岩爆与大变形6_1_[1].1
铁路隧道双指标高地应力界定及岩爆大变形分级标准
铁路隧道双指标高地应力界定及岩爆大变形分级标准隧道工程是现代交通建设中不可或缺的重要组成部分。
隧道的稳定性和安全性对于铁路运输的顺畅和乘客的安全具有重要意义。
在隧道开挖和使用过程中，高地应力和岩爆大变形是两个关键指标，对隧道工程的设计和运营都有着重要影响。
首先，我们需要明确什么是高地应力。
高地应力是指岩体内部承受的来自地层重力和地壳构造压力而引起的应力状态。
在开挖隧道时，如果隧道经过的地层中存在高应力区域，会对隧道的开挖和支护造成较大困难，并且可能引发岩体的破坏和塌陷。
因此，准确界定高地应力的范围和区域是非常重要的。
在高地应力界定方面，有一些常用的方法和指标可以参考。
首先是现场实测，通过钻孔和试验等手段获取地层的物理力学参数，如岩石的抗压强度、岩体的刚度等，从而推算出地层的应力状态。
其次是通过地质勘探，分析地层的构造和变形情况，结合地质构造图和构造应力场分析，来推测地层的应力状态。
此外，还可以使用数值模拟方法，利用有限元等数值方法进行计算，模拟地层受力状态。
综合这些方法和指标，我们可以制定出适合具体隧道工程的高地应力界定标准。
其次是岩爆大变形。
这是指在隧道开挖和使用过程中，岩体因应力变化或其他影响导致的大规模破坏和变形现象。
岩石爆破会导致岩层的破碎和溃决，而岩爆大变形则是岩体内部应力不均匀引起的大规模塌陷现象。
岩爆大变形不仅对隧道工程造成直接的破坏，也会威胁到隧道的使用安全。
在岩爆大变形分级标准方面，目前还没有统一的标准可供参考。
不同地区的隧道工程经验和地质条件不同，因此需要根据具体情况进行分级和评估。
一般来说，可以根据隧道的位置、地质条件、支护方式等因素来确定岩爆大变形的风险等级。
例如，隧道所处地质稳定的区域和采用了充分有效的支护措施的隧道可以确定为低风险等级；而处于地质不稳定区域且采取临时性或不足的支护措施的隧道可以确定为高风险等级。
根据不同的风险等级，可以制定相应的岩爆大变形分级标准，确定隧道工程的支护方案和安全措施。
高应力隧道施工岩爆大变形风险评估技术的分析
高应力隧道施工岩爆大变形风险评估技术的分析发表时间：2019-04-30T11:06:01.377Z 来源：《基层建设》2019年第4期作者：刘强[导读] 摘要：随着我国隧道建设的迅猛发展，在高应力隧道建设施工过程中，常常会发生岩爆、大变形等灾害，不仅延误工期、产生重大经济损失，甚至还会造成施工人员伤亡，因此如何减少在隧道施工时产生的岩爆、大变形风险成为广大研究者们一直以来致力于研究的课题。
中铁隧道股份有限公司摘要：随着我国隧道建设的迅猛发展，在高应力隧道建设施工过程中，常常会发生岩爆、大变形等灾害，不仅延误工期、产生重大经济损失，甚至还会造成施工人员伤亡，因此如何减少在隧道施工时产生的岩爆、大变形风险成为广大研究者们一直以来致力于研究的课题。
本文重点研究岩爆与大变形灾害成因，总结其主要影响因素，阐述了岩爆、大变形风险评估指标建立原则，并就施工时岩爆和大变形风险动态评估进行说明，为高地应力隧道施工提供有效指导。
关键词：隧道施工；岩爆；大变形；风险评估1岩爆、大变形主要影响因素分析对于高地应力隧道，受高地应力影响，岩体被挤压、拉裂，因而变得松弛起来，一般很容易形成岩爆或是大变形等灾害，这会对施工进度产生不利影响。
高地应力软岩大变形是施工过程中的一大常见问题。
引起隧道施工岩爆、大变形的主要因素也可归因于为地质条件、设计因素、施工因素三大类。
1.1地质因素地质因素可概况为以下几方面：岩石强度、围岩完整性、岩石脆性特征、地下水状况、地应力大小等。
岩石的强度反映岩石的坚硬程度，岩质越坚硬，岩体越易存储应变能，发生岩爆的可能性越大。
若岩石的强度较小，那么其承载能力也较小，容易在隧道开挖过程后产生较大的变形。
软岩隧道基本不发生岩爆，岩爆主要发生在岩石强度较大的坚硬岩隧道。
变形主要发生在岩石的单轴抗压强度较小的软质岩隧道。
围岩完整性一般包括岩体节理、裂隙、层理等发育情况，通常越完整的岩石发生岩爆的概率越大。
结构面的存在能够破坏围岩的完整性，在隧道开挖过程中，围岩越破碎，稳定性越差，发生大变形、坍塌的可能性也就越大。
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挤压性围岩应具有下列特征: 挤压性围岩应具有下列特征:
a-只要应力和材料特性的特殊组合使隧道周围的某些区域超过蠕 变开始所需的临界剪应力,任何岩土介质中均可发生挤压现象; b-隧道挤压收敛变形量,变形速率,洞周塑性区范围,取决于地 质条件,强度应力比,地下水流量,孔隙水压力以及岩体性质; c-在节理化岩体中可能发生因为支护能力不足的,局限于顶部和 侧墙的大变形不包括在挤压变形范畴内; d-与时间相关的变形也可能发生在膨胀岩体中,挤压变形通常不 意味着体积增加; e-挤压变形与隧道开挖和支护技术及步序密切相关,若支护滞后, 岩体将向洞内移动并造成应力重分布,相反,若岩体变形被抑制, 挤压将导致支护结构遭受长期加载.
长期以来,国内对软岩和弱岩的定义存在较大争议: 长期以来,国内对软岩和弱岩的定义存在较大争议:
软岩一般指岩石(intact rock),即单轴抗压强度为0.5～20MPa的岩石 (ISRM,国际岩石力学学会),或单轴抗压强度小于17MPa的岩石, 或饱和单轴抗压强度小于30MPa的岩石(工程岩体分级标准-1994,岩 挤压大变形隧道则主要出现在以泥岩,泥质砂岩/粉砂岩 粉砂岩, 挤压大变形隧道则主要出现在以泥岩,泥质砂岩 粉砂岩, 土工程勘察规范-2004). 粘土岩,泥灰岩,煤系地层,复理石为主的沉积岩, 粘土岩,泥灰岩,煤系地层,复理石为主的沉积岩,以 Hoek & Marinos (2000)将完整岩块(即岩石)单轴抗压强度<25MPa 定义为弱岩(Weak rock). 页岩,片岩,泥质板岩,千枚岩,蛇纹岩, 页岩,片岩,泥质板岩,千枚岩,蛇纹岩,片麻岩等为 我国煤矿系统在1984年12月的昆明会议上将松软岩层定义为"强度低, 空隙大,胶结程度差,受构造切割面及风化影响显著或含有大量膨胀 主的变质岩等这些传统软岩中. 主的变质岩等这些传统软岩中.断层破碎带岩体与传统 粘土矿物成分的松,散,软,弱岩层",显然这里的软岩是岩体,是 软岩相比, 软岩相比,大变形本质相同但影响因素和过程却存在着 松散软弱岩层的简称. E. Hoek (1998)对弱岩体进行了如下定义 "弱岩体是由构造运动造成 显著差别. 显著差别. 的,微观表现为原岩受到了剪切和压碎,原联结结构受到了扰动,工 程特点表现为岩体强度非常低,隧道或边坡开挖很容易诱发失稳破 坏". 顾宝和等(2006)将断层破碎带岩体归为具有不良地质特性并易引发工 程事故的"劣质岩"之一.
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.。
公路工程施工安全风险评估专项风险评估指标体系
公路工程施工安全风险评估专项风险评估指标体系附录A表A.1~表A.6为公路隧道工程施工前洞口失稳、坍塌、涌水突泥、大变形、瓦斯爆炸、岩爆等6类风险事件可能性评估指标体系(各指标体系中评估指标的分级取值原则为下限值可取、上限值不可取。
)。
项别评估指标分级分值范围说明建设规模某1隧道开挖跨度某11≥18m10~12根据设计文件确定（仅考虑主隧道开挖跨度）14m~18m7~99m~14m4~6<9m0~3地形特征某2洞口浅埋段长度某21≥50m6~740m~50m4~530m~40m2~3<30m0~1洞口偏压角度某22≥45°1.3依据设计文件确定30°~45°1.215°~30°1.1<15°1.0围岩级别（[BQ]值）某31Ⅴ级（<250）、土体1.5根据设计文件确定Ⅳ级（251~350）1.3Ⅲ级（351~450）1.1Ⅰ、Ⅱ级（≥451）1.0坡体结构某32存在古滑坡体1.5缓顺向坡（坡角大于岩层倾角，同时岩层倾角大于15°）1.3斜交坡1.1横交坡1.0年均降水量某41≥1000mm1.20600mm~1000mm1.10300mm~600mm1.05<300mm1.00项别评估指标分级分值范围说明建设规模某1隧道开挖跨度某11≥18m10~12根据设计文件确定（仅考虑主隧道开挖跨度）14m~18m7~99m~14m4~6<9m1~3地形特征某2浅埋隧道偏压角度某21≥45°5~6依据设计文件确定30°~45°3~415°~30°2<15°1地质条件某3围岩级别（[BQ]值）某31Ⅴ级（<250）、土体10~12根据设计文件确定Ⅳ级（251~350）7~9Ⅲ级（351~450）4~6Ⅰ、Ⅱ级（≥451）1断层破碎带宽度某32断层破碎带宽度≥50m 1.3断层破碎带宽度20m~50m 1.2断层破碎带宽度<20m1.1不存在断层破碎带1.0优势结构面倾角某330°~25°1.325°~55°1.255°~70°1.170°~90°1.0水文地质条件某4预测涌水量某41≥20000m3/d1.3根据设计文件确定10000m3/d~20000m3/d 1.22000m3/d~10000m3/d 1.1<2000m3/d1.0项别评估指标分级分值范围说明地质条件某1不良地质某11隧道附近底板上方存在大型含导水构造，或隧道附近存在大型承压含导水构造2根据设计文件确定隧道附近底板上方存在中型含导水构造或下方存在大型含导水构造，或隧道附近存在中型承压含导水构造1.5隧道附近底板上方存在小型含导水构造，下方存在中型含导水构造，或隧道附近存在小型承压含导水构造1隧道附近底板下方存在小型含导水构造0.5岩溶发育程度某12岩溶极发育，存在宽大岩溶洞穴、地下暗河、塌陷坑等2根据设计文件确定岩溶发育，存在宽大岩溶发育带或大岩溶洞穴1.5岩溶较发育，存在岩溶裂隙带或较大岩溶洞穴1岩溶不发育，存在岩溶裂隙、小溶洞发育0.5水文地质条件某2预测涌水量某21≥20000m3/d10~12根据设计文件确定10000m3/d~20000m3/d7~92000m3/d~10000m3/d4~6<2000m3/d0~3环境条件某3周围水体情况某31隧道上方地表存在湖泊、河流、水库等水体1.2根据现场调查情况确定（综合考虑降雨量和地表径流）隧道附近存在补给性水体1.1隧道周围不存在补给性水体1.0项别评估指标分级分值范围说明建设规模某1隧道开挖跨度某11≥18m10~12根据设计文件确定（仅考虑主隧道开挖跨度）14m~18m7~99m~14m4~6<9m1~3地形特征某2浅埋隧道偏压角度某21≥45°5~6依据设计文件确定30°~45°3~415°~30°2<15°1地质条件某3围岩级别（[BQ]值）某31Ⅴ级（<250）、土体10~12根据设计文件确定Ⅳ级（251~350）7~9Ⅲ级（351~450）4~6Ⅰ、Ⅱ级（≥451）1断层破碎带宽度某32断层破碎带宽度≥50m 1.3断层破碎带宽度20m~50m 1.2断层破碎带宽度<20m1.1不存在断层破碎带1.0地应力某33＞20MPa5~613MPa~20MPa3~47MPa~13MPa21水文地质条件某4预测涌水量某41≥20000m3/d1.15根据设计文件确定10000m3/d~20000m3/d 1.12000m3/d~10000m3/d 1.05<2000m3/d1.0项别评估指标分级分值范围说明地质条件某1煤层厚度某117~9—5m~10m52m~5m3<2m1隧道距煤层距离某12 0m~20m1最小直线距离20m~80m0.880m~150m0.4≥150m瓦斯因素某2预测瓦斯压力某21≥0.74MPa1.4~1.5开挖扰动前的地层中瓦斯压力0.35MPa~0.74MPa1.30.1MPa~0.35MPa1.20MPa~0.1MPa1.1预测瓦斯涌出量某22≥1m3/min10~12单位时间内从煤或岩层、采落的煤（岩）涌出的瓦斯量0.5m3/min~1m3/min7~9<0.5m3/min4~6项别评估指标分级分值范围说明地质条件某1地应力某11≥40MPa10~12根据设计文件确定20MPa~40MPa7~910MPa~20MPa4~6<10MPa0~3岩性因素某2岩体质量指标RQD某21≥70%1.350%~70%1.21.1<25%1.0岩石单轴饱和抗压强度某22≥100MPa1.4~1.660MPa~100MPa1.2<60MPa1.0表A.7~表A.12为公路隧道工程施工过程中洞口失稳、坍塌、涌水突泥、大变形、瓦斯爆炸、岩爆等6类风险事件可能性评估指标体系(各指标体系中评估指标的分级取值原则为下限值可取、上限值不可取)项别评估指标分级基本分值(Rij)权重系数评估分值(某ij)说明分值范围取值建设规模某1隧道开挖跨度某11≥18m75<Rij≤100R11γ11某11=R11某γ11根据设计文件确定14m~18m50<Rij≤759m~14m25<Rij≤50<9m0<Rij≤25地形特征某2洞口浅埋段长度某21≥50m75<Rij≤100R21γ21某21=R21某γ2140m~50m50<Rij≤7530m~40m25<Rij≤50＜30m0<Rij≤25洞口偏压角度某22≥45°75<Rij≤100R22γ22某22=R22某γ22依据设计文件确定30°~45°50<Rij≤7515°~30°25<Rij≤50<15°0<Rij≤25地质条件某3围岩级别([BQ]值)某31Ⅴ级（<250）、土体75<Rij≤100R31γ31某31=R31某γ31依据设计文件、现场条件确定Ⅳ级（251~350）50<Rij≤75Ⅲ级（351~450）25<Rij≤50Ⅰ、Ⅱ级（≥451）0<Rij≤25坡体结构某32存在古滑坡体75<Rij≤100R32γ32某32=R32某γ32缓顺向坡(坡角大于岩层倾角，同时岩层倾角大于15°) 50<Rij≤75斜交坡25<Rij≤50横交坡0<Rij≤25气象条件某4年均降水量某41≥1000mm75<Rij≤100R41γ41某41=R41某γ41600mm~1000mm 50<Rij≤75300mm~600mm25<Rij≤50<300mm0<Rij≤25项别评估指标分级基本分值(Rij)权重系数(γij)评估分值(某ij)说明分值范围取值超前预报与监测某5相对变形值(u/B)某51强烈变形≥4%75<Rij≤100R51γ51某51=R51某γ51u为隧道最大变形位移（拱、帮），B为隧道等效半径高度变形3%~4%50<Rij≤75中度变形2%~3%25<Rij≤50轻微变形1%~2%0<Rij≤25监控量测方案某52量测频率很低、必测项目很不全面或无监测项目、信息反馈很差或无反馈75<Rij≤100R52γ52某52=R52某γ52根据现场调查情况判定量测频率较低、有一定必测项目，但不全面、信息反馈较差50<Rij≤75量测频率一般、必测项目较全面，无选测项目、信息反馈一般25<Rij≤50量测频率较合理、必测项目全面，有一定选测项目、信息反馈及时0<Rij≤25量测频率合理、必测项目全面，选测项目合理、信息反馈很及时项别评估指标分级基本分值(Rij)权重系数(γij)评估分值(某ij)说明分值范围取值建设规模某1隧道开挖跨度某11≥18m75<Rij≤100R11γ11某11=R11某γ11根据设计文件确定14m~18m50<Rij≤759m~14m25<Rij≤50<9m0<Rij≤25地形特征某2隧道埋深某21≥800m75<Rij≤100R21γ21某21=R21某γ21根据设计文件、现场条件确定500m~800m50<Rij≤75200m~500m25<Rij≤50<200m0<Rij≤25浅埋隧道偏压角度某22≥45°75<Rij≤100R22γ22某22=R22某γ22根据设计文件、现场条件确定30°~45°50<Rij≤7515°~30°25<Rij≤50<15°0<Rij≤25地质条件某3围岩级别([BQ]值)某31Ⅴ级（<250）、土体75<Rij≤100R31γ31某31=R31某γ31根据设计文件、现场条件确定Ⅳ级（251~350）50<Rij≤75Ⅲ级（351~450）25<Rij≤50Ⅰ、Ⅱ级（≥451）0<Rij≤25断层破碎带宽度某32断层破碎带宽度≥50m75<Rij≤100R32γ32某32=R32某γ32断层破碎带宽度20m~50m50<Rij≤75断层破碎带宽度<20m25<Rij≤50不存在断层破碎带断层破碎带胶结程度某33严重松弛胶结碎裂结构75<Rij≤100R33γ33某33=R33某γ33松弛的胶结碎裂结构50<Rij≤75轻度松弛的胶结碎裂结构25<Rij≤50紧密的胶结碎裂结构0<Rij≤25优势结构面倾角某340°~25°75<Rij≤100R34γ34某34=R34某γ34根据现场条件确定25°~55°50<Rij≤7555°~70°25<Rij≤5070°~90°0<Rij≤25项别评估指标分级基本分值(Rij)权重系数(γij)评估分值(某ij)说明分值范围取值水文地质条件某4地下涌水情况某41每10m长隧道涌水量≥125L/min75<Rij≤100R41γ41某41=R41某γ41根据现场调查情况确定。
高地应力下硬岩岩爆与软岩大变形专项方案
八台山隧道高地应力下硬岩岩爆与软岩大变形专项方案一、工程概况1、概况城口至万源快速公路通道工程采用二级公路标准，设计速度为60公里/小时；路基宽度为12米。
城口至万源快速公路通道CW10合同段位于四川万源堰塘乡布袋溪村，里程为K46+000～K48+640，全长2.640km。
本合同段主要工程内容为八台山隧道主洞2480m/0.5座，避难通道2450m/0.5座，1-4*3m 钢筋砼盖板涵一座，路基土石方5115m3。
八台山隧道主洞起止里程K43+205～K48+480，全长5275m,避难通道起止里程YK43+206～YK48+450，全长5244m。
属特长隧道。
其中主洞K46+000～K46+480段、避难通道起止里程YK46+000～YK48+450，位于CW10合同段内，是本合同段的控制性工程。
2、地形地貌八台山隧道进口位于重庆市城口县双河乡干坝子河村、出口位于四川万源堰塘乡布袋溪村。
隧道穿越的八台山，受地质构造控制，山脊由东向西横亘，山脊两侧为面积较小的山湾。
形成山丘、山脊与沟谷相间形态，以山丘为中心形成向四周发育的“爪”状山沟；隧道轴线地面最高点位于洞身段K44+610的山脊顶部，标高为1797.74m,一般地面标高740.0～1596.2m，最低点位于隧道进口的溪沟底部，标高731.50m左右，相对高差856.2m.隧道区地貌形态为构造剥蚀、溶蚀中山地貌单元区。
3、工程地质八台山隧道地质复杂，裂隙倾角大，多为陡倾裂隙，节理面较平直，呈微张～张开状，宽1-50㎜不等，裂隙面附褐色铁质膜，局部为泥质充填。
由洞口向洞身地质条件依次为:（1）出口段位于一斜坡上，地表覆盖有第四系崩坡积块石土，基岩为三叠系下统嘉陵江组的盐溶角砾岩。
角砾状结构、岩溶发育。
（2）本隧道洞身段主要为III～V级围岩，构成III级围岩的地层岩性以灰岩为主，呈中厚层状。
跨度5米，跨度5～10米，可稳定数月，可发生局部块状位移及小～中塌方；构成IV级围岩的地层岩性以大冶组、栖霞组灰岩为主，呈薄～中厚层状。
岩爆大变形计算表格
最大主应力方向均按照N45°W考虑，岩石抗压强度大于30MPa,围岩级别Ⅱ、Ⅲ 最大主应力方向与隧道轴线大于60°水平应力为主 岩石抗压强度 100 工况1 轻微岩爆临界埋深 459.0909091 993.8502674 中等岩爆临界埋深 993.8502674 1528.609626 强烈岩爆临界埋深 1528.609626 2063.368984 最大主应力方向与隧道轴线小于60°自重应力为主 岩石抗压强度 30 工况2 轻微岩爆临界埋深 165.5675676 281.3976834 中等岩爆临界埋深 281.3976834 397.2277992 强烈岩爆临界埋深 397.2277992 513.0579151
大变形临界埋深计算表
最大主应力方向均按照N45°W考虑，岩石抗压强度小于30MPa
地质构造对岩体强度影响程度表 影响程度 地质构 造 部位 无影响 较重 断层影响带、褶 皱核部、物探Ⅴ 级异常带 0.54 严重 断层破碎带
岩体和岩石单轴饱和抗压强度转化系数
0.75
0.33
构造无影响下的临界深度 最大主应力方向与隧道轴线大于60°水平应力为主 岩石强度 10 工况1 轻微大变形临界埋深 459.0909091 812.0320856 中等大变形临界埋深 1261.229947 2330.748663 强烈大变形临界埋深 2330.748663 最大主应力方向与隧道轴线小于60°自重应力为主 岩石抗压强度 10 工况2 轻微大变形临界埋深 570.972973 1150.123552 中等大变形临界埋深 1150.123552 1922.324324 强烈大变形临界埋深 1922.324324
工况3
工况4
构造影响较重的临界深度 最大主应力方向0 轻微大变形临界埋深 234.4919786 812.0320856 中等大变形临界埋深 812.0320856 1582.085561 强烈大变形临界埋深 1582.085561 最大主应力方向与隧道轴线小于60°自重应力为主 岩石抗压强度 10 轻微大变形临界埋深 408.8108108 825.7992278 中等大变形临界埋深 825.7992278 1381.783784 强烈大变形临界埋深 1381.783784
隧道工程应知应会业务知识题库
隧道工程应知应会题库库参考规范：1、《铁路隧道监控量测技术规程》（Q/CR 9218—2015）2、《铁路隧道工程施工安全技术规程》（TB10304—2009）3、《铁路隧道超前地质预报技术规程》（Q/CR 9217—2015）4、《铁路隧道工程施工质量验收标准》（TB 10417-2003）【简称《铁路隧道验标》5、《客货共线铁路隧道工程施工技术规程》（Q/CR 9653-2017）6、《铁路工程测量规范》（TB 10101—2009）7、《铁路建设工程风险管理技术规范》（Q/CR 9006-2014）8、《铁路隧道风险评估与管理暂行规定》（铁建设【2007】200号）9、《铁路建设项目施工作业指导书编制办法》（铁建设【2015】188号）10、《铁路工程施工组织设计规范》（Q/CR 9004-2018）11、《爆破安全规程》（GB 6722—2014）12、《公路工程施工安全技术规范》（JTG F90—2015）13、《福建省高速公路施工标准化管理指南》（第五分册隧道工程）14、中国铁路总公司《质量安全管理十严禁》15、《高速铁路工程测量规范》（TB 10601—2009）16、《铁路隧道工程施工技术》17、《铁路隧道防水板铺设工艺技术规定》（建技[ 2010 ]13号）【作废】18、《高速铁路隧道工程施工质量验收标准》（TB 10753-2010）【简称《高铁隧道验标》】【作废】一、隧道工程总则【 2题】1、隧道工程施工，应遵循的总体原则？《福建省高速公路施工标准化管理指南》1.3.4条规定：隧道施工，应遵循“工序均衡、初支强固、铺底先行、衬砌紧跟”的总体原则；应加强光面爆破、喷锚支护、监控量测、铺底施工、防排水、通风照明、衬砌质量等方面工作。
隧道施工，应执行“零开挖”进洞、“零塌方”管理、工后检测、二次衬砌台车准入等制度。
2、《质量安全管理十严禁》中关于隧道工程的有关规定有哪些？中国铁路总公司《质量安全管理十严禁》主要内容：（1）严禁偷工减料，以次充好。
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深埋长大交通,水利隧道和矿山巷道施工和运营中, 经常出现大变形,岩爆,塌方,突涌水等地质灾害.
而目前对于深埋隧道围岩大变形,岩爆等施工地质灾害 变形机制,防治方法等研究尚不足.
中国科学院研究生院硕士课程
一,深部隧道围岩的大变形
什么是软岩? 什么是围岩挤压大变形? 围岩挤压大变形的预测和分级 围岩大变形的机理 兰武二线乌鞘岭隧道F7围岩大变形 南山集团柳海煤矿巷道大变形
σ cm = Nc = p0 γH
Jethwa等(1984)提出挤压变形分类的公式及划分标准 指标 岩体强度应力比 大变形分级 高度挤压 <0.2 中等挤压 0.2~0.4 微弱挤压 0.4~1.0 无挤压 >1.0
σ cm
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.
中国科学院研究生院硕士课程
深部隧道围岩的大变形和岩爆
研究和探讨
研究意义
近年来,我国高速公路,高速铁路,大型水电站工程及长距离调水 等工程建设的快速发展,深埋长大隧道将越来越多. 根据我国《中长期高速公路发展规划》,预计到2020年我国高速 公路将形成7条放射线,9条南北纵线,18条东西横线,17条纵向联 络线和19条横向联络线,运营里程将达到8.5万公里; 根据我国《中长期铁路发展规划(2008版)》,预计到2020年我 国时速≥200公里的高速铁路建设里程将超过1.8万公里,届时省会及 主要城市之间都将建成客运专线或城际铁路; 目前在建的锦屏二级水电站工程包括2条交通隧洞,1条排水隧洞和 4条引水隧洞,每条隧洞长度均超过16公里; 目前处于项目建议书阶段的我国南水北调西线一期工程,输水隧洞 长达540多公里,穿越青藏高原东部高山峡谷地区,最长的4#隧洞长 达72.4公里.
什么是挤压性围岩? 什么是挤压性围岩?国内外学者从不同角度进行了不同定 义.国外对挤压性围岩的研究比较早也比ห้องสมุดไป่ตู้系统: 国外对挤压性围岩的研究比较早也比较系统:
1. Terzaghi (1946)—挤压性岩石仅仅指那些含有相当多粘土的岩石 含有相当多粘土的岩石,粘土可 含有相当多粘土的岩石 能是原生的如页岩内的,也可以是蚀变产物.这类岩石可能主要是高岭土类, 或者蒙脱石类的.因此,挤压性岩石范围可能很宽.挤压性岩石缓慢地向隧 道内移动,但并没有明显的体积增加.挤压的首要条件是云母类矿物或粘土 矿物含量高但膨胀能力却很低. 2. Gioda(1982)—挤压意味着时间相依性的变形 时间相依性的变形,是由开挖空间周围的剪应 时间相依性的变形 力集中造成的.偏应变和体积变形都可能出现,后者与岩土介质的膨胀有关. 3. Tanimoto(1984)则假设挤压变形现象是围岩的一种弹塑性行为 弹塑性行为,并认为当 弹塑性行为 岩石应变到其残余塑性状态 残余塑性状态时将发生挤压变形 残余塑性状态 4. O'Rourke(1984)—挤压性地层是指因荷载强度超过其强度 荷载强度超过其强度而在隧道附近出 荷载强度超过其强度 现时间相依性变形 时间相依性变形的地层.挤压性地层的结果是隧道支护结构将在数周甚至 时间相依性变形 数月内经受比初始荷载高数倍的不断增加的荷载.
挤压性围岩应具有下列特征: 挤压性围岩应具有下列特征:
a-只要应力和材料特性的特殊组合使隧道周围的某些区域超过蠕 变开始所需的临界剪应力,任何岩土介质中均可发生挤压现象; b-隧道挤压收敛变形量,变形速率,洞周塑性区范围,取决于地 质条件,强度应力比,地下水流量,孔隙水压力以及岩体性质; c-在节理化岩体中可能发生因为支护能力不足的,局限于顶部和 侧墙的大变形不包括在挤压变形范畴内; d-与时间相关的变形也可能发生在膨胀岩体中,挤压变形通常不 意味着体积增加; e-挤压变形与隧道开挖和支护技术及步序密切相关,若支护滞后, 岩体将向洞内移动并造成应力重分布,相反,若岩体变形被抑制, 挤压将导致支护结构遭受长期加载.
③应力应变强度等多指标结合法 Hoek最初也使用岩体强度应力比作为隧道潜在挤压问题的预测因子,但是在 Hoek & Marinos(2000) 吸收了Sakurai(1983)的思想,将强度应力比与应变率 (即隧道侧壁位移与隧道半径之百分比)结合起来,隧道围岩挤压变形的严 重程度初步预测.
Hoek & Marinos (2000)的挤压变形分级和建议采用支护类型
研究意义
同时,金属和煤炭矿山开采深度越来越大, 以煤矿为例,目前我 国煤矿开采深度以每年8~12m的速度增加,未来20年我国很多煤 矿将进入1000~1500m深度,我国埋深在1000m以下的煤炭储量为 2.95万亿吨,占煤炭总储量的53%.金属矿方面: 南非金矿>1000m,最大3700m; 印度Kolar金矿区,3个>2400m,最大3260m; 俄罗斯克里沃罗格铁矿区,8个~900m; 我国铜陵狮子山铜矿~1100m; 山东玲珑金矿~800m; 抚顺红透山铜矿~900-1100m;湘西金矿>850m.
喻渝(1998)认为挤压性围岩就是指高地应力下的软弱围岩(包括 断层破碎带岩体),挤压变形的发生的两个必要条件是高地应力和 高地应力和 围岩软弱,充分条件是支护刚度不足 支护刚度不足. 围岩软弱 支护刚度不足 赵旭峰(2007)提出挤压现象是一种在隧道开挖过程中与时间有关 的大变形,与岩体的弹粘塑性时效力学行为具有相当程度的关联性, 表现为在工程扰动力作用下,当岩体所承受的剪应力超过某极限值 时,所发生的随时间发展的显著粘弹塑性变形 随时间发展的显著粘弹塑性变形. 随时间发展的显著粘弹塑性变形
Goel & Singh(1999) 根据相对变形对围岩挤压变形程度进行了分级. 指标 相对变形/u/r% 大变形分级 Ⅰ微弱挤压 1.0~3.0 Ⅱ中等挤压 3.0~5.0 Ⅲ高度挤压 >5.0
Singh等(2007)认为极限应变值的确定应当取决于岩块和岩体的性质,并将 隧道周边切向应变的经验值,可通过数值模拟或现场监测分析得 其定义为隧道周边切向应变的经验值 隧道周边切向应变的经验值 到,然后监测得到的应变值与极限应变值之比可被用来量化挤压变形潜势 和修改支护设计.
如何进行大变形的预测和程度分级? 如何进行大变形的预测和程度分级?
从预测方法上:经验方法和半定量半经验方法 经验方法和半定量半经验方法.前者本质上是基于岩石质量分 经验方法和半定量半经验方法 类来进行的,后者则使用圆形隧道静水压力条件下的解析解及经验统计分析, 提出估计预期变形量的方法.
1)经验方法 ① Singh等(1992)提出根据Q值预测挤压变形的临界隧道埋深的公式:
Hoek(2000) 通过有限元分析,给出了隧道掌子面和侧壁的应变率与初始地 应力,支护阻力之间的近似关系式:
观测或预期变形率 u a / a SI = = 极限应变 ε cr
分级 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ 挤压程度描述 无挤压 轻度挤压 一般挤压 严重挤压 非常严重挤压
ε cr = 5.84
0 σ ci.88
Q 0.12 Ei0.63
SI
SI<1.0 1.0<SI<2.0 2.0<SI<3.0 3.0<SI<5.0 5.0<SI
H = 350 Q
1/ 3
其中,H为隧道顶拱埋深(m),Q为Barton的Q值. ② Goel等(1995)根据99个隧道的跨度(B),岩体质量数(N)和隧道埋深(H)的统 计数据,提出的如下经验公式:
H = 275 N 0.33 B 1 N = (Q )SRF =1
2)半经验半定量方法 可根据所设定的判定标准差异,分为3类:单纯强度应力比法 极限变形量 单纯强度应力比法,极限变形量 单纯强度应力比法 极限变形量/ 相对变形量法,及应力应变强度等多指标结合法 应力应变强度等多指标结合法. 相对变形量法 应力应变强度等多指标结合法 ①强度应力比法 Muirwood(1972)首先建议使用能力因子(Competency factor)即岩石单轴抗压强 度与垂直应力的比值来评价隧道的稳定性.Nakano (1979)利用该参数来认识 日本软岩隧道的挤压变形潜势.其后,Jethwa等(1984),Singh等(1992) , Hoek (2000) 等学者均根据岩体强度与应力的比值来量化隧道围岩的"挤压变 形潜势".
长期以来,国内对软岩和弱岩的定义存在较大争议: 长期以来,国内对软岩和弱岩的定义存在较大争议:
软岩一般指岩石(intact rock),即单轴抗压强度为0.5～20MPa的岩石 (ISRM,国际岩石力学学会),或单轴抗压强度小于17MPa的岩石, 或饱和单轴抗压强度小于30MPa的岩石(工程岩体分级标准-1994,岩 挤压大变形隧道则主要出现在以泥岩,泥质砂岩/粉砂岩 粉砂岩, 挤压大变形隧道则主要出现在以泥岩,泥质砂岩 粉砂岩, 土工程勘察规范-2004). 粘土岩,泥灰岩,煤系地层,复理石为主的沉积岩, 粘土岩,泥灰岩,煤系地层,复理石为主的沉积岩,以 Hoek & Marinos (2000)将完整岩块(即岩石)单轴抗压强度<25MPa 定义为弱岩(Weak rock). 页岩,片岩,泥质板岩,千枚岩,蛇纹岩, 页岩,片岩,泥质板岩,千枚岩,蛇纹岩,片麻岩等为 我国煤矿系统在1984年12月的昆明会议上将松软岩层定义为"强度低, 空隙大,胶结程度差,受构造切割面及风化影响显著或含有大量膨胀 主的变质岩等这些传统软岩中. 主的变质岩等这些传统软岩中.断层破碎带岩体与传统 粘土矿物成分的松,散,软,弱岩层",显然这里的软岩是岩体,是 软岩相比, 软岩相比,大变形本质相同但影响因素和过程却存在着 松散软弱岩层的简称. E. Hoek (1998)对弱岩体进行了如下定义 "弱岩体是由构造运动造成 显著差别. 显著差别. 的,微观表现为原岩受到了剪切和压碎,原联结结构受到了扰动,工 程特点表现为岩体强度非常低,隧道或边坡开挖很容易诱发失稳破 坏". 顾宝和等(2006)将断层破碎带岩体归为具有不良地质特性并易引发工 程事故的"劣质岩"之一.