软岩隧道大变形特征与支护对策研究
隧道软岩大变形施工技术
隧道软岩大变形施工技术隧道施工是现代城市建设中不可或缺的一部分，而软岩地层的隧道施工则是一项技术难度较高的工程。
软岩地层的特点是强度低、变形大，因此在软岩地层中施工隧道需要采取特殊的技术手段，以确保施工的安全和顺利进行。
本文将介绍隧道软岩大变形施工技术的相关内容。
一、软岩地层特点软岩地层是指岩石中固结程度较差、抗压强度较低的一类地层。
软岩地层的主要特点包括：岩体强度低，岩石容易破碎；岩体的固结程度较差，容易发生滑坡、坍塌等地质灾害；岩体中含有大量的地下水，地下水的压力对隧道施工造成很大的影响。
二、隧道软岩大变形施工技术1. 地质勘探与预测在隧道软岩大变形施工前，必须进行详细的地质勘探和预测工作。
通过地质勘探，了解软岩地层的分布、厚度、倾角等信息，为后续的施工工作提供准确的地质数据。
2. 支护技术软岩地层中，隧道的支护工作是非常重要的一环。
常用的支护技术包括喷锚、喷浆、预应力锚杆等。
喷锚技术通过在软岩地层中注入混凝土，增加地层的强度，提高隧道的稳定性。
喷浆技术则是通过注入浆液，填充地层的裂缝和空隙，增强地层的连续性。
预应力锚杆则是在软岩地层中埋设钢筋，并施加预应力，增加地层的承载能力。
3. 掘进技术软岩地层的掘进工作需要采用合适的机械设备和施工方法。
常用的掘进机械包括盾构机、液压钻头等。
盾构机是一种专门用于软岩地层中的掘进设备，具有高效、安全的特点。
液压钻头则是通过注入高压液体，将软岩地层冲击破碎，实现隧道的掘进。
4. 预防措施在软岩地层的隧道施工中，需要采取一系列的预防措施，以确保施工的安全性。
例如，应加强对地层的监测，及时掌握地层的变形和水位变化情况；加强对施工人员的培训，提高他们的安全意识和应急处理能力；加强对施工设备的维护和检修，确保设备的正常运行，减少事故的发生。
三、隧道软岩大变形施工技术的应用案例1. 某城市地铁隧道施工在某城市地铁隧道施工中，软岩地层的掘进工作采用了盾构机和液压钻头相结合的方式。
软岩大变形研究现状
隧道围岩大变形阶段报告1．概述深埋隧道通过软岩和断层带时,在高的地应力和富水条件下通常产生大变形.这种隧道围岩变形量大,而且位移速度也很大,一般可以达到数十厘米到数米,如果不支护或支护不当,收敛的最终趋势是隧道将被完全封死,如果发生在永久衬砌构筑以前,往往表现为初期支护严重破裂、扭曲,挤出面侵入限界.这种大变形危害巨大,严重影响施工工期或者线路正常运营,而且整治费用高昂.在国内外相继出现了大量的隧道围岩大变形工程实例,并且在治理这些问题中取得了很多经验.日本的岩手隧道,长25.8km,采用新奥法施工.地质条件为凝灰岩与泥岩互层,单轴抗压强度为2~6MPa.施工中净空位移和拱顶沉降都是很大的,上断面的净空位移100~400mm,最大到411mm；下断面的净空位移最大为200mm,拱顶下沉为10~100mm.日本惠那山隧道,长8.635km,围岩以花岗岩为主,其中断层破碎带较多,局部为粘土,岩体节理发育、破碎,岩石的抗压强度为 1.7~3.0MPa,隧道埋深为400~450m,原始地应力为10~11MPa.施工时产生了大变形,在地质最差的地段,拱顶下沉达到930mm,边墙收敛达到1120mm,有600cm2面积的喷射混凝土侵入模筑混凝土净空.最后采用9.0m和13.5m的长锚杆,并重新喷护20cm厚的钢纤维混凝土后,结构才得以基本稳定.陶恩隧道长6400m,开挖断面面积90-105m2,位于显著变质的岩带内,如片岩、千枚岩等,主要岩层为绢云母、千枚岩夹绿泥石,抗压强度,洞内无地下水活动,隧道埋深为600-1000m,原始地应力为16.0-27.0 MPa,侧压力系数近似为1.0,围岩强度比为.陶恩隧道采用台阶法施工,在设计时,由于对在挤压性围岩隧道施工缺乏经验,采用的初期支护参数较小,导致拱顶发生1.2m的位移.而后把锚杆改为6m,并初次采用纵向伸缩缝,缝宽20cm,间隔3m,支撑也是可缩的,并在隧道底部增加了隧底锚杆,喷射混凝土厚度保持25cm不变.上述补强措施对大变形起到了一定的控制作用,但已完成段,其洞壁已严重侵入二次衬砌净空,只能采取扩挖的办法处理,增加了施工的难度,同时又具有一定的危险性.此时的净空收敛大约是20-25cm.要再大时,要增打9m以上长度的锚杆.奥地利阿尔贝格隧道隧道长13980m,开挖断面面积90-103m2,岩石主要为千枚岩、片麻岩,局部为含糜棱岩的片岩、绿泥岩,岩石强度为1.2~1.9 MPa,隧道的埋深平均为350m,最大埋深为740m,原始地应力为13.0 MPa,围岩强度比为0.1~0.2.隧道采用自上而下的分布开挖法,先开挖弧形导坑,施作初期支护,然后再开挖台阶<分左、右两次分别进行>,最后检底.由于阿尔贝格隧道是在陶恩隧道之后施工的,该隧道设计时的初期支护就比较强,喷射混凝土厚20~25cm,锚杆长6.0m,同时安设了可缩刚架.但是由于岩层产状不利,锚杆的长度仍不够,施工中支护产生了很大变形,拱顶下沉量达到15~35cm,最大水平收敛达70cm,变形速度达11.5cm/d,后来采取将锚杆的长度增加到9.0~12.0m的办法,才是变形得到了控制,变形速度降为5.0cm/d,变形收敛时间为100~150d.家竹箐隧道隧道全长4990m.隧道位于盘关向斜东翼,属单斜构造,岩层产状N20°～35°E/18°～30°NW.由于距向斜轴部较远,故皱褶、断层不发育,只在隧道中部煤系地层中发育有一正断层F1,其破碎带宽15～20 m. 隧道横穿家竹箐煤田.隧道南段为玄武岩,北段为灰岩,北段为灰岩,中部3890 m为砂、泥岩与为钙质、泥质胶结的砂岩夹泥岩的煤系地层.隧道掘进进入分水岭之下的地层深部后,在接近最大埋深<404m>的煤系地层地段,由于高地应力的作用,锚喷支护相继发生严重变形.在一般地段,拱顶下沉为50-80cm,侧壁内移50-60cm,底部隆起50-80cm；在变形最严重地段,拱顶下沉达到240cm,底部隆起达到80-100cm,侧壁内移达到160cm.为整治病害具体措施如下:①设置特长锚杆加固地层；②改善隧道断面形状,加大边墙曲率；③采用先柔后刚、先放后抗的支护措施；④加大预留变形量；⑤提高二次衬砌的刚度；⑥加强仰拱.大变形得到迅速整治,衬砌施工后,结构完好,未出现任何开裂现象,经预埋的应力、应变计测试,有足够的安全储备.木寨岭隧道全长1710m,穿越地层围岩主要为二叠系炭质板岩夹砂岩与硅质砂板岩.存在的主要构造体系是山字型构造体系.属地应力集中区,隧道穿越区为沟谷侧,原始地应力难以释放.隧道主要地质为炭质板岩夹泥岩,局部泥化软弱,呈灰黑色,围岩层理呈褶皱状扭曲变形严重,大部分地段围岩较破碎,洞身渗涌水频繁,部分地段呈股流.隧道在高地应力大变形地段,严重处拱顶累计下沉达155cm.经研究主要采取的处理措施有：①开挖总体采用双侧壁法；②初期支护钢架与临时支撑采用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对需换拱段与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.2．发生围岩大变形的地质条件与隧道围岩大变形发生机理大变形目前还没有一个统一的定义,目前有的学者提出根据围岩变形是否超支护的预留变形量来定义大变形,即在隧道,如果初期支护发生了大于25 cm<单线隧道> 和50cm<双线隧道>的位移,则认为发生了大变形.姜云、李永林等将隧道围岩大变形定义为：隧道与地下工程围岩的一种具有累进性和明显时间效应的塑性变形破坏,它既区别于岩爆运动脆性破坏,又区别于围岩松动圈中受限于一定结构面控制的坍塌、滑动等破坏.同时将隧道围岩大变形分为受围岩岩性控制、受围岩结构构造控制和受人工采掘扰动影响三个大的类型.2.1大变形发生的地质条件发生大变形的隧道一般具有以下地质特征：〔1〕隧道围岩条件.发生大变形的围岩主要有：①显著变质的岩类,如片岩、千枚岩等；②膨胀性凝灰岩；③软质粘土层和强风化的凝灰岩；④凝灰岩和泥岩分互层；⑤泥岩破碎带和矿化变质粘土等.这类围岩的凝聚强度c值较低,内摩擦角 值很小,单轴抗压强度较低.〔2〕隧道处于高应力区,且大变形地段的隧道一般埋深在100m以上.〔3〕隧道围岩的天然含水量大.2.2隧道围岩大变形发生的机理人们通常把大变形机制分为两大类：〔1〕大变形的原因之一,是开挖形成的应力重分布超过围岩强度而发生塑性变化.如果发生缓慢就属于挤出〔如果是立刻发生就属于岩爆〕.〔2〕大变形的原因之二,是岩石中的某些矿物成分和水反应而发生膨胀.发生膨胀变形的围岩在开挖时一般有较高的强度,变形主要发生在隧道运营过程中,一般表现为底部鼓起,而隧道顶部和边墙保持较好的工作状态.在隧道通过炭质板岩和断层带时,引起大变形的原因主要为第一条.同时国内外学者也认为,软岩隧道的大变形可以描述为一种以挤出为主、膨胀为辅的水-力耦合过程.而对于第一条原因目前国内外学者认为围岩挤出是开挖引起的应力重分布超过岩体强度时屈服的结果,并且通过一些列的研究将围岩挤出的力学机制分为以下三大类：〔1〕完全剪切的破坏〔如图1a〕.在连续的塑性岩体与含有大开裂度裂隙的非连续岩体中会发生这种破坏.〔2〕弯曲破坏〔如图1b〕.一般发生在千枚岩与云母片岩等变质岩或泥岩、油页岩、泥质砂岩与蒸发岩等薄层状塑性沉积岩中.〔3〕剪切和滑动破坏〔如图1c〕.发生于相对厚层的沉积岩中,包括沿层面的滑动和完整岩石的剪切两种破坏形式.〔a 〕完全剪切的破坏 〔b 〕弯曲破坏 〔c 〕剪切和滑动破坏图1 挤出性围岩隧道失稳形式分类3．大变形的预测研究现状隧道的大变形给隧道施工和运营造成了很大的困难,国内外学者对隧道大变形的预测进行了大量的研究.目前在预测隧道变形的方法中具有代表性的有C&C 法,这种方法由Egger 〔1973〕、Kastner 〔1974〕和Hoek 、Brown 〔1980〕提出,并逐步完善.这种方法基于以下假设：〔1〕圆形隧道；〔2〕课题可以概化为二维平面应变问题；〔3〕均质各向同性介质；〔4〕弹-塑性材料；〔5〕现场地应力属于静水压力场；〔6〕均匀的径向支护压力.其计算公式如下：〔1〕弹性状态下的围岩位移〔i u 〕011()i i u P P r μκ+=-〔1〕 其中,μ、κ分别为岩石的泊松比和杨氏模量；0P 、1P 分别为地静压力和支护压力；i r 为隧道半径.〔2〕塑性状态下的位移〔j u 〕Hoek-Brown 方法：1j j u r ⎡=-⎢⎣ 〔2〕 式中当e j r r <,2ln e j r R D r ⎡⎤=⋅⎢⎥⎢⎥⎣⎦；e jr r >, 1.1R D = 式中,r m 、r s 为破碎岩石的常数；e r 、e u 、re σ分别为弹性和塑性边界处的半径、位移和径向应力.此外还有Egger 和Kastner 也提出了相应的塑性状态向的围岩位移预测方法.4．大变形的一般治理措施根据国内外的施工经验,对大变形的治理措施归纳如下：〔1〕加强稳定掌子面的辅助措施① 正面喷混凝土和打锚杆；② 打超前锚杆或钢筋.〔2〕加强基脚的措施,这是基本的,即首先要把底鼓和侧壁的挤入控制住,包括：① 向底部地层注浆加固；②向两侧打底部锚杆；③支撑加底部与加劲肋；④设底部横撑或临时仰拱.〔3〕防止断面挤入的措施①增打加长锚杆,主要在两侧,锚杆长度一定要深入到围岩塑性区一定X围才有效果；②设底部横撑,打底部锚杆,修筑仰拱,这是极为重要的工程措施；③缩短台阶长度,与早闭合；④下半断面、仰拱同时施工；⑤设纵向伸缩缝,采用可缩性支撑〔4〕防止衬砌开裂的措施①采用湿喷钢纤维混凝土；②设加强钢筋；③设纵向伸缩缝.〔5〕设立日常量测管理体制与管理基准①监测初期位移速度；②最终位移值的预测；③建立控制基准值；〔6〕加强施工地质预报①预测和预报掌子面前方的地质状态；②建立地质数据库,与时反馈；③各种岩类的特性试验数据的测试.这些措施是综合的,是相互补充的,应视具体情况采用.这些措施也是一般性的,当条件变化很大时,还要采用一些特殊的辅助施工措施,如注浆加固,改良岩体等措施.5．郎洞断层束破碎带地质概况5.1二郎洞断裂带〔F3〕该断层位于二郎洞附近,西起阿尔扎沟以西,向南经果可沟沟脑、二郎洞、肯德隆沟、茶卡北山以北,延伸长度约130km.该断裂是北侧南祁连海西期地槽和南侧南秦岭印支期地槽的分界断层,沿断裂带岩浆活动强烈,断层两侧岩层破碎,沿断裂有一系列与之近于平行的断裂,共同组成断层束,断层两侧岩层产状较乱,多拖拉现象和挠曲.地貌上主要表现为一系列断层谷地、垭口和洼陷地带,航、卫片上线性影像明显.断层形成于华力西期,在印支期以来仍有活动.断层产状：N40°～70°W/40°～80°N,属逆断层,主断层破碎带宽100～500m,断层西段发生过6级地震,东段可见第四系中更新统地层中的断坎,未见第四系全新统地层错动,该断层在隧道通过附近主要表现为断层负地形,未见新活动迹象,属晚更新世活断层.隧于DK303+611～DK304+071,通过长度460 m ,由断层泥砾与碎裂岩组成,Ⅴ级-Ⅵ级围岩.由于该断裂为区域性深大断裂,断层规模大,并且未来还有发生中强地震的可能性,因此对工程影响较大.5.2围岩情况隧道在二郎洞断裂带附近,岩性主要为石炭系片岩、##岩、志留系变质砂岩夹板岩,受地质构造影响较严重,岩体节理、裂隙较发育.其中软岩占主体.5.3涌水情况该区地下水类型主要为基岩裂隙水、构造裂隙水,岩层富水性较差,为弱富水区.根据地表测流,本区地下水径流模数M=563.72 m3/d·km2,水化学类型属HCO3-Ca·Na型水,矿化度小于1g/L,地下水无侵蚀性.双线同时施工时参数常涌水量为3825.12m3/d,最大涌水量为7650.24m3/d.5.4地应力根据场址与邻近地区的震源机制解和区域水平运动与构造应变场特征,可以看出本区域构造应力场主压应力优势方位为北东向.根据实测结果,隧道部位最大主应力方向为N33°E～ N43°E,平均为N38°E,和隧道轴线〔线路走向N54°E〕的夹角为21°～11°,平均为16°.根据3个孔地应力的实测结果分析,最大水平主应力的最大值为22.04 MPa,DSZ-8孔最大水平主应力测值明显高于DSZ-1孔、DSZ-7孔,而DSZ-8孔位于f17断层附近〔F3断裂带内〕,说明,随着钻孔所处构造部位的不同,所反映的构造应力强度差异也较大,在断裂带附近存在应力集中现象.根据《工程岩体分级标准》〔GB50218—94〕、岩体物理力学参数与弹性力学公式,在3个孔共19个测段中,Rc/σmax<4的极高地应力占全部测段的15.8%,4<Rc/σmax<7高地应力占全部测点的10.5%,极高和高地应力占全部测点的26.1%.经综合分析,岭脊埋深较大的石炭系变质砂岩与片岩段可能存在高地应力问题.5.5结论根据2.1大变形发生的地质条件,并结合实测的地应力结果和隧道区工程地质、水文地质特征,软弱围岩〔主要指断层破碎带与一定影响X围内〕存在发生较大变形的可能. 6．关角隧道F3断层影响带大变形治理建议与注意事项结合中国中铁隧道集团通过对乌鞘岭隧道千枚岩大变形的研究,引用其控制大变形的快速施工指导思想：〔1〕开挖支护、仰拱作业区,上下断面与仰拱的各工序在时间和空间上优化组合,实现稳步有序作业,平行交叉作业.〔2〕分秒必抢,将围岩暴露时间和结构不利受力状态压缩至最短,使初期支护结构与早、快速封闭成环,从而有效控制变形.〔3〕超前支护、钻爆、锚杆、锚索、注浆、立拱等关键工序实行标准化作业.〔4〕石变我变,主动支护,步步为营,稳中求快.6.1治理建议结合以往隧道围岩施工的成功经验建议如下措施：〔1〕措施一6．乌鞘岭隧道控制大变形经验与和关角隧道F3断层影响段比较6.1乌鞘岭隧道变形情况治理经验乌鞘岭隧道设计为两座单线隧道,隧道长20050m,隧道洞身最大埋深1100m左右.隧道所经过地层岩性复杂,分布主要受区域断裂构造控制.主要有第四系、第三系、白垩系、三叠系、志留系、奥陶系等,并伴有加里东晚期的侵入.隧道施工中,在辅助坑道和正洞均发生过较为严重的变形,在高地应力下隧道发生极其严重变形,出现支护裂损、钢架扭曲,净空侵限明显等现象.乌鞘岭隧道在穿越岭脊复杂地段时出现了软岩挤压大变形问题,尤其是F7断层带,变更设计前左线隧道最大拱顶下沉1053 mm<DK177+495>,平均下沉30~35 mm/d,一般在500~600 mm左右;左线隧道内轨上1. 5 m收敛值最大1034 mm<DK177+590>,一般为700mm左右,拱脚最大978mm,一般为300~700mm；右线隧道最大拱顶下沉227 mm<YDK177+610>,一般在100~200 mm左右；右线隧道内轨4m收敛值最大548 mm<YDK177+590>,一般为300~400 mm 左右.由于施工中发生严重变形,乌鞘岭隧道在大变形段均采用钻爆法施工、台阶法开挖,台阶长度4－5m,人工手持风钻上下台阶分部钻眼、装药、连线与同时进行光面微差控制爆破；立I20或H175钢拱架3榀/2m,拱部设φ42超前小导管,长度4m,环向间距25m,注水泥水玻璃双液浆,全断面喷射C20钢纤维砼,厚度25cm,径向采用φ42注浆锚管,间距0.8×0.8m,锚管长度拱部4m,边墙6m,梅花布置,拱墙设φ8钢筋网,网格间距25×25cm.循环进尺一般为1.4 m 或2.0m.通过以上措施控制了变形,顺利通过了大变形地段.乌鞘岭特长隧道位于兰新铁路##西至##南端增建第二线乌鞘岭越岭段,隧道长20050m,在施工过程中出现了软岩大变形,在工程人员的努力下,通过一系列的工程措施顺利的通过了大变形段,取得了较好的工程经验,现就对关角隧道F3断层附近和乌鞘岭隧道发生大变形段的工程概况进行比较〔见表1〕表1 关角隧道F3断层附近和乌鞘岭隧道发生大变形段工程概况比较表从乌鞘岭隧道成功控制带变形的经验值得借鉴.乌鞘岭隧道隧道产生大变形除了地质因素以外,还有以下几点原因：①初期支护强度不足.由于F7断层的影响,本段围岩内富存高地应力.在隧道开挖后,强大的地应力将作用到初期支护上,若初期支护强度和刚度不足将无法抵抗强大的地应力作用,就会产生大变形.②施工工序间距太长.由于施工工序间距太长,未能与时形成封闭的支护体系,致使初期支护在无约束下产生无限制性的变形,最终必然出现大变形.因此,施工工序间距太长,未能与时封闭也是本段发生大变形的直接原因之一.③掌子面刚度不足.在隧道开挖过程中,掌子面前方的变形特性是围岩变形响应的真正原因,又由于本段为四条区域性大断层组成的宽大"挤压构造带〞,岩体的的高地应力强挤压作用非常明显,这就更加剧了掌子面的挤出, 若不采取合适的强化措施保证掌子面的稳定,就会导致前方围岩的变形响应.因此,掌子面刚度不足是隧道洞壁产生大变形的关键原因.中国中铁隧道集团通过对乌鞘岭隧道千枚岩大变形的研究得出以下控制大变形的快速施工指导思想：〔1〕开挖支护、仰拱作业区,上下断面与仰拱的各工序在时间和空间上优化组合,实现稳步有序作业,平行交叉作业.〔2〕分秒必抢,将围岩暴露时间和结构不利受力状态压缩至最短,使初期支护结构与早、快速封闭成环,从而有效控制变形.〔3〕超前支护、钻爆、锚杆、锚索、注浆、立拱等关键工序实行标准化作业.〔4〕石变我变,主动支护,步步为营,稳中求快.。
6 韩常领- 软岩大变形隧道工程处治技术
软岩大变形隧道工程处治技术研究汇报人：韩常领汇报提纲一. 概述二. 大变形软岩分类与分级三. 软岩大变形机理四. 新型支护措施五. 软岩隧道大变形控制技术六. 软岩大变形隧道工程案例1. 概述截至2017年底，我国公路隧道已达16229处、1528.51万米，其中，特长隧道902处、401.32万米，长隧道3841处、659.93万米。
我国建成的超过10km以上公路山岭隧道有8座：最长的为陕西终南山隧道，长18.02km第二为山西西山隧道，长13.65k第三为山西虹梯关隧道，长13.11km第四为台湾雪山隧道，长12.9km第五为甘肃大坪里隧道，长12.2km第六为陕西包家山隧道，长11.2km第七为山西宝塔山隧道，长10.2km第八为四川泥巴山隧道，长10 km1. 概述水下隧道得到长足发展，过去“遇水架桥”单一选择在改变，穿洋越海，桥隧并重，择优选择。
上海崇明长江隧道厦门翔安海底隧道青岛胶州湾海底隧道港珠澳沉管隧道-世界级工程南京纬三路长江隧道广东深中通道八车道沉管隧道（在建）纵观我国公路隧道的发展，起步较晚，但发展很快。
1. 概述路方面，已建成超过20km的特长隧道：1.西格二线新关角隧道（32.69km）2.兰渝线西秦岭隧道（28.24km）3.石太客专太行山隧道（27.84km）4.瓦日铁路南吕梁山隧道（23.44km）5.南疆线中天山隧道（22.45km）6.向莆铁路青云山隧道（22.17km）7.太中银铁路吕梁山隧道（20.78km）8.兰武二线乌鞘岭隧道（20km）1. 概述方面，在建超过20km隧道：1.大瑞铁路高黎贡山隧道（34.54km，高温热害、岩大变形、涌水、岩爆、岩溶、活动断裂带、高烈度地、放射性、有害气体、滑坡、偏压、顺层等多种地质，隧道最大埋深1155米，穿越19条断层，被誉为地质物馆”。
）2.成兰铁路平安隧道（28 .43km）3.成兰铁路云屯堡隧道（22.92km）4.蒙华铁路三荆段崤山隧道（22.75km）5.成昆二线峨米段小相岭隧道（21.77km）6.敦格铁路当金山隧道（20.1km）1. 概述1. 概述界上已建成最长铁路隧道瑞士圣哥达隧道（57km）国和意大利之间57km的D’Ambin铁路隧道正在设计根廷和智利之间穿越安第斯山脉52km隧道正在规划界上最长的公路隧道挪威洛达尔隧道24.5km，双向行驶，2000年11月27日正式通车1. 概述1. 概述随着公路、铁路建设技术标准的提高，穿越地区的自然条件、地质环境越来越，建设规模和难度越来越大。
软岩隧道变形特征及支护机理的研究
具体 的说 ， 以下几个 方 面 ： 须改 变传 统 的单纯 提 高支护 有 必
支护 结构及 强度 应 与加 固围岩 、 高 围岩 承 载能力 提 其强度 特性 、 泥质 含量 、 结构 面特 点及 其 塑性 变形力 学特 点差 异 刚度 的思想 ， 与围岩变形及 强度 相匹配 ， 实践证 明 ， 单纯 提高支 护刚度 很大 ， 其种类是不 同的。根 据特性的差异 及产生 显著 塑性变形 的 相结 合 ， 机理 ， 软岩可分为三大类 ， 即膨胀性软岩 （ 也称低强 度软岩 ） 节 理 的方 法是 难以奏效 的； 、 必须 采取卸压 、 固与支护相结 合 的方法 ， 加
也将很快被压坏 。 地质隧道表现得尤 为明显 ， 其变形 量大 、 变形速 度快 、 持续 时 间长 变形特点 的刚性架 ， ２ 隧道多为环 向受压 ， ） 且非对称 。隧道开挖后 不仅顶板 变形 的特点 已超 出了传 统支护理论的范畴 。 底板也将产生强烈底鼓 ， 如隧道 支护对底 板不加 控制 ， 往 软岩隧道 的特点使得 软岩 隧道 支护 问题 成为 困扰 隧道 建设 易 冒落 ， 往 出现强烈底鼓并 引发 两帮破坏 、 顶坍落 的现象 。 的重大 问题之一 。 由于 软岩 隧道 支护不 当而 造成 的 巨大返 修量 不仅造成很大 的经济浪 费 ， 且使整 个 隧道生 产 陷于 困境 ， 至 而 甚 ３ 隧道变形随深度增加 而增 大。不 同隧道 ， 同地质条 件下 ） 不 超 支 关闭 。据不完全 统计 ， 每年 隧道 掘进 上百 千米 ， 岩 隧道 约 占其 都存在一个软化 临界 深度 ， 过临界 深度 ， 护 的难 度就 明 显增 软 大， 且隧道变形在不 同的应力作用下 ， 有明显 的方 向性 。 中的 １１ 。由于软岩支护 的问题 ， ／０ 大约有 １６的软岩 隧道需要 返 ／ ４ 软岩 的失水和 吸水 均可造 成软 岩发 生膨胀 变形 破坏 或泥 ） 修、 维护 ， 以能 否解决好 软岩隧道 的支护等 问题 ， 我 国隧道 掘 所 是
高地应力软岩隧道大变形发生机理及控制技术研究
高地应力软岩隧道大变形发生机理及控制技
术研究
高地应力软岩隧道指的是处于高地应力环境下的软岩地层中开挖
的隧道。
由于所处的高地应力环境导致了软岩地层的高地应力状态，
因此开挖隧道时会导致地层变形和破坏，特别是隧道大变形。
因此，
对于这种隧道，需要研究其发生机理和控制技术。
隧道大变形的发生机理主要包括以下几个方面：
1. 地层原有结构的破坏：隧道开挖会破坏地层原有的结构，导致
地层松动和变形。
2. 地层的应力状态改变：隧道开挖会导致地层应力状态的改变，
特别是高应力地区的地层应力状态，从而引起地层的变形和破坏。
3. 近似于松散垫层的软岩：这种软岩原本就具有不易承受应力的
特点，因此在高应力环境下更加容易发生变形和破坏。
4. 地层水文特征：地下水会影响地层的应力状态和稳定性，因此
隧道开挖时需要考虑地下水的影响。
针对以上机理，可以采取以下控制技术：
1. 实施一定的支护措施：在隧道开挖时需要实施适当的支护措施，如喷锚、加固网等，以保证隧道的安全稳定。
2. 降低地层应力状态：采用降水、减载等措施来降低地层应力状态，从而减小隧道的变形和破坏。
3. 优化隧道设计方案：通过优化隧道设计方案，如采用浅埋式隧道、采用适当的半圆形、梯形等断面形式等，来减小隧道变形和破坏。
4. 做好隧道施工管理：严格控制隧道施工期间的工程质量和安全
管理，确保隧道的安全稳定。
综上所述，高地应力软岩隧道大变形的发生机理和控制技术是一
个综合性问题，需要对各种因素进行综合考虑，以保证隧道的安全稳定。
高地应力软岩隧道大变形特征与处治技术
高地应力软岩隧道大变形特征与处治技术作者：覃子秀林志严远方冯万林吴秋军来源：《西部交通科技》2023年第11期摘要：文章結合依托工程对高地应力软岩隧道大变形特征与处治技术展开研究，得出如下结论：（1）大变形灾害严重程度与地应力等级、围岩软弱程度高度相关，地应力越高、围岩越软弱，大变形越严重；（2）大变形灾害具有变形量大、持续时间长以及空间分布不均的特点；（3）大变形灾害处治应遵循“抗放结合、共同承载、动态控制”的原则，采取多项主动支护措施，降低灾害影响。
关键词：高地应力；隧道；大变形；施工技术；灾害处治0引言近年来，我国公路路网向地质条件与地质环境更为复杂的中西部延伸，配套的隧道工程也因地质条件等因素逐渐向大埋深、地质因素更复杂的方向发展，复杂的工程条件带来诸多影响隧道结构稳定性的问题。
目前，学者们针对高地应力软岩大变形灾害开展了大量研究工作，深入地认识了大变形特征与变形控制技术。
赵瑜等［1-2］结合数值模拟手段，对高地应力软岩隧道大变形特征进行了分析。
朱朝佐等［3］结合分段施工工艺，提出了采用格栅纵向连接形式以提高支护结构纵向整体性的方法。
张宏亮等［4］分析比对了武都西隧道大变形多种施工方案，认为应力释放至一定程度后及时施作二衬可有效解决大变形问题。
卢阳［5］结合文笔山隧道大变形处治成功案例，提出了“因隧制策，动态调整”的施工原则。
另外，也有学者认为高地应力软岩隧道施工应采取“强支护”措施对抗围岩变形，但这并不适用于所有等级的大变形灾害，容易对现场施工产生误导。
本文根据高地应力软岩隧道大变形特征，结合依托工程，对变形控制技术进一步探索与研究，以期形成成套处治技术，解决高地应力软岩隧道大变形控制技术难题。
1 高地应力软岩隧道大变形特征1.1 工程背景木寨岭特长隧道全长15 km，最大埋深为629.1 m，穿越木寨岭，沟通西南地区与甘肃及西北地区。
隧址区地质环境极其复杂，地处秦岭构造带，工程开展极具挑战，在建设期间发生了强烈的大变形灾害。
大变形隧道初期支护变形特征与应对措施
大变形隧道初期支护变形特征与应对措施摘要：软岩隧道施工一直是隧道交通工程中的技术难点，由于软岩体质地松软、自稳性较差，在岩体自身重力和隧道施工扰动的共同作用下，本身出现围岩顶部沉降和失稳破坏的风险就比较大。
如果施工技术和围岩控制措施不当，很容易发生围岩大变形，引发隧道塌方等事故灾害，严重威胁隧道内及地表人员、设备、建筑的安全，施工进度也会因此受到影响。
软岩隧道大变形主要与施工区域岩体力学性质有关，为避免软岩隧道施工中出现围岩变形及相关灾害，需结合该施工区域水文地质条件，采取合理的施工和支护技术措施。
本文首先分析了软岩隧道的受力特征及不同形式围岩变形破坏机理，并据此提出了相关施工技术和防范措施。
关键词：公路隧道；应对措施；围岩大变形；变形特征；地应力引言目前，公路隧道多采用复合式衬砌，初期支护是主要承载单元，控制围岩的变形与松弛，起到充分发挥围岩自承能力的作用。
在高地应力软岩公路隧道中，为保证结构安全性，控制围岩变形，隧道初期支护多采用双层或多层结构，而何时施作内层初期支护极大影响双层初期支护结构支护效果。
若内层初期支护施作过早，围岩荷载得不到充分释放，支护结构承受较大的形变压力，则可能使其荷载分担比例过大而导致结构开裂，降低隧道耐久性;若内层初支施作过晚，则可能造成初期支护变形无法控制，以致隧道侵限或失稳。
因此合理的内层初期支护施作时机对隧道长期安全稳定十分重要。
1初期支护变形特征为研究该隧道初期支护的变形特征，在右线K70+990—K71+240区段内选取50个监测断面分析拱顶沉降及水平收敛随时间的变化情况。
5个典型断面初期支护的拱顶沉降及水平收敛时程曲线见图5。
分析可得：同一断面处，拱顶沉降和水平收敛时程曲线形态相似，两者随时间变化规律一致。
根据围岩变形速率，5个断面围岩变形均可划分为3个阶段：①快速发展阶段。
处于隧道变形前期，变形速率最快。
初期支护变形在0~7d超出预留变形量，随即出现围岩塌方或初期支护被严重压屈、侵限等现象。
木寨岭隧道软岩段大变形原因分析及对策
随着木寨岭 隧道施 工 的逐步 深入 ， 岩 大变形 现象 软
＊ 收 稿 日期 ：０ ￣１－７ ２ １ １０
作者简介 ： 武建广（ ９７）男 （ １ ７一 ， 汉族 ） 山东泰安人 ， ， 工程师 ， 现从事工程技术与施工管理工作 。
明显 ， 生蠕 动变形 ， 产 引起支 护破坏 ， 引发坍 塌等 安全 易 事故 。 目前 ， 内外 尚未建立 高地应 力软 岩地 质条 件下 国
的隧道控 制软弱 围岩 大 变形 机 理及 处 理 对 策 的理 论 研 究 体系 和施工处理 体 系 。 木寨 岭隧道 为新建 兰渝铁 路极 高风 险隧道 之一 ， 正 洞 及斜井 洞身穿越 地段 以二叠 系下统 的软 质板 岩为 主 ，
度 的大 变形 ， 主要体 现 在 结构 水 平 收敛 变 形 ， 具 有变 且 形 快 、 形量 较大 的特点 ， 变 变形 处喷砼 开裂 ， 初期表 面 出
现 环 、 向裂缝 ， 护 内鼓 ， 纵 支 拱架 开裂 、 曲等现象 ， 扭 严重
影 响施工 安 全 。变形 段 变 形 速 率 大 多 均 ＞ ｌＯ Ｏｍｍ／ ， ｄ
换 拱措施 。６ 井 初 期 发 生 的大 变 形 ， 斜 主要 与地 下 水 出露有关 ， 此期 间开 挖 面先 后 两 次 出现 股 状 流水 ， 在 围
木寨 岭 隧隧道设计 为双 洞单线 分离式 特 长隧道 ， 全 长 １ ． ｌ ｍ， 有 ８ 辅助坑 道 。该 隧道 地质 条件非 常 ９ １ｋ 设 座
洞后在 软岩段快 速施 工 的有力保证 。
１ 工 程 概 况
步推进 ， 形不 断增 大 ， 变 出现 初支 喷混凝 土脱落 ， 拱架 扭 曲等 ， 中在斜 １ ＋４ ， 形速 率达 到 ６ ６ 其 ０பைடு நூலகம்Ｏ处 变 ２ ｍｍ／ ， ｄ 累 计 变形 达 ９４ ６ｍｍ， 形 段 大 部 分进 行 了二 次 套 拱 和拆 变
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软岩隧道大变形特征与支护对策研究
摘要：对某工程大变形问题进行研究，分析了隧道施工过程中的软岩大变形
特征，基于软岩大变形特征提出了相对应的支护体系，对类似项目提供参考。
关键词：软岩大变形；隧道施工；支护体系。
1.引言
软岩隧道建设过程中极易遇到大变形问题，近年来针对于软岩隧道大变形问
题的研究越来越多，其中，周伟涛[1]结合现场变形特征，制定了可行的施工方案，提出了针对于单线隧道大变形双层套拱初期支护的施工技术方法。
张海太[2]研究
了薄层炭质板岩地层隧道大变形特征及其相对应的支护方法。
冉飞[3]利用数值模
拟手段研究了高地应力条件下软岩隧道大变形的支护技术，提出了解决软岩隧道
大变形问题的合理方案；王英帆[4]基于高地应力软岩隧道的大变形监测数据来制
定适用的支护体系。
弱胶结软岩隧道大变形现象突出，高发征[5]通过数值模拟手
段分析了六盘山隧道洞口大变形特征，获得了掘进过程中隧道断面位移变化特征。
本文通过分析隧道大变形特征，基于大变形特征来选取合适的支护方案。
2.地质概况
隧址区属于高山山原地貌。
隧道进出口微地貌为山体斜坡地貌。
隧道进口坡
体地形较平缓，坡度为20~30°；隧道出口坡体地形陡峭，坡度为15~30°。
地
形整体起伏较大，隧道最大埋深约247m。
进口与等高线近斜交，出口与等高线近
正交。
地层有第四系全新统地层及三叠系上统西康群侏倭组(T3zh)、三迭系上统西
康群新都桥组(T3x)板岩、页岩及板岩、页岩互层。
隧址区新构造运动以上升运动
为主，新构造运动微弱。
3.隧道大变形特征分析
3.1.案例一
隧道围岩岩性以板岩、页岩、千枚岩等软岩或极软岩为主，岩层破碎，节理
裂隙发育，地下水发育，围岩软化效应明显，产生形变压力，围岩持续变形造成
支护变形、开裂。
隧道出口端变形部位主要在路线右侧，变形时间集中在刚立架3天内，以及
开挖中下导接腿（三台阶法）过程中，仰拱成环后变化较小。
进口段侵限部位无规律性，变形一般出现在围岩极破碎或出现过塌方的位置。
其次，上下台阶钢板连接位置为现场施工薄弱环节，收敛较大会直接导致该位置
挤出侵限（如下图）。
隧道的变形特征：变形不均，出口端右侧大左侧小，进口
破碎围岩坍塌处易形变；变形时间集中在刚立架的3天内，薄弱工序明确。
a.典型初支侵限变形位置
b.塌方处治后侵限
c.典型掌子面围岩内挤
d.台阶处挤出侵限
3.2.案例二
隧道掌子面围岩产状陡倾，与轴线小角度相交，受构造挤压影响强烈，产生
屈曲，围岩的形变压力大，初期支护变形大、部位多、持续时间长。
隧道进口端变形部位主要集中在左侧、右侧、拱顶、全断面，多点位、且位
置不固定，时间主要集中在刚立架3天后至15天内，持续时间长，以及开挖接
腿（二台阶）以及仰拱初支施工（封闭前）过程中，仰拱成环后变化较小。
大变形主要现象：掌子面失稳溜塌；拱顶崩塌；长时间的持续变形，沉降收
敛较大，变化速率较快；初期支护严重变形、扭曲、褶皱、折断；沉降收敛基本
在50~120cm之间，最大局部收敛可达140cm（如下图）。
隧道变形特征：变形部位多发，整体变形明显，钢架扭曲褶皱、折断（承载
力问题）；变形持续时间长，立架3天后至15天内，薄弱工序明确。
a.隧道内工字钢扭曲
b.隧道内工字钢褶
皱
4.支护体系方案
贯彻“先放后抗”实现“抗放结合，防坍控变”，针对两座隧道的前期现场
经验总结，借鉴成兰铁路、川藏铁路等经验，提出支护方案。
（1）差异化预留变形，考虑到变形的不均匀、非对称性，避免出现二衬严
重不等厚，考虑预留变形量左右两侧的差异化设置。
出口段右侧大左侧小，掌子
面围岩易坍侧预留适当增大。
（2）加强超前支护，超前支护采用φ76中导管，环距40cm，+φ42注浆小
导管。
φ76中导管外插角5°～10°，φ42注浆小导管外插角15°～30°。
（3）增大钢架单元长度，减少钢架接头，配合机械化安装，考虑上下台阶法，拱部5个单元调整为3个单元。
上台阶钢架安装后机械化快速安装锁脚锚杆。
（4）采用长、短锚杆组合（如下图），先短后长，先快速施做短锚杆（单
根长5m），短锚杆采用树脂锚固，然后再施做长锚杆（长8～10m）对松动圈进
行锚固，均采用快凝浆材锚固重视锚固效果，局部采用12～16m预应力锚索控制
变形。
（5）加强钢架支护刚度，配合机械初期支护采用双层HW200型钢进行支护，钢架间距为50cm，第二层支护施作时间根据现场实际情况确定。
（6）加强锁脚，上下台阶连接位置锁脚采用Φ108管，根数8根，长度6～12m（根据实际情况进行调整），采用跟管方式进行施工，锁脚角度大于45度，
并注意锁脚钢管与钢架的连接。
封闭成环的初支紧跟开挖面，成环步距控制在1D。
仰拱紧跟，15～20m。
5.结论
本文对隧道软岩大变形特征开展研究，获得了以下结论：
（1）隧道的变形特征为变形不均，出口端右侧大左侧小，进口破碎围岩坍
塌处易形变；变形时间集中在刚立架的3天内。
（2）隧道支护体系包括差异化预留变形、加强超前支护、增大钢架单元长度、系统锚杆采用全长粘结树脂锚杆，喷砼采用C30。
并结合采用长短锚杆组合
和加强锁脚。
（3）监测方案中的自动化监测项目采用“围岩压力”、“接触压力”“初
支钢架应力”、“二衬钢筋应力”、“二衬混凝土应力”五种。
参考文献
[1]周伟涛.单线隧道大变形双层套拱初期支护施工技术[J].山西建
筑,2022,48(11):134-137.
[2]张海太,任高攀,万志文,刘伟龙,阳军生.薄层炭质板岩地层隧道围岩大变形特征及支护方法研究[J].地下空间与工程学报,2020,16(S1):457-464.
[3]冉飞.高地应力条件下软岩隧道大变形支护技术研究[J].四川建
材,2020,46(03):69-70+73.
[4]王英帆,刘钦,胡永志,刘炳飞,魏来.高地应力软岩隧道大变形监测及支护优化[J].科学技术与工程,2019,19(30):317-323.
[5]高发征.弱胶结软岩隧道大变形治理与支护对策研究[J].公路工
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