高地应力软岩隧道大变形预测及防治研究
公路隧道围岩大变形的预测预报与对策研究
公路隧道围岩大变形的预测预报与对策研究一、本文概述随着交通运输业的快速发展，公路隧道建设在我国交通基础设施建设中扮演着越来越重要的角色。
公路隧道围岩大变形问题一直是隧道工程中的技术难题，它不仅影响了隧道的正常使用，还可能对人们的生命财产安全构成威胁。
对公路隧道围岩大变形的预测预报与对策研究具有十分重要的现实意义和理论价值。
本文旨在深入探讨公路隧道围岩大变形的预测预报方法及其对策，旨在提高隧道工程的安全性和稳定性。
文章首先概述了公路隧道围岩大变形的定义、特点及其产生的机理，分析了影响围岩大变形的各种因素。
在此基础上，文章重点介绍了当前国内外在公路隧道围岩大变形预测预报方面的研究成果和实践经验，包括监测技术、预测模型、预报方法等。
文章还深入探讨了各种对策措施，如隧道支护结构设计优化、围岩加固处理、地下水控制等，以期为解决公路隧道围岩大变形问题提供有益的参考和借鉴。
本文的研究不仅有助于提升公路隧道工程的设计水平和施工质量，也为隧道工程的长期运营维护提供了科学的理论依据和技术支持。
通过本文的研究，我们期望能够为公路隧道围岩大变形的预测预报与对策研究做出一定的贡献，推动我国公路隧道工程技术的不断发展和进步。
二、公路隧道围岩大变形的概念和特点公路隧道围岩大变形是指隧道开挖后，由于地质构造、应力状态、地下水活动等多种因素的综合影响，导致隧道周边岩石产生显著的位移和形变。
这种变形不仅可能影响隧道的正常使用和安全，还可能导致隧道结构的破坏和维修成本的增加。
对公路隧道围岩大变形的预测预报与对策研究具有重要的理论和实践意义。
变形量大：与常规隧道变形相比，大变形往往具有更大的位移量，可能达到数十厘米甚至数米。
变形速率快：大变形通常在短时间内发生，变形速率快，对隧道结构的稳定性和安全性构成严重威胁。
影响因素复杂：大变形受多种因素共同影响，包括地质构造、地应力场、地下水活动、隧道开挖方式等。
这些因素相互作用，使得大变形的预测和防治变得更为复杂。
高地应力软岩大变形机理及防治措施研究现状
高地应力软岩大变形机理及防治措施研究现状作者：何欣来源：《卷宗》2019年第32期摘要：随着我国基础设施建设的不断发展，在各种复杂地质环境下修建的隧道会越来越多，特别是在围岩软弱，高地应力存在的隧道中。
在这种隧道的施工期间，隧道周边支护结构受力不断增加，受力时间长，变形增大。
最终导致支护结构变形破坏，严重影响正常施工。
为了有效的给出防治措施，就必须先弄清楚高地应力下软岩大变形的机理。
关键词：高地应力;大变形机理;防治措施1 引言近年来，我国的经济建设取得了巨大的进步，基础设施的建设发展迅速。
隧道的建设在我国的基础设施建设中有着举足轻重的地位。
目前隧道建设过程中隧道埋深越来越大，初始应力越来越高。
隧道周边也存在许多软弱围岩，软弱围岩一般认为是强度不高、表面风化严重、流变作用明显、破碎的具有这一类特质的岩石的总称。
在这种环境下修建隧道时，流变大、位移大等问题不断涌现。
基于这种情况，对其变形机理和防治措施研究成为了工程工作者的研究重点。
2 高地应力隧道大变形机理及防治措施研究该怎么定义高地应力呢？陶振宇[1]认为高地应力环境是指上部岩体总的质量小于岩体水平应力分量时。
目前对软岩的定义大致可以分为三种，分别是工程定义、指标化定义和描述性定义。
何满潮根据软岩的塑性机理和强度变化特征，把软岩划分为了四种，分别是高应力软岩、膨胀性软岩、复合型软岩、节理化软岩。
对于变形的产生，Terzaghi[2]根据大变形产生的原因将大变形划分为了两类。
第一类是挤出变形。
是指隧道开挖后岩体应力重新分布，造成部分岩体受力超过限制而产生变形。
第二类是膨胀变形，指围岩中的一些膨胀性矿物质与水发生反应而变形破坏。
除此之外，Anagnostou[3]认为大变形可以在任意岩层中产生，这是因为大变形主要取决于地应力的初始状态和岩层强度。
2.1 下面将列举二个例子分析高地应力软岩大变形机理及防治措施研究2.1.1 榴桐寨隧道[4，5]榴桐寨隧道是成都到兰州铁路线上一个必经隧道，它位于茂县与龙塘之间，修建时采取的是左线和又线分开修建的方案，其中左线和右线间距为30-40m。
高地应力隧道软岩大变形控制现场试验研究
桥丨隧I工丨程够高地应力隧道软岩大变形控制现场试验研究韩常领1，姚铁峰2，徐英俊3,夏才初3(1.中交第一公路勘察设计研究院有限公司，陕西西安7 10075&.中交第二公路工程局有限公司，陕西西安7 100653,同济大学土木工程学院地下建筑与工程系，上海200092)摘要：文章依托宝汉高速公路连城山隧道工程,开展了“三台阶开挖、双层初期支护、无原位应力释放”和“三台阶、双层初期支护+原位应力释放”两种不同大变形的试研究，通据了围岩变形和围的变化规律"研究了山隧种的性。
结，“三台阶开挖、双层初期支护+应力释放”可控制隧围岩大变形。
关键词：软岩隧道;大变形;原位应力释放;双层初期支护;现场试验中图分类号：U451+.5文献标识码：A DOI：10.13282/ki.wccst.2020.11.035文章编号1673-4874(2020))1-029-040引言西区修建的高不山区延伸,特殊复隧多。
围、埋深大、地应力高等因为隧道建设过程中的重难点，因此大变形及施的研究是重要意义的。
多关大变形隧道治理的研究。
家竹菁隧道，土件复杂，以高地应力著称，采用一般标准的初期支护，洞移60〜80cm,拱顶下沉240cm，用层模筑混凝土衬砌"了大变形的发生、发展[1-2]0隧道是的高地应大变形隧道,最大变形量达100cm^±，平均变形在40〜60cm,拱大下为105cm,现场通护刚度、合理预留变形量、多重支护并用的手段,了隧道大变形3-4-。
尤显5木隧心段施工为，基于(、抗让结合、锚固加强”的变形理念，采用“超前导洞应力释放+圆形4层支护结构+径浆+杆+”变形,了隧道的大变形。
[6]水隧道为背了研究,针对隧道初期支护结构变形大、部分钢拱架扭曲、断裂，分别进行了双层初期支护与双层衬砌的试验，发层初期支护变形更小,工序更。
张7通木隧毛羽山隧道进行超前导洞试验，与不采用超前导洞法相比，正洞变形量可减少约30%〜40%,但尽管了超前导洞应力释放"产生过大变形，仍造成了初期支护侵限，这说明超前导洞应力释放能力是有限的。
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。
210878142_高原铁路隧道软岩大变形施工技术研究
Value Engineering表1软岩变形等级划分标准变形等级围岩强度应力比变形潜势围岩变形特征Ⅰ级0.2~0.5轻微开挖后围岩位移较大，持续时间较长，一般支护开裂或破损较严重，相对变形量3%~5%，围岩自稳时间短，以塑流型、弯曲型、滑移型变形模式为主，兼有剪切型变形。
Ⅱ级0.1~0.25中等开挖后围岩位移大，持续时间长，一般支护开裂或破损严重，相对变形量5%~8%，洞底有隆起现象，围岩自稳时间很短，以塑流型、弯曲型变形模式为主。
Ⅲ级0.10~0.15严重围岩自稳时间很短，开挖后围岩位移很大，持续时间长，以塑流型为主。
支护开裂或破损很严重，相对变形量5%~10%；洞底有隆起现象，流变特征很明显。
Ⅳ级≤0.10极严重围岩自稳时间很短，开挖后围岩位移很大，持续时间很长，以塑流型为主。
变形极难控制，采用加强支护仍出现很严重的开裂或破损情况，相对变形量大于10%；洞底有明星隆起现象，流变特征很明显。
0引言高原隧道因其海拔高、地质条件差的特点，在洞身开挖过程中，极易出现高地应力软岩大变形，如果处理不当，则会出现初期支护变形、二衬开裂等问题，严重影响施工安全、质量及进度，增加施工成本。
根据诸多大变形隧道施工所造成的安全、质量教训，在隧道建造各阶段，均应妥善处理隧道软岩大变形问题，并应通过合理的施工技术措施安全度过大变形段落施工。
[1]本文依托高原地区高原铁路某隧道，对高地应力软岩大变形施工技术进行研究，并重点分析了主要施工工艺，形成了一套综合施工技术，可为今后类似工程的施工提供一定的参考和经验。
[2]1工程概况高原铁路某隧道最大埋深1185m，正洞7960m存在大变形（轻微2940m+中等3170m+强烈1750m+极强烈100m）；贯通平导6648m存在大变形（轻微1970m+中等2828m+强烈1750m+极强烈100m），1号横洞610m存在大变形（轻微510m+中等100m），2号横洞670m存在大变形（轻微170m+中等400m+强烈100m）。
论防治隧道软岩大变形的技术研究
论防治隧道软岩大变形的技术研究摘要：随着我国社会的不断飞速发展，人们对隧道施工技术提供了更多的要求，尤其是针对隧道修筑过程当中的一些高地应力区，其非常容易造成隧道软岩大变形等诸多问题的出现。
因此，研究防治隧道软岩大变形的技术就具有非常重大的现实意义。
本文主要分析了隧道软岩大变形的原因，提出了软岩隧道大变形防治的一些相关的措施。
关键词：防治；隧道软岩；大变形；技术研究前言目前，随着我国铁路建筑事业的不断快速发展，人们对铁路建设的要求的关注也越来越多，其要求也越来越高。
但是，我国现阶段铁路建设的隧道也随着人们生活要求的提高，以及社会的迅猛发展也越来越多，并且隧道软岩大变形的问题在我国铁路建设的过程当中也是经常的发生，为了解决铁路建设过程之中的隧道软岩大变形等问题就显得至关重要，也是目前我国铁路建设过程之中一个迫在眉睫、尚待解决的关键性问题。
由于隧道软岩大变形会导致支护系统的进一步破坏，甚至会发生隧道坍塌等现象，进而严重影响隧道的安全性和施工进度。
通过本文，笔者一方面希望能够起到一个抛砖引玉的作用，另一方面希望能够给相关人员起到一定的指导作用。
一、隧道软岩大变形原因分析1.1地应力场对隧道变形的影响隧道的横截面积一般比较的大，使得隧道地段处的应力也很大。
尤其是对于软岩隧道而言，其地应力场对隧道变形的影响更加明显。
软岩隧道通过变形而形成炭质岩，进而容易产生严重的变形，还会导致隧道岩体出现破坏现象。
因此，高地应力是隧道发生变形的主要前提。
1.2地下水对隧道变形的影响地下水的存在对隧道岩体会产生静力作用，进而会导致隧道发生变形。
地下水对岩体会造成损伤，主要是会导致岩体的强度下降。
同时，对于页岩等岩体，一旦遇到水就会出现软化等现象，这更加会对岩体造成损伤。
隧道局部位置处的水也会降低岩体的强度，进而就会加剧隧道的变形。
因此，地下水的存在是隧道发生变形的主要内在原因之一，也是最主要的原因之一。
1.3围岩强度对隧道变形的影响隧道软岩主要由砂质页岩、粉砂页岩和炭质页岩等诸多物质组成，其中，围岩对隧道的强度也具有一定的影响。
深埋软岩隧道围岩大变形灾变机理及控制研究
深埋软岩隧道围岩大变形灾变机理及控制研究隧道工程中，软岩隧道的围岩大变形与灾变是比较常见的问题。
这种变形与灾变不仅会造成工程进展缓慢，也会对人们的生命财产造成威胁。
因此，对于软岩隧道围岩大变形和灾变机理的研究和控制显得尤为重要。
软岩隧道围岩大变形的形成机理是多方面的，常见的因素有以下几个方面。
1、围岩地应力的作用。
软岩隧道周围的地质结构较松散，地应力的大小受到了岩层变形和移位的影响，因此会对软岩隧道围岩产生较大的压力，并引起岩层的变形。
2、地下水的作用。
地下水的压力和流动方向也会使岩石发生变形。
因此，在软岩中开挖隧道时，如果不及时处理水的问题，就会因为水流的作用而引发滑坡、塌方等灾变。
3、开挖施工的影响。
软岩隧道开挖能力过强，会导致隧道周围的围岩受到破坏，并发生位移和塌方等变形现象。
4、围岩自身的性质。
软岩围岩本身具有一定的变形性能，加之地震、风化等环境因素的影响，也会导致围岩大变形。
为了控制软岩隧道围岩的大变形，需要对研究结果进行整合，实现多方面、多角度的控制措施。
1、优化支护结构。
在进行软岩隧道施工的过程中，可以采取更加严密的支护结构体系，如采用高强度材料、优化加固方案，从而控制围岩变形。
2、加强隧道预处理工作。
地下水可能是软岩隧道工程中最主要的问题之一，必须在隧道施工中加强对地下水的处理工作，确保水的流向和分配不影响围岩的稳定性。
3、动态监测围岩的变形。
采用遥感技术、GPS定位技术、遥感图像处理等技术手段，实现对软岩隧道变形过程的精确监测，从而及时控制围岩的变形程度。
4、应对地下水体系的不同。
软岩隧道围岩大变形不完全有一个模式，不同隧道周围的地下水体系因地质情况的不同而存在差异。
所以，针对不同的水体系，需要量身制定不同的应对措施。
5、提高施工过程的效率。
软岩隧道工程的施工周期通常比较长，如果不能在较短时间内完成相应的工程，就会让软岩隧道工程变得繁琐和冗长，从而增加了围岩险象，预测灾变等的可能性。
隧道软岩大变形的力学机制及其防治措施
隧道软岩大变形的力学机制及其防治措施摘要：介绍软岩含义，简要分析隧道围岩变形机制，介绍国内外部分关于隧道变形的支护理论，列举了常见的支护措施及变形控制技术。
关键词：隧道软岩；力学机制；防治措施1软岩含义及力学特性关于软岩的含义至今仍然有多种解释。
1981年在东京召开的“国际软岩学术讨论会”规定“软弱、破碎和风化岩石”为软岩[1]，属于定性的规定。
国际岩石力学学会（ISRM）对软岩给出了定量的规定～定义软质岩为单轴抗压强度在0.5～25MPa的岩石。
近年来，在我国的水工、道路及矿山建设中，越来越多地涉及到软岩工程问题，大量工程实践提供了众多成功经验和失败教训，成为软岩技术发展的推动力。
孙钧教授总结软岩的基本特征是强度低，孔隙率高，容重小，渗水、吸水性好，易风化，易崩解，具有显著的膨胀性和明显的时效特性，认为高地应力地区的岩石蠕变将呈非线性性态发展。
2隧道围岩变形机理隧道围岩变形机理的研究进展和岩体力学的发展存在着紧密的关系。
在长期的工程实践和理论研究中，尤其是近代岩土力学、工程地质力学的发展，使我们对坑道开挖后在围岩中产生的物理力学现象有了一个较为明确的认识。
关于大变形的形成机制，一般分为以下两类[2]：（1）坑道开挖后将引起围岩一定范围内的应力重新分布和局部地壳残余应力的释放：从力学角度看：坑道开挖前的围岩处于初始应力状态，即前面所述的初始地应力场，我们称为一次应力状态。
坑道开挖后由于应力重新分布，坑道周边围岩处于由开挖引起的应力场中，这种应力状态我们称为二次应力状态，又称为毛洞的应力状态。
如果二次应力状态满足坑道稳定的要求，则可不加任何支护，坑道即可自稳。
如果坑道不能自稳就须施加支护措施加以控制，促使其稳定。
因此，采取支护措施后的应力场称为三次应力场或支护后的应力场。
应力控制实质上就是控制围岩的变形和松弛。
这是软弱围岩隧道设计施工的主要原则。
就是说要想控制住围岩的松弛，就要控制住围岩的变形。
（2）岩石中的某些矿物和水反应而发生膨胀。
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高地应力软岩隧道大变形预测及防治研究摘要：总结高地应力软岩隧道大变形成因，比较各种大变形预测技术，归纳大变形防治措施。
分析表明：大变形形成机制、变形模式与一般围岩
变形破坏不同，需要加强研究；目前还没有形成一套系统、完善和易于推
广应用的现场地质分析、监测试验、分析评价预测体系；在支护参数方面，需要一套预测预报方法体系和相应工程对策；针对不同机制、不同等级的
大变形，需制定合理大变形防治措施。
以期为今后软岩大变形稳定性控制
提供有益参考。
关键词：隧道稳定性高地应力大变形预测与防治
高地应力下软弱围岩挤压大变形，是目前备受关注的隧道难题之一，
其变形机理及结构受力特征复杂，目前尚未得到完整的解决。
首例严重的
交通隧道围岩大变形是1906年竣工的长19，8km辛普伦I线隧道；我国
南昆铁路线家竹箐隧道390m(IDK579+170～+560)洞段发生大变形：日本
艾那山I线400m大变形路段用36个月才得以通过。
总之，目前在围岩大变形机制、围岩大变形的预测理论和控制技术方
法体系方面值得进一步深入研究，具有科学理论意义和现实价值。
1 大变形成因分析
1.1地质方面的原因
根据我国大量隧道统计，大变形隧道多发生在泥岩、页岩、千枚岩等
软岩，在构造及风化影响显著时变形更大，同时伴有地下水渗流和高地应
力时更易产生大变形。
1.2施工方面的原因
隧道围岩变形量的大小除受地质条件客观因素影响外，与施工方法及手段有很大的关系。
如果喷锚支护施做不到位、仰拱和二次衬砌距离掌子面距离过长、开挖后无法及时封闭成环，而重点放在施工进度，施工单位变形监控量测不规范或不及时、钢架底部悬空或长期积水浸泡，得不到及时处理等因素都对大变形的发生有直接的影响，甚至促进了大变形发生。
1.3设计方面的原因
主要表现在对地质条件了解不够，根据有限的探孔了解地质情况，对变形程度估计不足，以致支护措施不到位。
如果设计的锚杆不够长，就无法穿过松动圈，对围岩加固起不到很好的作用。
钢架强度、刚度不够，或者钢架间距过大，就无法抵抗巨大的围岩压力。
预留变形量过小，很容易导致初期支护侵入二次衬砌部位，有时甚至要拆掉初支以保证二衬尺寸。
2 围岩大变形预测预报研究
Muirwood提出用坚固系数来预测隧道围岩稳定性(挤出)，坚固系数被定义为岩石单轴抗压强度和上覆围岩自重应力的比值。
后来，这一参数在日本被用以进行围岩隧道的挤出预测(Nakano)。
我国石家庄铁道大学学者提出应力强度比，即最大主应力、围岩切应力或垂直主应力与单轴抗压强度的比值。
3 大变形防治研究
刘志春以隧道极限位移为，在软岩大变形隧道二次衬砌施作时机方面进行探讨和尝试。
王树仁对具有应力扩容型和结构变形型的软岩隧道，采用刚隙柔层支护技术成功解决了高应力大变形支护。
刘招伟提出以“钢拱架+柔性预应力锚索+钢纤维喷射混凝土”为主初期支护系统对抑制乌鞘岭隧道高地应力软弱围岩大变形。
李树军采取“先柔后刚、先放后抗”方针
了挤压软弱围岩的大变形施工。
H.L.Dai提出了一种用于软岩隧道的分析
方法和软岩隧道的安全标准。
GuofengLI建立了一个交叉巷道的力学模型，提出了双螺栓稳定性控制技术。
铁二院从预留变形量出发，并根据已有工程实例和研究成果提出三级
划分标准，如表1，相应的防治基准如表2所示。
隧道正常预留变形量对
于单线隧道一般不大于15cm，对于双线铁路隧道不大于30cm，并取上述
值0.8倍作为正常变形值上限，即，单线隧道支护位移不应大于13cm，
双线隧道支护位移不应大于25cm。
取上述正常值的2倍作为大变形的下限，即：隧道施工时，如果初期支护发生了大于25cm(单线隧道)和
50cm(双线隧道)的位移，则认为发生了大变形，在现场得到了很好的应用
和证明，值得进一步推广。
4 存在的问题
隧道及地下工程施工中的大变形问题出现已经一个多世纪，但在理论
认识和支护方法上仍然还存在许多问题，主要表现为：
(1)重大关键工程的大变形机制仍然需要专门研究。
尤其是强震区高
地应力大变形形成机制、变形模式与一般的围岩变形破坏不同，应从应力
条件、围岩工程力学特性和结构特征以及围岩变形流变效应和空间效应等
方面都需要深入研究。
(2)目前各种岩石力学理论和方法、监控量测技术、测试技术等各有
所长，但是在测试方法应用以及预测方面研究工作比较零散，没有形成一
套系统、完善和易于推广应用现场地质分析、监测试验、分析评价的动态
预测体系。
(3)目前关于泥岩、页岩、千枚岩等软岩大变形预测及防治技术研究工作比较零散，缺乏规范的施工程序，更没有形成一套预测预报方法体系和相应结构参数。
(4)大变形处治对策还不能达到推广应用和系统施工的程度，需要针对不同机制、不同等级的大变形，制定相应的合理防治对策。
总之，目前高地应力软岩隧道大变形机制、预测理论和控制技术方法体系方面，仍然值得进一步研究。