软岩隧道变形失稳机理及处置对策研究
某隧道处于灰 岩 、 碳酸 盐岩 及二 者接 触带 中 ， 隧道 围岩 附近
沉积 火 山碎屑岩 等软 岩 ， 围岩强度 低 、 易风化 ， 研究 ， 但迄今 为止 ， 尚没 有 比较完善 的理 论 与十分 有效 的手 段来 存在 大量 的灰 岩 、 侧帮变形 、 底板 鼓胀等危害 ， 影 解决这一 问题 ＿ 。软岩 工程 问题 在隧道行业 表现 的更 为突 出 ， ｌ Ｊ 据 在隧道掘进 过程 中容 易出现垮落 、
中 图分 类 号 ： ４ ６ Ｕ ５ 文献标识码 ： Ａ 对隧道失稳机 理进行研究 。
１ 问题 的提 出
与实践的工作者们 ， 在软岩理论及支护 与控 制方 面进行 了大量 的
长 期 以来 ， 内外 从 事 采 矿 、 电 、 道 工 程 及 岩 石 力 学 理 论 ２ 工 程概 况 国 水 隧
满堂支架法进行 预应力 连 续箱 梁施 工是一 种古 老 的施工方
法， 但其具有 与设计线形 较为 吻合 ， 结构 不发生体 系转换 ， 预应力
筋可 以一次布 置 ， 中张 拉等 明显 优点 ， 集 随着近 年来桥 梁 多样化 的发 展 ， 斜桥 、 弯桥 、 形桥 的不 断出现 ， 异 采用 满堂 支架施 工显示 出相 当的优 势。
， 并 尺寸为 １ ｒ ２锄 ， ０ｃ ｎ×１ 净距 为 ２ ｒ， ５ｃ 侧模分上 、 、 三点用钢管 处 ） 混凝 土浇筑完终凝前进行拉 毛 ， 用高压 水土 浇筑过程 中稳 固不 变形 。内模 只 子、 浮浆 冲洗 掉 ； 二次浇筑顶 板及翼板 ， 第 混凝 土浇筑采用分层平 制作顶模及两侧模 板 。用 钢管 做成 骨架 支撑确 保整 体稳 固不 变 铺法 ， 每层厚度 ２ Ｔ 右 。施 工过 程 中 ， 格控 制混 凝土 的坍 ５Ｃ ｎ左 严
第３ ６卷 第 １ ４期
２０ １０ 年 ５ 月
山 西 建 筑
Ｓ ＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩ ＴＥＣｒＵＲＥ
Ｖｌ ． ６Ｎｏ． ４ ０ ３ １ １
Ｍａ． ２ １ ｙ ００
・‘０ ・ ３ １
文 章 编 号 ：０ ９６ ２ （０ ０ １—３ １０ １ ０ —８ ５ ２ １ ）４０ ０ —３
石上按规范规定安装橡胶支座 。 ２ ３ 模 板 工程 ． １模板制作 。外模采用 厚度为 １ 的竹胶模板 ， ） ５ｍｍ 底模 垫木
一
针对 变形严重 的地段 开展工程 地质调 查 ， 通过 综合分 析 、 对
２５ 混 凝 土工程 ．
１ 混凝土浇筑 。箱 梁采用 Ｃ ０混凝 土 ， ） ５ 分二 期施 工完成 ： 第 次浇筑 底板及腹板 ， 筑至 腹板 与顶板 交界 处 （ 板倒 角最低 浇 顶
统计 ， 仅在 隧道 行 业 ， 隧道 因软 岩 膨 胀 而产 生 的 维 护 费用 高 达 响 隧 道 的正 常施 工 和 运 营 。
５０ ０万元以上 ］ ０ 。另外在云南 的部分 隧道 中也遇 到 了膨胀 岩土 ３ 隧道 变形 严重 地 段调 查
工程问题 。本文采用 ｘ射线分 析 、 微观结 构扫 描 、 胀率 等试 验 膨
形 。２ 模板安装 。模板安装顺序 如前所述 ， ） 对要使 用 的竹 胶模 板 落度 和其他技 术指标 。２ 混凝 土养护 。混凝 土浇筑完 成后 ， 即 ） 立
仔细清理 、 整形 、 刨边 、 打蜡 ， 发生 可见变形 的竹胶模 板不再使 用 ， 采用 土工 布进行覆 盖 ， 待混凝 土终凝后 ， 即可 开始洒水养护 ， 洒水
软 岩 隧道 变 形 失 稳 机 理 及 处 置对 策 研 究
秦
摘
叉 文
杨 绪 祥 秤
要： 通过对 隧道 变形严 重的地 段展开现场调查 ， 确定 了影 响隧道 变形的主要 因素 ， 隧道变形严 重的地 段取样 ， 在 进行
室 内ｘ射 线、 偏光镜、 膨胀 率、 膨胀力 等相 关方面的试验研 究工作 ， 揭示 了隧道 变形的机理 ， 而提 出了支护方案。 进 关键词 ： 隧道变形 ， ｘ射线 ， 膨胀率
２７ 封 锚 ．
２ ４ 钢 筋制作 及 波纹 管安 装 ．
在水泥浆凝结 后 ， 绑扎 锚头铺 筋 网 ， 用与箱 梁 同标号 混凝 土
～
１ 钢筋 制作 。钢筋在钢筋加工厂统 一下料制 作 ， ） 钢筋骨架 在 浇 筑 封 锚 混 凝 土 。 钢筋厂加工焊接 ， 运至现场用 吊车安装 。２ 波纹管安 装 。严格 按 ３ 结语 ） 图纸设 计孔 道位置及坐标预埋 塑料波 纹管 。管 道直线 段 ０ ７ ．５ｍ 架设一道定位架 （ 定型钢箍 ） 曲线段 定位架 间距 为 ０ ５ｍ。普 通 ， ． 钢筋若 与预应力管 道发 生干 扰 ， 通钢 筋 可以适 当移 动或 避绕 。 普 在绑 扎钢筋 、 浇筑 混凝 土过程 中 ， 免踏 压扁波 纹管 。在 立侧模 避 前， 仔细校核 管道 坐标 ， 检验其 固定 、 接措施是 否牢靠 ， 连 绝不把 隐患带入下道工序 。
有 小 孔 洞 的模 板 先 用 油 漆 腻 子 刮 平 后 再 打 蜡 。 内 模 安 装 时 先 立 量 以能满 足混 凝土保持湿度为 宜 ， 洒水养护 时间不少于 ７ｄ 。
两侧模板 ， 整体采用 吊模法 固定 。箱 室隔板可采 用预制对 销螺 丝 ２． 预 应 力 张 拉 ６ 撑头 ， 安装穿 心对 销螺丝。模板安装完成 经检查 符合要求 后才 可 混凝 土达到设计强 度后进行 张拉 ， 张拉顺序按 图纸 设计要求 浇筑混凝土 。３ 支架模板拆 除 。模 板拆 除 时 间根据 结构 特 点确 进行 ， ） 采用 张拉吨位与 引伸量 双控 ， 制应力 ＝１３ ５ＭＰ ， 控 ９ ａ 引 定 。侧 面模 板拆除 ， 混凝 土强度达 到 ２ ５ＭＰ 后 进行 ， 重模 伸 量 控 制 在 一６ ～ ＋６ 以 内 。 在 ． ａ 承 ％ ％ 板在下一跨预应力钢筋施加预应力并压浆 后拆 除 。
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.。
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。
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。
隧道软弱围岩变形施工控制探讨
隧道软弱围岩变形施工控制探讨隧道软弱围岩变形是隧道工程施工中比较常见的问题之一，如果不进行有效的控制，将会给工程带来严重的影响。
本文将就隧道软弱围岩变形施工控制进行探讨，并提出几点建议。
一、引起软弱围岩变形的原因1.地质条件：如褶皱山地的地层、断层、滑坡、地震等均可引起土层变形。
2.气象条件：气象条件对软弱地基稳定性的影响非常大。
在大雨、暴风、冰雪等极端气候下，软土会因受到水的浸润和侵蚀而坍塌。
3.地下水位：地下水可以提高土体的孔隙压力，使土体处于所谓的“过饱和”状态，这种情况下地下水对土体稳定性的破坏作用就非常显著。
4.人为原因：如飞机机场、铁路隧道、电缆隧道等工程的施工也会导致地下岩土变形。
1. 建筑物受损：软弱围岩变形会导致地震发生时地基变形，从而对建筑物产生影响，严重甚至导致建筑物崩塌。
2. 道路交通损失：软弱围岩变形会使路基下沉、路面龟裂、变形等问题出现，严重影响道路交通安全。
3. 运输路线受限：因为软弱围岩变形容易导致路面坍塌，所以对运输车辆的限制很大。
1. 采用高级数学模型进行模拟分析，通过模拟分析得出围岩变形的可能程度，以便在实施控制前制定合适的措施。
2. 加强隧道头部的支护，采用更高强度的锚杆或锚索进行锚固，同时加强隧道头部的地下水防渗处理，有效地减小了不良围岩对隧道头部的影响，同时保证了洞口的稳定性。
3. 隧道中部支护应采用宽度适当、高度宜中的支撑方法，采用预制钢格桥、钢及木结构体系和隧道内壁安装支架等技术和措施，增加对隧道封闭繁忙期、火灾灾害及地震灾害等的适应能力。
4. 加强施工监理，严格按照设计文件及施工规范进行施工，防止因质量问题导致隧道软弱围岩失控。
总之，软弱围岩变形是影响隧道工程建设的重要因素之一，需要车站工程师深入研究分析，及时采取措施进行施工控制。
隧道软弱围岩变形施工控制探讨
隧道软弱围岩变形施工控制探讨隧道施工是一项复杂且有挑战性的工程，涉及各种地质条件和地形地貌。
隧道软弱围岩变形是隧道施工中常见的问题，会导致隧道的失稳和塌陷。
因此，对于隧道软弱围岩的变形进行有效的控制是非常重要的。
本文将讨论隧道软弱围岩变形施工控制的几个方面。
首先，介绍隧道软弱围岩变形的原因和类型。
然后，探讨如何选择合适的控制方法，包括地质预测和地质处理等。
最后，阐述应该如何建立有效的监测和控制体系，来持续地跟踪和管理隧道施工过程中的变形情况。
隧道软弱围岩变形的原因和类型隧道软弱围岩变形有几种原因，比如地质构造、水文地质、岩性等。
地质构造可能是引起软弱围岩变形的主要原因之一。
如断层、褶皱、岩片等都会造成软弱围岩的变形。
水文条件也是造成软弱围岩变形的一个重要因素。
地下水的压力和沉积物含水层的渗透都可能影响围岩的质量和稳定性。
岩性也会影响围岩的变形，一些类似泥岩和软岩结构比较松散，容易发生压缩、膨胀或采空塌陷等问题。
隧道软弱围岩变形的类型有: 挤压、膨胀、产生裂缝等。
挤压是软弱围岩在隧道施工过程中被挤压变形;膨胀是围岩在水分施工过程中产生的隆起变形。
产生裂缝会使软弱围岩失去强度，进而导致塌陷。
如何选择合适的控制方法为了控制隧道软弱围岩的变形，需要选用合适的控制方法。
在选择控制方法时，需要考虑一系列因素，如地质条件、施工方式和控制效果等方面。
地质预测是确保隧道施工安全的重要步骤。
预测地质条件的变化可以让工程团队准备好相应的措施。
例如，可以使用地震波传播、地球物理勘探等技术法来预测隧道遇到的地质情况。
预测后，可以灵活调整施工方案，以保证施工的正常进行。
地质处理是控制隧道软弱围岩变形的重要措施。
有许多种方法可以处理隧道围岩，如钻孔注浆、集料注浆、冻结法、加固墙等。
不同的地质条件和施工方式需要采用不同的方法。
例如，钻孔注浆和集料注浆适用于软土和黏土地层，冻结法和加固墙适用于较为坚固的地层。
应该如何建立有效的监测和控制体系建立有效的监测和控制体系是持续跟踪和管理隧道施工过程中的变形情况的重要手段。
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。
隧道软弱围岩变形施工控制探讨
隧道软弱围岩变形施工控制探讨隧道施工是一项复杂而又具有一定风险的工程。
在隧道施工中，软弱围岩的变形是一个重要的施工控制难点。
软弱围岩往往会因为地质条件的复杂性以及地下水的影响而导致隧道变形、塌方等问题，给隧道施工带来一定的困难。
对于软弱围岩变形施工控制的探讨，将对隧道施工的安全和效率起到重要的作用。
本文将探讨软弱围岩变形施工控制的相关问题，包括软弱围岩的特点、控制措施及施工过程中的应对方法。
一、软弱围岩的特点软弱围岩是指地质构造较差，岩层稳定性较低的围岩，通常包括泥岩、页岩、煤层等地层。
软弱围岩的主要特点有以下几点：1. 易破裂：软弱围岩的抗压强度较低，易受外力作用而发生破裂。
2. 易变形：软弱围岩在受力作用下容易发生变形，尤其是在地下水的影响下，软弱围岩的变形更加剧烈。
3. 存在地下水：软弱围岩中通常含有较多的地下水，地下水的渗透会加剧围岩的破坏和变形。
软弱围岩的特点使得隧道施工中对其变形进行有效控制成为了一项极具挑战性的任务。
二、软弱围岩变形施工控制措施针对软弱围岩的特点，进行施工控制是十分必要的。
我们可以采取以下措施来控制软弱围岩的变形：1. 地质勘察：在进行隧道施工前，进行详细的地质勘察，了解软弱围岩的分布、构造及地下水情况，为后续的施工控制提供可靠的依据。
2. 加固支护：在软弱围岩区域进行隧道掘进时，可以采用加固支护的方式来控制围岩的变形。
如采用锚杆、喷射混凝土、钢架等支护措施，加强软弱围岩的稳定性。
4. 合理掘进方法：在软弱围岩区域的掘进过程中，采用合理的掘进方法，如适当减小掘进速度、采用交替掘进等方式，避免对软弱围岩施加过大的变形力。
5. 实时监测：在隧道施工过程中，对软弱围岩的变形进行实时监测，一旦发现异常情况，及时采取相应的措施。
通过以上控制措施的实施，可以有效减缓软弱围岩的变形程度，保证隧道施工的安全和顺利进行。
三、施工过程中的应对方法虽然我们已经采取了一系列的控制措施，但在施工过程中，软弱围岩的变形仍然是一个难以完全解决的问题。
堡镇隧道软岩大变形机理及整治措施研究的开题报告
堡镇隧道软岩大变形机理及整治措施研究的开题报告开题报告中需要包含以下内容：一、研究背景和意义堡镇隧道是连接两个城市的交通要道，具有重要的经济和社会意义。
然而，由于该隧道穿越地质构造活跃的地区，地下水位较高，软岩层发育，因此在隧道施工和使用过程中，容易出现大变形和塌陷等问题，给隧道使用和维护带来了极大的困难和风险。
因此，对堡镇隧道软岩大变形机理进行深入研究，制定出可行的整治措施，对于确保隧道的安全稳定使用具有重要的现实意义和应用价值。
二、研究现状和存在问题目前，国内外已有许多学者对软岩隧道的变形机理进行了研究，包括了软岩的力学性质、围岩结构控制和岩体损伤模型等方面。
但是，针对堡镇隧道这种地质条件下的软岩大变形问题，相关研究还比较薄弱。
存在的问题主要有：1. 缺乏准确的隧道围岩结构分析和野外调查数据。
2. 针对软岩隧道的变形机理和岩层损伤模型仍需深入研究。
3. 对于堡镇隧道的整治措施仍缺乏科学性和可行性的探讨。
三、研究目标和内容本研究旨在通过对堡镇隧道软岩大变形机理的深入分析和研究，制定出可行的整治措施。
具体研究内容包括：1. 采集隧道周围围岩结构和变形数据，进行详细的地质调查和数据分析。
2. 构建堡镇隧道软岩大变形的数学模型和岩层损伤模型。
3. 研究堡镇隧道围岩结构的控制因素及其对隧道变形的影响。
4. 探讨堡镇隧道软岩大变形的整治措施，并进行可行性分析。
四、研究方法和技术路线本研究采用如下方法和技术路线：1. 采集隧道周围围岩结构和变形数据，进行数据采集和处理分析。
2. 结合野外调查数据，构建堡镇隧道软岩大变形的数学模型和岩层损伤模型。
3. 基于围岩结构和变形数据，采用统计分析和数值模拟等方法研究隧道软岩大变形的机理和规律。
4. 根据学术研究成果和实际工程应用需求，制定可行的整治措施方案。
五、研究进度安排本研究预计完成时间为两年，具体进度安排如下：第一年：1. 数据采集和处理分析。
2. 构建隧道软岩变形数学模型和岩层损伤模型。
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。