围岩大变形机理及控制技术研究(朱建明,徐金海,张宏涛著)思维导图
大断面硐室围岩变形特征及控制研究张大中
大断面硐室围岩变形特征及控制研究张大中发布时间：2021-12-29T06:40:43.923Z 来源：基层建设2021年第28期作者：张大中[导读] 随着矿井开采规模的扩大、开采机械化程度的不断提高，煤矿井下采掘设备亦呈现出大型化发展趋势，为使大型采掘设备的检修和吊装等工作井下进行，减少大型采掘设备检修、淮北矿业集团朱庄煤矿安徽省淮北市 235047摘要：随着矿井开采规模的扩大、开采机械化程度的不断提高，煤矿井下采掘设备亦呈现出大型化发展趋势，为使大型采掘设备的检修和吊装等工作井下进行，减少大型采掘设备检修、吊装等过程需要运至地面的工作量，需要在井下挖掘大断面吊装硐室。
井下大断面硐室对围岩控制要求较高，普遍认为，硐室围岩岩性、施工方法、断面形状、支护形式等是决定大断面硐室围岩控制是否成功的重要因素，高应力作用下的断面开挖形式、不稳定强流变岩层、支架受力不均等因素是大断面硐室围岩失稳的主因，大断面硐室采用锚网索喷耦合支护技术可以有效减小塑性破坏区范围、防止围岩严重变形或大块冒落。
关键词：大断面；硐室围岩；变形特征；控制措施引言硐室断面面积增大，使得围岩应力集中和变形破坏程度明显增大，控制难度成倍增加。
且煤矿井下很多超大断面硐室成群分布，距离较近时围岩应力相互叠加，致使破裂范围加大，一旦某条硐室出现较大片帮或冒顶，极易引发大范围硐室群连锁失稳事故。
特别是在深部开采过程中，爆破、冲击地压、大面积厚硬顶板断裂垮落、大型机械设备运转等产生的动载扰动频率、烈度明显增加，煤岩体破裂演化为复杂，超大断面硐室群围岩破裂失稳问题已成为我国很多矿区安全高效开采的主要瓶颈之一。
针对地下硐室近距离成群分布产生相互影响导致围岩失稳事故频发这一现实问题，目前研究重点主要集中在硐室群围岩变形破坏特征、围岩稳定性影响因素和控制技术等方面。
1、深部硐室施工现状全断面一次掘进法常用于围岩比较稳定、断面不是特别大的硐室。
其和普通巷道施工法基本相同。
211110624_褶皱核心软弱围岩隧道大变形机理及处治研究
SURVEYING专题论述褶皱核心软弱围岩隧道大变形机理及处治研究江栋材，徐庭，易帅（中交第二航务工程局有限公司，湖北武汉 430000）［摘要］在褶皱区软岩隧道洞身施工中，极易受构造应力集中引发超前注浆受限、围岩劣化等问题，采用单层拱架+大锁脚、双层工字钢拱架等支护措施，洞身变形依旧不收敛。
本文研究基于隧道施工地质背景及设计，采用工程实测、取样试验及数值模拟的方法，对隧道洞身大变形及支护失效机理进行了深入分析，并进一步提出了强化围岩自稳性、提高初支稳定性的处治方案。
研究认为：软弱围岩隧道洞身受褶皱应力集中影响，引发的超前支护受限、围岩劣化导致了洞身持续大变形；利用双层拱架卸荷地应力使围岩裂隙张开，采用径向注浆固结极破碎围岩形成岩石自稳圈，可与拱架一同形成有效支护体系，解决隧道洞身持续大变形的难题；通过设计带限阻器的外层拱架提高围岩卸荷时初支的稳定性，可降低双层初支施作时机控制难度，保障安全施工支护结构。
［关键字］褶皱；软弱围岩；双层初支；数值模拟；径向注浆［中图分类号］U455 ［文献标识码］B ［文章编号］1001-554X（2023）04-0064-06 Study on large deformation mechanism and treatment ofweak surrounding rock tunnel with fold coreJIANG Dong-cai，XU Ting，Yi Shuai近年来，随着我国公路隧道建设工程的快速发展，工程建设覆盖范围的地质背景也越为复杂，活跃于褶皱区、滑坡体、断层软弱夹层等区域构造背景下的隧道越为广泛［1-3］。
受区域构造、不良地质等因素影响，常引发隧洞大变形，造成钢拱架扭曲、初支开裂、围岩变形侵入隧道净空等现象，甚至引发塌方等工程灾害［4］。
为解决软岩隧道受高地应力影响导致的大变形问题，研究认为利用双层初支建立“放抗结合”的支护体系可有效控制洞身变形。
软岩大变形机理和处治方法的研究
软岩大变形机理和处治方法的研究摘要：大变形问题在隧道修建过程中非常常见，目前对该问题的研究也较多，因此存在不同的处治思路和方法。
现阶段此类问题的主要处治原则是加强围岩、控制变形。
针对火山隧道出口端K397+220-K396+880（ZK397+365-ZK396+860）段，由于岩体稳定性差，隧道层间结合力差，自稳性差。
基于此，本文通过分析软岩大变形的分类与发生机理，结合实际案例提出相应的处治方法，旨在降低软岩大变形给施工带来的不良影响。
关键词：围岩大变形；大变形机理；处治方法引言近年来，随着地下工程建设的快速发展，涌现出大量深埋长大隧道。
众所周知，地球的地壳运动始终在运动，从未停歇，46亿多年来，火山岩、沉积岩、变质岩在地壳的运动中相互交织融合形成软硬不均、高低不平的江河湖海、平川大山。
软质岩是多形态岩性中的一种，然而，隧道掘进遇到软岩则是一道难题。
复杂的工程地质条件与特殊的围岩力学性质致使隧道围岩大变形问题十分突出，严重制约隧道工程的施工建设安全与长期运营稳定。
为采取精准有效的应对措施，对围岩大变形加以防控，需要认真分析软岩大变形的机理并提出相应的处治方法，保障施工安全。
1.构造软岩大变形分类与发生机理1.1断层型大变形断层型大变形主要发生在区域断层带，围岩一般处于较高应力状态。
在隧道开挖前，断层中破碎带在较高围压的作用下紧密闭合。
隧道开挖后，断层中破碎带在水平构造应力与重力的时效作用下，发生塑性挤出、结构流变，最终发展为断层型大变形。
1.2碎裂型大变形碎裂型大变形是发生在构造节理发育带的构造软岩大变形，如节理密集带、褶皱核部及转折端。
大变形发生段围岩呈碎裂状，在处于原岩应力状态时受到高围压的作用，整体较稳定。
隧道开挖后，围岩应力重分布，结构面之间发生错动，碎裂的结构体产生滑移，围岩整体强度大幅度下降，持续扩容松弛，有显著结构流变体的特征，在强烈构造应力的作用下发展为大变形。
1.3小夹角型大变形小夹角型大变形是主要发生在顺层和缓倾岩层中，以隧道轴线与岩层面小角度相交为特点的构造软岩大变形。
隧道围岩大变形问题及施工控制新技术研究
软岩隧道大变形的控制技术，主要有， 1、为减轻作用在支护结构形变压力而容许变形的方法 2、为了控制松弛而尽可能早地控制变形的方法， 即所谓的柔（韧）性支护设计和刚性支护设计，两者
的理念是完全相反的。
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容许变形--柔性支护设计（针对挤压性大变形） （1）先行导坑法。即先掘进比较长的导坑，通过导
1
工程背景介绍 隧道大变形实例及发生原因 隧道大变形基本特征及发生机理 隧道大变形控制技术 工程实例
2
成兰铁路，正线长度457.6km，全线桥隧工程占85.96 ％，隧道33座共332.392km，其中10km以上隧道14座， 最长隧道28.4km。
成兰铁路穿越龙门山岷山西秦岭高山峡谷等地貌，山 高谷深，全线隧道埋深在1000m以上段落达85.976km， 500m～1000m段落更是多达151.334km。
6
隧道全长4.99 km，是控制南昆铁路铺轨工期的重点工程，共有390 m洞段发 生了大变形，初期变形量达到1000毫米，导致施工受阻，原设计的普通砂浆 锚杆被压弯，格栅构件被挤压成麻花形状，衬砌结构挤压破裂，支护系统受 到严重破坏。
为控制变形，采用了自钻式锚杆系统，锚杆长度为6-13米不等，直径32毫米， 间距0.5-1.25米。注浆方式为中空管，锚固排气环，加止浆塞方法。压力 1.5-2.0Mpa。支护效果明显
处理措施：①开挖总体采用双侧壁法；②初期支护钢架及临时支撑采 用I22型工字钢、自进式锚杆，超前支护小导管，拱脚两侧增设小导 管锁脚。导坑开挖时预留变形；③修改原设计仰拱；④二次衬砌采用 双层钢筋网，与仰拱预留钢筋焊接；⑤对需换拱段及开挖后变形较大 的地段，除施作长的自进式锚杆外，再采用小导管进行双液注浆。
岩爆 (2)
大变形分级
指标
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
相对变形/u/r% 强度应力比
初始地应力/MPa 弹性模量E/GPa
综合系数α
3~5 0.5~0.25 5.0~10.0
2~1.5 60~30
5~8 0.25~0.15 10.0~15.0
1.5~1.0 30~15
>8 <0.15 >15.0 <1.0 《15
围岩及支护特征
开挖后洞壁围岩位 移较大，持续时间 较长；一般支护开 裂或破损较严重
Nc
cm
p0
cm H
Jethwa等(1984)提出挤压变形分类的公式及划分标准
指标
高度挤压
岩体强度应力比 <0.2
大变形分级
中等挤压 微弱挤压
0.2~0.4
0.4~1.0
无挤压 >1.0
②极限变形量/相对变形量法 Aydan等(1993)认为，只要岩体没有完全饱和，围岩大变形不可能完全由矿 物的膨胀引起，认识到日本原来认为是膨胀诱发的隧道围岩大变形实际上 大部分是挤压变形。并根据岩土材料应力—应变曲线中应变硬化阶段、屈 服阶段、应变软化阶段的极限应变与弹性极限应变的比值作为预测挤压变 形严重程度的评判标准，与实际量测得到的洞周相对切向应变比较。
cm
p )0 p0
张祉道（2003）严重程度大变形等级分类
指标
相对变形/u/r% 双车道公路隧道/cm 单线铁路隧道/cm
Ⅰ 3.0~6.0 20~35 15~25
大变形分级 Ⅱ
6.0~10.0 35~60 25~45
Ⅲ >10.0 >60 >45
中铁二局（2000）挤压性隧道的大变形分级标准
软弱围岩隧道大变形机理及控制措施研究
软弱围岩隧道大变形机理及控制措施研究摘要: 软弱围岩大变形是隧道修建过程中常见的灾害。
本文结合青峰隧道工程，对软弱围岩隧道大变形施工处治技术进行分析，在分析大变形产生原因的基础上，提出合理的施工方法和处治措施，对软弱围岩隧道施工具有参考意义。
关键词：隧道、处理措施、大变形、软弱围岩Study on Mechanism and Treating Methods of Large Deformation of Tunnel in Soft Surrounding RockAbstract：The large deformationof soft rock tunnelconstructionisa commongeologicaldisasters. Combined with the Qingfeng tunnel, the reasons of large deformation were analysed. Feasible construction methods and techniques for soft rock tunnels are suggested which can be taken for reference by soft rock tunnel construction.Keywords: tunnel; treating methods; large deformation; soft rock1 引言随着我国高速公路的建设的快速发展，在山岭地区修建的公路隧道越来越多，我国在复杂的地质条件下的隧道修建技术也得到了飞速发展。
当隧道穿越高地应力、浅埋偏压区域以及软弱破碎围岩体时，易产生围岩大变形等相关地质灾害。
大变形的危害程度大，处治费用高且方法复杂，因此，针对实际工程准确分析大变形发生的机理，控制变形的进一步扩大，采取合适的处理方案解决初期支护变形过大的问题就显得尤为重要。
隧道工程围岩大变形及预测预报研究
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隧道工程围岩大变形及预测预报研究
表 1 国内外部分发生大变形隧道的基本情况 Table 1 Large deforma tion s encoun tered in som e tunnels both a t hom e and abroad
序号 名称 崔家沟
1 铁路隧道
堡子梁 2 铁路隧道
阿尔贝格 3 公路隧道
鹧鸪山 4 公路隧道
关角 5 铁路隧道
地点
地质简况
中国梅七线 围岩 为 泥 质 页 岩 和 砂 (1976) 质泥岩
中国宝中线 ( 1992 )
有 500 m 一 段 大 部 分 为绿 色 泥 岩 , 软 弱 破 碎 ,膨胀率为 46%
奥地利 ( 1974 ～ 1979)
千枚岩 、片麻岩 、含糜棱 岩的片岩绿泥石等 ,抗 压强度 1. 2～2. 9 MPa, 原始地应力 13 MPa
中深变质岩系 ,包括混 合岩 、片麻岩 、片岩 、大 理岩 。侵 入 岩 有 超 基 性岩 、花岗岩及各种岩 脉
巷道收敛可达数 10 cm甚至 1. 0 m 以上 ,底鼓可达数 10 cm 甚 至更大 ,变形破坏持续时间达数月至数年 。巷道破坏 、钢架严 重扭曲甚至折断 、喷层开裂和剥离 (落 ) 、锚杆失效 、预制混凝土 砌块的挤出或塌落 、现浇混凝土衬砌破裂和剥离 、混凝土底板 折断翘起等现象随处可见
隧道高地应力软弱围岩大变形控制技术研究
隧道高地应力软弱围岩大变形控制技术研究摘要：在隧道施工过程中，受高地盈利软围岩等相关断层带地质因素的影响，经常会发生围岩挤压变形情况，增大空间位移，并延长变形周期，为施工带来严重的负面影响。
基于此，本文通过实际案例工程进行分析，明确现阶段隧道高地应力软弱围岩大变形控制技术的有效应用策略，以供参考。
关键词：隧道；高地应力软围岩；大变形；控制技术引言：随着时代不断发展，我国铁路行业逐渐创新，大量的铁路建设工程被提出，以满足当前的交通需求。
但在实际的施工过程中，受其工程自身的性质影响，不同区域的地质情况差异性较大，需要施工人员有效的克服外界因素的影响进行施工，尤其是部分软弱围岩隧道工程，以此来提升施工整体质量。
一、工程案例分析本文以我国甘肃省某隧道工程为例，该工程为双洞单线分离式特长隧道，隧道总长为19千米，受区域影响，该地区的地质条件较为复杂，如包括断裂带、背斜以及斜向构造等，在实际的施工过程中，直接影响容易发生变形，影响工程的质量。
据相关数据显示，隧道洞身需要穿过的板岩区占总长度的46％，总计各类软岩长度占总长度的84％，为施工带来较大的难度，甚至造成严重的围岩滑塌事故，影响工程的开展。
在施工区域，主要的地层岩性为二叠系板岩夹碳质板岩，导致其围岩受地质构造的影响较大，岩体极破碎，层间结合较差，整体稳定性不高。
在施工过程中，由于围岩地质自身的性质影响，断层带围岩及其破碎，主要采取人工开挖形式，施工进度较为缓慢。
在实际的运行过程中，经常出现喷射混凝土开裂、拱架扭曲变形以及掉块情况，进而影响当前的整体施工质量。
同时，在进行开挖过程中，由于其自身的性质影响，围岩极不稳定，容易发生变形，最终导致支护结构变形，出现侵限情况，二次砌衬出现开裂[1]。
二、隧道高地应力软弱围岩大变形控制技术应用在进行隧道施工过程中，工作人员应结合实际情况对软弱围岩变形情况进行合理的分析，并灵活应用合理的技术进行施工，逐渐更新施工理念，有效的控制围岩大变形情况，提升工程整体质量，具体来说，主要包括以下几方面：（一）新奥法组织施工灵活应用新奥法进行施工，可以从根本上促使施工效率等得到提升，并灵活利用当前的技术理念进行创新，以满足实际的施工要求。