高地应力软岩隧道施工技术

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。首先，利用盾构机进行主洞的掘进，然后再使用液压钻头进行辅洞的掘进。在施工过程中，对软岩地层进行了详细的地质勘探，并实施了严格的支护措施和预防措施，确保了施工的安全和顺利进行。

煤系地层软弱围岩隧道大变形施工控制技术

煤系地层是道路施工中常见的一种地质类型，在施工中会出现瓦斯燃烧或爆炸、煤燃烧等危险性比较高的情况，而且在施工中还会出现软弱地层隧道大变形的问题，影响施工安全的同时也威胁着施工质量和后期的运营安全。

1.煤系地层软弱围岩大变形的特征分析

煤系地层软弱围岩大变形是指围岩在高地应力作用下发生的沉降破坏，隧道围岩稳定性发生改变，围岩应变能被释放，最终导致岩爆现象。当软弱围岩发生破坏性变化时，就会导致隧道的变形。煤系地层软弱围岩隧道变形一般分为三个时期，分别是缓慢期、加速期、稳定期。隧道变形的初期的主要特点是拱顶的沉降量变大，周边收敛变形的现象小，这种情况从开挖时开始，大约在10天的时候趋于稳定。下台阶开挖后会紧接着出现第二次变形，这次变形会较为明显，变形速度不断加快。当仰拱封闭后变形进入稳定期，变形的速度变小但仍会整体下沉，初期支护容易在变形状况下混凝土出现裂隙，局部出现脱落现象，在支护结构连接处容易出现外鼓变形现象。总结隧道变形的主要特征是变形量大、变形速度快、拱脚变形明显、变形时初期支护受到破坏。

2.导致煤系地层软弱围岩隧道变形的原因分析

煤系地层软弱围岩隧道变形的原因主要分为内因和外因，内因是地应力及围岩岩性因素，外因是断面尺寸及支护措施因素，下面对其导致变形原因进行具体分析。

2.1地下水软化作用

造成软弱围岩隧道变形的原因很多，其中包括地下水对围岩的软化作用。不同岩性的围岩对水的吸收率不同，其中泥岩的吸水率最大，砂岩次之，砂质泥岩吸水率最差。围岩吸水性强弱主要与岩石内的主要成分和结构特点有关，岩石的强度受水的软化作用影响，地下水导致围岩体吸水，影响其强度系数和变形参数。地下水的软化作用降低了煤系地层隧道围岩变形模量和强度，加速了隧道的破坏和变形。地下水对不同性质的围岩造成的影响不同，吸水率越大的围岩其影响越强，所以地下水对泥岩的影响是最强的。受到水软化的围岩其强度下降，承载能力不足，很难作为隧道的拱脚材料，初期支护结构也会因其影响而发生变形。

高地应力大断面软弱围岩隧洞开挖变形控制技术

・１６２・　路基工程　Ｓｕｂｇｒａｄｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　２０１２年第５期（总第１６４期）　

高地应力大断面软弱围岩隧洞开挖变形控制技术　

董　宁　

（中铁二局第二工程有限公司，成都６１００９１）　

摘要：在锦屏二级水电站ｃ，标引水隧洞绿泥石软岩洞段施工中，针对软弱围岩隧道在开挖后　

支护未完成前即发生较大变形，侵入混凝土衬砌断面，导致二次扩挖的情况，分析其变形的原因，通　

过优化支护措施，预留合理变形量，采用锚索、锚筋桩等柔性支护体系，有效控制了软岩变形，确保　

了施工安全和工期目标。　

关键词：锦屏二级；引水隧洞；高地应力；软岩处理　

中图分类号：Ｕ４５５．７　２　文献标志码：Ｂ　文章编号：１００３—８８２５（２０１２）０５—０１６２—０４　

０　引言　

锦屏二级水电站引水隧洞西端绿泥石软岩洞段，　

埋深大，地应力高，给施工带来了很大的难题。解决　

不好，不但影响安全也影响工期。软弱围岩是指隧道　

工程施工中遇到的在工程力作用下产生显著塑性变形　

的工程岩体…。目前在工程界对软岩的结构特性开展　

了广泛的研究，但对其力学特性的研究还不充分，特　

别对地下工程领域软岩变形的发展规律及控制技术的　

研究还处于空白，国内成功的工程实例也不多见，需　

要在工程实践中不断摸索和总结。　

本文以锦屏二级水电站Ｃ：标引水隧洞绿泥石软　

岩洞段工程为例，分析原设计支护方案产生大变形的　

原因，通过优化支护措施，确保了施工安全和工期　

目标。　

１工程概述　

锦屏二级电站引水隧洞由４条相互平行的隧洞群　

组成，洞间中心距６０．０　ｍ，平均洞长１６．６７　ｋｍ，平　

面布置见图１。断面为马蹄形断面，最大开挖洞径　

１４．６　ｍ，面积１７２．３２　ｍ　。　１，　２引水洞绿泥石软岩　

洞段总长６２９．０　ｍ，其中　１洞连续长２６７．０　ｍ，　２洞　

连续长１４２．０　ｍ。洞段埋深海拔在１　５５０．０～１　８５０．０　ｍ　

之间，根据新奥法理论，围岩的初始应力可近似的认　

浅析高应力偏压软弱围岩隧洞施工

Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ＦＯｒｕｍ　

浅析高应力偏压软弱围岩隧洞施工　

鄢兴伟　

（中铁二局第二工程有限公司。四Ｊｌｌ成都６１　００００）　

【摘要】以古城水电站引水隧洞工程为依托，对高地应力软　

岩隧道的施工技术进行探讨，认为开挖方法及开挖断面的选择、掌　子面预支护的布置、爆破、相关监测技术的应用以及监测数据的及　时回馈对施工参数的修正意义等方面是软岩隧道施工必须重视的。　

并且通过总结古城水电站引水隧洞的施工技术提出几点建议，为类　

似围岩隧道施工提供一点参考。　．　【关键词】高应力　偏压；软弱围岩隧洞；施工　

引言　在高地应力作用下的软弱围岩中隧道土压除有松弛压力外，还　

有软岩特有的因隧道开挖及其后随时间延长、隧道断面逐渐缩小的　

“蠕变压力”。国内外隧道工程中所遇到的挤压大变形问题较多，如　

国外奥地利的陶恩隧道，国内乌鞘岭隧道等，给隧道设计施工带来了　

一系列的问题：隧道设计施工中难以控制变形量，洞身开挖后空间效　

应明显，产生蠕动变形，引起支护破坏，引发坍塌等。目前，国内外　

尚未建立高地应力软岩地质条件下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。另外，隧道处于软弱　

围岩偏压地层，国内对偏压隧道的研究也主要局限于地形引起的偏　

压隧道。为此，研究地质构造引起的偏压隧道的衬砌形式、衬砌结　构应力分布特征，提出行之有效的快速施工总体思路、技术方案和　

工艺方法显得尤为重要　为此，本文以古城水电站引水隧洞　

Ｋ９＋７２０．００ｍ￣Ｋ１Ｉ＋８１５．００ｍ标段为工程背景，对高应力条件下软弱　

围岩施工的关键技术发表本人的一些看法。　１工程概况　

古城水电站位于阿坝藏族羌族自治州理县境内的杂谷脑河上。　杂谷脑河为岷江干流上游的一级支流一杂谷脑河上的第七级梯级　

电站　引水隧洞全长１６３６１．７４４ｍ，开挖断面为统一马蹄型断面，开　

挖顶拱半径４．９ｍ。本标段引水隧洞地质主要以Ｖ类围岩为主，岩性　为绢云千枚岩，石英含量较大，岩层走向与隧洞轴线大致平行，偏　

高地应力软岩隧道施工变形控制方法试验研究

第３２卷第１期　２０１２年２月　隧道建设　

Ｔｕｎｎｅｌ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｖ０　ＪＪ　３２　Ｎｏ．１　Ｆｅｂ．　２０１２　

高地应力软岩隧道施工变形控制方法试验研究　

邹　羽中　，张民庆　，李沿宗　，张文新　

（１．中铁隧道集团有限公司技术中心，河南洛阳４７１００９；２．铁道部工管中心，北京１００８４４）　

摘要：为了研究高地应力软岩隧道施工变形控制方法，以兰渝铁路木寨岭隧道为例，通过对超前导洞法与三台阶法进行现场试验，　分析了２种施工方法在高地应力软岩地层的变形控制效果，总结了三台阶法施工各阶段的围岩变形规律，主要结论为：１）超前导　

洞法与三台阶法施工，隧道中台阶是变形控制的重点；２）２种方法对高地应力软岩大变形总体控制效果相近，应结合其施工效率进　行比选；３）隧道开挖后应及早施作仰拱，这对控制隧道变形极为有利。　关键词：高地应力；软岩隧道；施工变形；控制方法　

ＤＯＩ：１０．３９７３／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２—７４１Ｘ．２０１２．０１．００２　中图分类号：Ｕ　４５１　．５　文献标志码：Ａ　文章编号：１６７２—７４１Ｘ（２０１２）０１—０００５—０６　

Ｔｒｉａｌ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　Ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　ｄｕｒｉｎｇ　Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ　

ｉｎ　Ｓｏｆｔ　Ｇｒｏｕｎｄ　ｗｉｔｈ　Ｈｉｇｈ　Ｇｅｏ・ｓｔｒｅｓｓ　

ＺＯＵ　Ｃｈｏｎｇ　，ＺＨＡＮＧ　Ｍｉｎｑｉｎｇ　，ＬＩ　Ｙａｎｚｏｎｇ　，ＺＨＡＮＧ　Ｗｅｎｘｉｎ　

（１．Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｃｅｎｔｅｒ　ｏｆＣｈｉｎａ　Ｒａｉｌｗａｙ　Ｔｕｎｎｅｌ　Ｇｒｏｕｐ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｌｕｏｙａｎｇ　４７１００９，Ｈｅｎａｎ，Ｃｈｉｎａ；　

２．Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　Ｃｅｎｔｅｒ，Ｍｉｎｉｓｔｒｙ　ｏｆ　Ｒａｉｌｗａｙｓ　ｏｆ　Ｃｈｉｎａ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１　００８４４，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｉｎｄｕｃｅｄ　ｂｙ　ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ　ｉｎ　ｓｏｆｔ　ｇｒｏｕｎｄ　ｗｉｔｈ　ｈｉｇｈ　ｇｅｏ—ｓｔｒｅｓｓ　ｉｓ　ｓｔｕｄｉｅｄ，ｗｉｔｈ　

高地应力软岩隧道超前导洞法施工围岩变形预释放规律分析

８６　铁道建筑　Ｒａｉｌｗａｙ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　

文章编号：１００３—１９９５（２０１１）１２．００８６－０３　

高地应力软岩隧道超前导洞法施工　

围岩变形预释放规律分析　

郭小雄，刘艳青，马伟斌　

（中国铁道科学研究院，北京　１０００８１）　

摘要：为解决高地应力软岩隧道大变形问题，在正洞开挖前先开挖超前导洞，通过超前导洞的位移释放　

部分初始应力，从而减少正洞扩挖后的支护变形和降低作用在支护结构上的压力。本文引入释放率概　念，通过对超前导洞的不同尺寸、位置等条件下围岩变形预释放规律的数值分析和研究，提出了具有较　好释放效果的合理参数组合。　

关键词：高地应力　软弱围岩　大变形　超前导洞释放法释放率数值模拟　

中图分类号：Ｕ４５６．３　１　文献标识码：Ａ　

在高地应力软岩隧道施工过程中，多发生较大程　

度的变形，导致初期支护混凝土开裂、剥落、掉块，支护　钢架扭曲、错断，初支侵限¨　。已建成的乌鞘岭隧道　

施工时最大变形量近１．０　ｍ，开挖初期平均变形量在　

０．４～０．６　ｍ，致使初支大变形而遭破坏，并严重侵入隧　道衬砌净空，不得不将初支全部或部分拆除重做　。　

在建兰渝铁路亦多次因高地应力大变形而进行换　拱　，因大量的初期支护拆换作业而产生的经济损　

失、安全风险及工期延误等给隧道正常施工造成严重　影响。超前导洞法施工可通过对高地应力软岩隧道围　

岩初始地应力的预释放，以期使隧道正洞支护变形减　

小至安全可控状态。　

１　理论简析　

超前导洞释放法为在开挖正洞之前在正洞的合适　位置先开挖一定长度的超前导洞，通过超前导洞的位　

移释放一部分初始应力，从而减少正洞扩挖后的支护　

变形和降低作用在支护结构上的压力。它是柔性支护　设计的一种理念，即容许围岩变形，释放地应力，减低　

支护压力，同时又能约束围岩松弛和控制围岩变形，保　持隧道稳定　。　

２　数值模拟　

２．１计算参数　

以某在建高地应力软岩隧道为背景，模型边界尺　

收稿日期：２０１１—０６—１４；修回日期：２０１１．０９－１０　作者简介：郭小雄（１９８５一），男，陕西吴起人，研究实习员，硕士。　寸取为１００　ｍ×１００　ｍ×１　ｍ，隧道模型正洞尺寸为　

软岩隧洞中悬臂式掘进机施工技术

摘要：软岩隧洞采用传统钻爆法施工进度较慢、超挖严重且存在较大的安全隐患。为此，本项目在隧洞开挖施工中通过引进悬臂式掘进机，使施工进度较传统钻爆法提高近2倍，超挖量控制在设计量的5%以内，同时避免的塌方等安全隐患的发生。

关键词：软岩隧洞；悬臂式掘进机；施工技术

1.概况

1.1项目概况

本项目全长20650m，主要包括10090m隧洞、1862m钢管（包含钢管外包混凝土）、974m预应力涵洞、7724mPCCP管、附属建筑物、交叉工程、两处分水口工程、交通工程及其他临时工程等。

1.2隧洞设计情况

隧洞全长10090m，除2#隧洞存在Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类围岩外，其余五条隧洞均为Ⅴ类围岩，且埋深浅、地下水丰富、围岩破碎甚至为土质，施工难度大、安全风险高。本项目结合工程实际在2#、5#隧洞开挖施工中采用了悬臂式掘进机施工方案。

2.悬臂式掘进机施工方案的确定

2.1 2#隧洞出口

2#隧洞全长5292m，围岩分布为65mⅤ类+360mⅣ类+960mⅢ类+309mⅣ类+420mⅢ类+560mⅣ类+200mⅢ类+250mⅣ类+2168mⅤ类。为了保证工期我部在主洞76+423处增加了一条支洞，支洞上游3027m、下游2265m。

2#隧洞出口均为Ⅴ类，采用钻爆法施工，Ⅴ类围岩开挖最大月进尺60m、二衬混凝土月进尺132m，即使增加了支洞，隧洞施工完成已到2020年5月份，无法满足2019年2月底隧洞完工的合同工期要求，同时隧洞施工完成后洞口还有钢管外包混凝土施工，无法满足2019年9月30日底合同工期完工要求。

2.2 5#隧洞进口

5#隧洞全长1117m，均为Ⅴ类围岩，地下水较多，岩质较软遇水易泥化。2016年9月份交作业面，洞口工程施工完成后已经进入冬季，洞身开挖2017年4月份才能开始，采用钻爆法施工无法满足合同工期要求，同时由于5#隧洞进口位于村庄附近，爆破作业震动影响大，对村民日常生活产生干扰，无法进行爆破作业。

成兰铁路高地应力软岩隧道大变形发生机理及控制技术

成兰铁路是中国重要的铁路干线之一，其中高地应力软岩隧道是该线路的关键难点。为了研究这些隧道的大变形发生机理及控制技术，需要对其内部高地应力长期变形特征进行深入的研究。

根据相关研究表明，高地应力软岩隧道的大变形主要是由以下几个因素引起的：第一，围岩的特性（包括岩层倾角、岩性、强度等）；第二，隧道周围地应力的大小及分布；第三，隧道建设中的支护工程。

在控制这些隧道的大变形方面，可以采用多种技术手段，包括分区部分前锋法、钢筋混凝土衬砌、突出顶板法等。这些方法可以降低隧道周围地应力的大小、改善支护结构的稳定性和强度等，从而控制隧道的大变形。

总之，成兰铁路高地应力软岩隧道的大变形机理及控制技术研究对该铁路干线的建设和运营具有重要意义，可以为其他类似隧道的建设提供有益的技术参考。

整理开敞式TBM在铁路长隧道特硬岩软岩地层的施工技术

开敞式TBM在铁路长隧道特硬岩、软岩地层旳施工技术

一、φ8.8mTBM施工旳秦岭隧道

（一）秦岭专长隧道TBM施工

秦岭隧道位于安康铁路线上，是我国最长单线铁路隧道，全长18.46km，进出口高差

约155m。是国外铁路应用TBM施工旳第三座长隧道（英法海峡隧道，瑞士费尔爱那铁路

隧道）。

(1)地质条件

横穿秦岭东西向构造带，历经多期构造运动、变质作用、岩浆活动和混合岩化作用，地

质构造和地层岩性都很复杂。

岩性以混合花岗岩、混合片麻岩等坚硬岩石为主，干抗压强度78~325MPa。岩体完整,

节理不多。断层带裂隙多、裂隙水发育。

存在地热、高地应力及岩爆等不良地质。(2)断面设计

隧道设计为圆形断面，开挖直径8.8m，成洞直径7.7m。

(3)施工措施

秦岭I线隧道采用2台敞开式全断面TBM(TB880E型)掘进、有轨运送、全圆穿行式模

板台车进行二次模筑混凝土衬砌旳施工方案。单工序作业，先开挖、后衬砌。(4)施工六大难题

1）TBM制造难（五大技术难点）：①大直径；②大扭矩（5500kN·m）；③大推力（21000kN）；

④大功率（刀盘功率3440kW、总功率5400kVA）；⑤寿命长（主轴承＞10000h、密封圈＞12023h ），备轴承1个，可开挖40km寿命。

直径大（φ＝8.8m），从制造到实用均承担机械设备设计、制造风险和施工风险。国外

成熟旳TBM掘进机旳直径均在3~6m范围，占生产总数旳95%左右，不小于6m直径旳很

少，真正用于铁路隧道旳更少，由于铁路隧道控制掘进方向比其他用途旳隧道要严得多。2）岩石硬度很大，重要在混合片麻岩和混合花岗岩中掘进。岩石抗压强度不小于100MPa，

最高达200MPa以上，石英含量均在10~35%，节理少、整体强，有岩爆（1000m埋深）。因

此刀具旳磨耗也很严重，这个风险在国外也是少有旳。

由于选用开放式TBM，通过软岩地层也难，因此在穿越各软弱地层、断层时，会产生

围岩失稳、涌水等地质灾害，但通过两座软弱围岩施工，证明是可行旳。3）TBM施工系统性强、配套严密，初次使用TBM存在使用、维护等系统管理旳问题。

高地应力软岩隧道变形特征与控制技术研究

第３９卷第ｌ３期　２　０　１　３年５月　山　西　建　筑　ＳＨＡＮＸＩ　ＡＲＣＨｎＥＣ　ｒＵＲＥ　Ｖｏ１．３９　Ｎｏ．１３　Ｍａｙ．２０１３　・１６５・　

文章编号：１００９—６８２５（２０１３）１３－０１６５—０３　

高地应力软岩隧道变形特征与控制技术研究　

张绪和　

（中铁十二局集团有限公司，山西太原０３００２４）　

摘要：通过对围岩变形破坏特征进行深入分析，确定了高地应力作用下隧道围岩变形破坏的主要原因，据此提出了相应的支护　

理念，并进一步提出了超前加固，封闭掌子面，采用双层初支，扩大拱脚等具体控制措施，较好的控制了隧道围岩的变形，保证了隧　道的施工安全。　关键词：高地应力，软岩隧道，变形特征　

中图分类号：Ｕ４５６．３１　文献标识码：Ａ　

０　引言　

云南地区位于欧亚板块和印度洋板块相互碰撞汇聚形成的　

青藏高原，地质构造复杂，新构造运动强烈，以活动断裂规模大，　

分布密集，地震活动频繁，震级大，地震破裂带长，位错量大为主　要特征。受复杂的大地构造背景的影响，该地区隧道处于高地应　

力区，施工风险高、难度大，隧道施工过程中常出现较大变形和塌　方等工程事故，严重制约隧道的施工安全和进度。位于该区域范　

围内的成昆线扩能改造工程广通一昆明段老东山隧道，施工过程　中出现了严重的围岩大变形，洞身左右侧围岩变形呈不对称分　

布，初期支护喷射混凝土开裂、脱落，型钢屈服。　本文针对广昆线老东山隧道构造挤压带段的围岩大变形问　题，通过对隧道初期支护变形特征和原因进行系统分析，确定了　

控制围岩变形的控制原则和具体控制措施。　

１　隧道变形破坏特征与机理分析　

１．１　水的影响大　

初期支护变形开裂均受渗水或股水的影响，软岩遇水泥化，　无自稳能力，并向开挖轮廓外延伸，作用于初支的压力增大，初支　总是从小变形开始，然后累积到一定的程度，在一处或者几处关　键部位首先产生破坏，进而导致整个支护系统失稳。　

１．２变形大、距离长、比例高　

围岩下沉量大于收敛量，平均下沉量大于２０　ｅｍ，最大下沉量　可达４５　ｅｍ，平均收敛量大于１５　ｃｍ，最大收敛量可达４０　ｅｍ；单次　