侧软土的土压力急剧降低，围岩结构围护墙体外侧的主动土压力剧增。由于围护墙体内外的土压力差异过大，导致围岩结构失衡，因此在不同压力的共同作用下，围岩结构无法提供原有的支撑力，进而导致软岩隧道围岩变形[2]。基于围岩结构围护墙体自身的抵抗能力，开挖深度越大，向下的作用力越大，因而围护墙体很容易出现鱼腹梁变形，其具体表现为围护墙体向内凸起。造成围护墙体变形的主要原因可概括为两点，分别是支护结构刚度不足以及软岩隧道基坑受力沉降过大。在软岩隧道施工时，不同的载荷方向必然会造成不同的变形结果。基于此，在相同埋深条件下分析软岩隧道围岩变形结构时，必须考虑围护墙体变形破坏的载荷方向。

3 在相同埋深条件下软岩隧道围岩变形结构分析

明确相同埋深条件下软岩隧道围岩变形机理后，分析在相同埋深条件下软岩隧道围岩变形结构。本文采用数值模拟的方式，模拟软岩隧道围岩变形受力过程，进而分析出软岩隧道围岩变形结构，并针对相同埋深条件下软岩隧道围岩变形结构分析具体的研究内容，如下文所述。

3.1 软岩隧道围岩变形结构内力数值模拟基本假设

为保证软岩隧道围岩变形结构分析精度，本文在相同埋深条件下，通过模拟软岩隧道围岩变形结构内力数值，将复杂的软岩隧道围岩变形结构内力问题转换为简单的线性问题[3]。在数值模拟过程中基本假定的具体内容包括：软岩隧道围岩变形结构内力在应力应变过程中必须保持平面形态；排除由于抗拉强度的不同，造成软岩隧道围岩变形结构内力状态数值模拟误差值大的情况；在发生软岩隧道围岩变形结构内力应力应变时，软岩隧道围岩变形结构内力与弯曲变形为弹塑性关系。

3.2 模拟软岩隧道围岩变形结构承载力

在明确软岩隧道围岩变形结构内力数值模拟基本假设的前提下，本文运用二次抛物线原理，模拟软岩隧道围岩变形结构受力状态下的承载力，并以二次抛物线的高度代表软岩隧道围岩变形结构当下的承载力[4]。设二次抛物线的高度为y，可得公式（1）。

公式（1）中，x表示软岩隧道围岩结构的桩径；ε1表示软岩隧道围岩结构桩间净距；ε2 表示隧道工程开挖深度；r表示隧道围岩结构长度。通过公式（1），可推导出软岩隧道围岩变形结构状态计算理论模型[5]。设模型的数学表达式为M，可得公式（2）。

公式（2）中，σ表示软岩隧道围岩变形结构弹性模量；β表示软岩隧道围岩变形结构最大承受剪应力；b表示软岩隧道围岩变形结构内力的摩擦角；a表示粘聚力；n表示膨胀角度，为实数；f表示地表沉降。

利用软岩隧道围岩变形结构受力状态计算理论模型，判断出此时软岩隧道围岩变形结构状态；通过软岩隧道围岩变形结构状态计算理论模型中的自变量分析，得出软岩隧道围岩变形结构状态的主要影响因素为：软岩隧道围岩变形结构受力的摩擦角、粘聚力以及膨胀角度。在运用软岩隧道围岩变形结构状态计算理论模型的过程中，必须对软岩隧道围岩变形结构受力点位置进行精准计算，防止由于点位不准确造成软岩隧道围岩变形结构参数误差大的问题[6]。同时，以计算得出的软岩隧道围岩变形结构状态为依据，分析软岩隧道围岩变形结构应力应变关系。

3.3 建立软岩隧道围岩变形结构应力应变关系

在完成软岩隧道围岩变形结构数值模拟后，通过建立软岩隧道围岩变形结构应力应变关系，分析软岩隧道围岩变形结构受力变形的具体情况，可以将软岩隧道围岩变形结构应力应变关系视为一种曲线关系，如图1 所示[7]。

图1 软岩隧道围岩变形结构应力应变关系曲线

图1 中，f0表示软岩隧道围岩变形结构受力应力应变的最大值，代表软岩隧道围岩变形结构所能承受的最大应力；gt 表示软岩隧道围岩变形结构与地面之间的夹角。

根据图1 可知，软岩隧道围岩变形结构应力应变会影响软岩隧道围岩变形结构的基础垂直偏差范围，软岩隧道围岩变形结构应力越大，所造成的软岩隧道围岩变形结构基础垂直偏差就越大，进而导致软岩隧道围岩结构变形的可能性越来越大。而随着应力作用下，软岩隧道围岩变形结构抗压强度越来越低，也会导致软岩隧道围岩结构变形的可能性越来越大。因此，必须根据软岩隧道围岩变形结构应力应变关系，计算软岩隧道围岩变形结构的抗压强度，将软岩隧道围岩变形结构所受应力控制在可承受范围内，为下一步分析软岩隧道围岩变形结构时间分形特征做准备。在相同埋深条件下，设软岩隧道围岩变形结构的抗压强度为ω，可得公式（3）。

通过公式（3），得出软岩隧道围岩变形结构的抗压强度。

3.4 分析软岩隧道围岩变形结构时间分形特征

在建立软岩隧道围岩变形结构应力应变关系的基础上，本文采用分形理论，定量描述软岩隧道围岩变形结构。基于相似维数，分析软岩隧道围岩变形结构时间分形特征[8]。设软岩隧道围岩变形结构时间分形特征方程式为D，可得公式（4）。

公式（4）中，t表示软岩隧道围岩变形监测时间。通过公式（4），得出软岩隧道围岩变形结构时间分形特征的时间分形维数，并完成在相同埋深条件下软岩隧道围岩变形结构的分析。

4 实例分析

4.1 实验准备

构建实例进行分析，实验对象选取某软岩隧道，软岩隧道的复勘项目表，如表1 所示。

表1 复勘项目表

根据表1 所示，首先使用本文设计方法分析软岩隧道围岩变形结构，并将其设为实验组；再使用传统方法分析软岩隧道围岩变形结构，设为对照组。当软岩隧道围岩变形结构达到一定程度时，执行报警操作。实验主要内容为测试两种方法的分析误报警率，误报警率越低，则证明分析精度越高。

4.2 实验结果分析与结论

采集上述10 组实验数据，本次实验基于相同埋深且埋深条件一定的情况下展开，并将10 组实验数据整理为表格形式。实验结果对比表，如表2 所示。

表2 实验结果对比表

通过表2 可得出如下结论：通过本文方法分析误报警率明显低于实验对照组，可以实现软岩隧道围岩变形结构精准分析。

5 结语

通过在相同埋深条件下软岩隧道围岩变形结构的分析，能够取得一定的研究成果，解决传统软岩隧道围岩变形结构分析中存在的问题。由此可见，本文设计的方法是具有现实意义的，能够指导软岩隧道围岩变形结构中的分析及优化。在后期的发展中，应加大本文设计方法在软岩隧道围岩变形结构分析中的应用力度。截至目前，国内外在相同埋深条件下软岩隧道围岩变形结构分析仍存在一些问题，在日后的研究中还需要进一步对软岩隧道围岩的优化设计进行研究，为提高软岩隧道围岩的综合性能提供参考。