峡口隧道高地应力软岩大变形施工控制技术
马军山
（中铁二十局集团第三工程有限公司重庆 401121）
【摘要】湖北宜巴高速公路峡口隧道进口段穿越薄层碳质页岩地层，在隧道区范围内，侧压系数均大于1，隧道区的水平地应力以构造应力为主，同时表明地应力场以水平应力为主导；最大水平主应力与隧道轴线交角较大，对隧道围岩的稳定性不利；地应力量值对碳质页岩而言为极高应力。在隧道施工过程中，通过采取提高支护体系刚度、合理预留变形量，以及采用长锚杆、短进尺预留核心土和二次衬砌跟近、提高二衬混凝土强度等常规措施控制了围岩变形，保证隧道顺利施工。
【关键词】峡口隧道碳质页岩高地应力大变形控制措施
1 引言
随着我国铁路、高速公路建设的不断发展，隧道工程已经向长大、深埋方向发展，建设穿越高地应力且地质环境恶劣的软弱围岩区的长大隧道工程不可避免[1]。例如兰新复线乌鞘岭隧道、二郎山隧道、宜万铁路堡镇隧道、兰渝铁路毛羽山隧道等在施工过程中都存在高地应力软岩大变形。在高地应力区修建的地下工程，最大的难题就是软岩大变形的控制问题[2]。
目前，关于围岩大变形还没有一个明确的和清晰的定义，在理论上缺乏系统研究，在工程实践中，围岩大变形至今未列入设计规范。国内外许多专家对高地应力软岩隧道修建技术进行了大量研究，分别从支护措施、开挖方法等方面提出相应观点和解决办法。
在建湖北宜巴高速公路峡口隧道，隧道区的水平地应力以构造应力为主，同时表明地应力场以水平应力为主导；最大水平主应力与隧道轴线交角较大，对隧道围岩的稳定性不利；地应力量值碳质页岩而言为极高应力。隧道初期支护后出现严重的大变形情况。本文结合峡口隧道进口高地应力软岩大变形工程实例，研究薄层碳质页岩地层大变形的发展规律和力学机理，在施工过程中探求合理的治理措施，达到有效控制围岩变以及快速掘进的目标，从而保证工程的顺利施工；同时，进一步深化并丰富软岩隧道大变形研究，为该类隧道工程设计施工控制提供理论研究。
2 工程概况
在建的峡口隧道位于兴山县峡口镇境内，为路线穿越一近南北走向山岭而建设。隧道采用分幅式，其左幅起讫桩号ZK104+214～ZK110+670，总长6456.0m，右幅起讫桩号
YK104+223～YK110+710，总长6487.0m。隧道进口小间距18m、出口26m，单幅隧道净空为(宽×高)10.25×5m。灯光照明，机械通风，隧道最大埋深约1478m，属深埋特长隧道。
隧道进口段通过的软岩地层主要为志留系龙马溪组(S11)：黑色页岩、碳质页岩、泥页岩夹薄层粉砂岩及砂岩，层间结合力差，岩体较破碎，呈水平薄层状，拱顶易顺层片落。
通过对斜向上150孔及铅直孔水压致裂法地应力试验及测试结果的分析研究，得到如下结论[3]：
（1）实测深度范围内,隧道边墙围岩最大水平主应力最大值为8.75MPa、最小主应力值最大值为6.07MPa；
（2）铅直孔最大水平主应力最大值为13.06MPa、最小水平主应力值最大值为7.18MPa；（4）实测范围内，隧道区铅直孔的最大水平主应力方向基本为NE150；
（5）结果表明:在隧道区范围内，侧压系数均大于1，隧道区的水平地应力以构造应力为主，同时表明地应力场以水平应力为主导；
（6）最大水平主应力与隧道轴线交角较大，对隧道围岩的稳定性不利。
（7）隧道掌子面岩层的小褶皱也表明了该隧道区内是以构造应力场为主导，且与隧道轴线交角较大；
（8）本次测试的隧道部位埋深仅240m，地应力量值对碳质页岩而言为极高应力。
隧道软岩地层段采用上下台阶预留核心土法开挖，初期支护钢架采用I16型钢（1榀/1.0m）。支护后围岩变形较大,变形速率较快,拱顶最大下沉达640mm，周边收敛最大190mm。隧道大变形造成初期支护混凝土开裂、剥落，拱架发生严重的扭曲变形，需要大面积换拱，造成重大经济损失，严重困扰施工安全，影响工期。
3 隧道变形破坏特征
3.1 围岩变形特征
3.1.1变形量、变形速率大
隧道开挖后，围岩变形强烈，拱顶最大下沉640mm，最大周边收敛190mm，拱顶下沉远大于周边收敛，表明隧道区地应力场以水平应力为主导。
围岩初期变形快且变形速率大，表明来压快,围岩具有软弱、完整性差和自稳能力差的特点。如： ZK104+998断面最大下沉可达85mm/d。
3.1.2变形持续时间长
在大变形段，隧道围岩变形持续时间长。在初期变形后，变形并未停止，而在持续发展，
拱顶下沉较快。围岩持续变形，造成初期支护变形过大而发生破坏，导致初期支护侵限，进
行换拱处理。
3.1.3围岩变形拱顶下沉变形远大于周边收敛。
3.1.4围岩变形具有明显阶段性
监控量测数据显示，上台阶开挖拱顶下称量占总量的35%左右，前面掌子面开挖和下台阶开挖拱顶下沉量占总量的65%，所以掌子面爆破和下台阶、仰拱爆破对围岩变形影响很大。
3.1.5工序干扰易引起突变
初期支护完毕后，受工序对围岩的扰动影响，变形加速的特征非常明显，特别是掌子面爆破、下台阶、仰拱开挖时产生突变现象。带来较大的灾害，初期支护变形侵限处理困难、危险，不及时处理带来塌方。
3.2初期支护变形特征
隧道洞身ZK104+900～ZK105+150、YK105+060～YK105+200段主要为薄层碳质页岩，岩体软弱破碎、，水平薄层状，层厚5～10cm，褶皱发育，自稳能力差，开挖后易掉块、坍塌。初期支护后，随着围岩变形，边墙开裂，拱顶下沉，初期支护严重变形破坏，钢架现扭曲变
形成S状或麻花状。
（掌子面围岩情况图1，初期支护边墙开裂 2,钢架扭曲变形图3，拱顶下沉最大值64cm,图4）。
图1 掌子面揭露围岩节理、裂隙发育情况
图2 初期支护边墙开裂
图3 钢架扭曲变形
图4 拱顶下沉最大值64cm
对薄层碳质页岩初期支护体系（锚，网、钢拱架、喷）现场围岩量测数据进行分析，变形破坏规律表明：当累积变形量不超过100mm时，初期支护安全可靠；当累积变形量超过100mm时，拱部喷射混凝土表面脱落，纵向和环向均开裂，局部掉块；当累积变形超过200mm 时，工字钢开始变形，出现扭曲错位，喷射混凝土大面积开裂、掉块，此时要进行加固处理，开始换拱，不然就会出现塌方。
4 隧道大变形机理分析
4.1 高地应力、软岩是大变形的内因
4.1.1地应力特征
在隧道区范围内，侧压系数均大于1，隧道区的水平地应力以构造应力为主，同时表明地应力场以水平应力为主导；最大水平主应力与隧道轴线交角较大（斜向上150钻孔的最大水平主应力方向为NW2740左右，铅直钻孔最大水平主应力方向为NE150左右。）[3]，对隧道围岩的稳定性不利。
4.1.2岩体强度特征
碳质页岩薄层状，强度低，层间结合差，易风化，受到震动后极易失稳。
4.2爆破震动是大变形的外因
蓄存在岩体内部未受扰动的应力，称之为地应力(Insitu stress 或Geostress)，它是
岩体中存在的一种固有力学状态，是岩体区别于其它固体如土体的最基本特征[3]。
隧道开挖前，岩体处于三项受力的高地应力环境，处于稳定平衡状态[4]。隧道开挖后，岩体原有天然受力状态遭到破坏，引起围岩应力状态重新分布，一部分地应力以变性能的形式释放，一部分则向围岩深部转移，发生应力重分布和局部区域应力集中，并不断调整以期达到与当前环境相适应的新平衡状态。开挖卸荷导致应力重分布，局部应力集中，隧道围岩开始变形，随着时间的增长和爆破震动的影响，变形不断增加。因此爆破震动是围岩大变形的的外部因素。因此隧道在开挖过程中，应尽量减少对围岩的扰动。
4.3支护强度弱、施工方法不当是产生围岩变形的直接原因
国内外许多工程实例表明,由于设计初期对高地应力条件下围岩大变形认识不足,采用的初期支护参数较弱(钢支撑较弱、预留变形小、二次衬砌施作滞后等)，导致围岩变形发展快，已造成初期支护破坏。同时，施工方法、初期支护闭合时间对围岩变形影响极为显著。软弱围岩隧道，采用长台阶法施工，仰拱闭合滞后，不能及时形成封闭的支护结构体系，二次衬砌无法及时跟近，导致初期支护在支护强度不足的情况下产生大变形，导致初期支护侵限，甚至引起塌方，而不得不进行初期支护拆换，扩挖等处理。
5 大变形施工控制技术
隧道在较大的构造应力与高地应力作用下，其拱顶及两侧易发生破坏，为了抑制这种破坏，支护设计应采用以提高围岩自身强度为主的支护控制系统，组织应力场引起的岩层运动的发展，以保证支护后的隧道稳定。因此，解决大变形给隧道带来的危害，一方面要找到合理的、能抗高地应力的的支护系统[5]；另一方面，通过地应力控制释放技术，使正洞开挖时处于较低地应力状态，有效降低围岩变形。目前隧道施工中多采取提高支护刚度控制变形，通过调整施工方法、支护结构形式和支护时间等，以控制并使其适合围岩动态演化路径，使隧道围岩以稳定方式达到新的动态平衡。
5.1提高支护系统刚度与整体受力性能
5.1.1调整支护参数，提高支护系统刚度
原设计初期支护采用钢架型号I16 @1.0m（不成环），钢架严重扭曲，拱部喷射混凝土产生裂缝并大面积掉落，初期支护发生结构性破坏，无法保证施工安全。后调整到成环I18@ @0.6m，以提高支护刚度和强度，减小围岩变形。
5.1.2根据新奥法原理，提高支护体系整体受力能力
隧道大变形支护系统是指支护结构和周边围岩的结合体,不仅指钢架、喷混凝土等支护结构本身，还包括锚杆、注浆等方式加强支护结构与周边围岩的联系，从而使支护结构与围岩形成整体支护体系，抵抗开挖后地层应力作用。具体措施主要有加强超前预支护（Φ42超前注浆小导管，长度4m）、钢架间设置双层连接钢筋（Φ22螺纹钢筋，内外双层布置，环向间距1.0m）、双层钢筋网（Φ8双层钢筋网）、锚杆采用中空注浆锚杆、初期支护后回填灌浆等。对于施工完毕未施作二衬出，发生大变形，通过设置套拱和拆换拱架提高支护强度，但对成本和进度有很大影响。
5.2采用超短台阶法施工，初期支护快速封闭成环
大变形隧道在满足施工开挖要求和台阶稳定的情况下，尽可能缩短上台阶长度，可以尽快使支护结构形式闭合成环，控制围岩变形。
峡口隧道采用上下台阶预留核心土法施工，加快工序衔接、缩短工序间距、快速封闭成环；仰拱紧跟下台阶，距离掌子面不超过50m;二次衬砌紧跟仰拱，距掌子面不超过80m。及时施作仰拱，可有效减缓围岩变形速率，使初期支护及早闭合成环，承受围岩压力。实践表明，采用短台阶预留核心土法施工，对于控制围岩大变形，具有明显的效果。
5.3通过D25中空锚杆和长锚杆控制围岩大变形
国内外著名的的大变形隧道工程实践表明，长锚杆是控制软岩大变形的重要手段之一。设计改进后，将原来3.5m系统锚杆加长，采用4.5m长，D25中空锚杆，以穿透软弱围岩塑性区，达到对围岩加固的目的。D25中空锚在施工中要严格控制锚杆长度、角度、注浆压力等工艺。
一方面随着锚杆长度的增加，长锚杆施工难度大，对工艺要求严格，在具体实施过程中有许多技术要求和要点必须进行控制，否则难以达到预期效果；另一方面从工程造价角度讲也是不科学的。因此，长锚杆控制变形是有很大作用的，但是不能一味的采用增加锚杆长度的办法来控制洞室变形。针对不同的地质条件，到底采用多长的系统锚杆才算是合理，既能有效控制大变形，又能达到经济合理是要解决的问题。
5.4减少对围岩的扰动
在施工过程中应尽量减少诱发围岩变形的不利因素，控制围岩变形发展。具体从以下几
方面进行控制：①采取辅助工法，利用超前预支护，对软弱围岩主动进行加固控制，施工中采用4.0m长的Φ42注浆小导管，以此作为超前于预支护的加固措施。②严格控制爆破参数，尽量减少对围岩的扰动，同时预留核心土，每循环进尺控制在0.6-1.2m，以减少由于长进尺大药量引起的围岩扰动。③下导坑开挖采用松动爆破，破碎地段采用挖掘机开挖，以免爆破震动的影响。
5.5合理预留变形量
根据围岩量测数据及时掌握围岩变形情况，合理预留补强空间。由原来的120mm，调整为200mm。适当的预留变形可有效释放蕴藏于高地应力场中的弹性变形能，这也是大变形隧道支护的一般原则。
5.6适时进行二次衬砌，是大变形控制的关键
对于大变形围岩隧道，变形量大，收敛速度慢，远未达到规范要求的的收敛变形速率时初期支护就已失稳破坏，因此，确定合理的的二次衬砌施作时机对于大变形围岩隧道至关重要。根据现场变形检测规律分析，峡口隧道软岩地段变形速率小雨1-2mm/d时，应施作45cm 厚的钢筋混凝土二次衬砌，距离掌子面70-80m左右，可有效控制大变形发展。这是软岩大变形控制中“先放后抗”的原侧。
以上措施在现场进行了实践，根据监控量测反馈的信息，对于变形控制较为有效，但仍需通过现场的不断总结优化，进一步提高其经济性和高效性。
5.7监控量测与信息化施工
加强现场监控量测、重视地质超前预报、动态控制软弱围岩大变形是隧道施工中的重要环节。峡口隧道施工过程中，采用TSP203plus地质超前预报、地质雷达、超前钻孔等多种手段进行了综合超前地质预报，起到了及时掌握掌子面前方地质情况，为提供相应的应对控制措施提供了依据。施工过程中对隧道拱顶下称，周边收敛进行连续监控量测与数据分析，对围岩压力、钢架应力、二次衬砌接触压力和混凝土应力等项目进行了系统的监控量测，并对监控数据统计分析，通过及时调整支护参数、预留变形量等，在保证预留得到有效控制的同时，避免或减小换拱对施工造成的不利影响，并知道下一步施工，达到信息化施工、动态控制的目的[6]。
6 结论
（1）峡口隧道进口段穿越薄层碳质页岩，最大水平主应力方向基本为NE150，与隧道
走向基本垂直，对隧道围岩稳定不利。
（2）隧道开挖后出现严重的大变形，隧道变形具有严重性、快速性、长期性等特征。
（3）峡口隧道围岩大变形机理分析表明：高地应力、软岩（水平薄层碳质页岩）是大变形的内因；爆破扰动力是大变形的外因；支护强度不足、施工方法不当是产生大变形的直接原因。其中高地应力、最大主应力与隧道轴线夹角（水平薄层碳质页岩）是产生大变形的主要因素。
（4）根据峡口隧道围岩特征和变形规律，在新奥法施工思想的指导下，减少对围岩的扰动，采取常规措施（提高支护系统的刚度与整体受力性能；初期支护快速封闭成环；采用系统锚杆和长锚杆控制围岩大变形；合理预留变形量；适时施作二次衬砌。）对大变形实施
动态反馈与控制。
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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。地质条件为凝灰岩及泥岩互层，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R=0.4-1.7MPa，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0.05-0.06。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、泥岩及为钙质、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，
隧道高地应力的特点分析以及处理建议摘要：针对工程施工中的隧道高地应力的力学进行了探究和分析，并针对隧道高地应力的挤压变形之特性，对隧道施工的过程中高地应力引起的隧道变形进行了详细分析。介绍了大变形的机理，另外，对典型的地段也进行了清晰的研究，并确定出了大变形地段合理、安全、经济的支护参数。以宜巴高速公路的峡口隧道段为例，详细的介绍了应对隧道高地应力特点的有效的施工措施和技术对 策等，可确切保证隧道施工的安全性。峡口隧道高地应力的施工实践给隧道高地应力区域的施工保留了有意义和价值的技术经验，可供类似的隧道工程借鉴。 关键词：隧道高地应力力学分析大变形施工技术 abstract: based on engineering construction of the tunnel of high geostress mechanical study and analysis, and in the light of the tunnel of high geostress extrusion of the characteristics of tunnel construction process of the high ground stress caused by the deformation are analyzed in detail. introduces the mechanism of the large deformation, in addition, the typical area were also clear research, and determine the large deformation area the reasonable, safe and economic support parameters. with appropriate and highway tunnel segment of the throat for example, detailed introduces the characteristics of the high geostress tunnel to effective
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。一般无自稳能力，数日～数月内可发生松动变形及小塌方，进而发展为中～大塌方，有明显的塑性流动变形和挤压破坏；构成V级围岩的地层岩性以页岩、炭质页岩、泥质粉砂岩为主，呈薄～中厚层状。岩体受地质构造及风化作用影响较重，裂隙较发育，呈碎、裂状，松散结构，易坍塌，围岩无自稳能力，跨度5米或更小时，可稳定数日。 （3）不良地质： ①岩溶 八台山隧道主洞K46+560～K47+990段、避难通道K46+560～ K47+990段为富水地段且岩溶特别发育，极易发生突水、突泥情况。 ②煤层、煤线与瓦斯 隧道穿越二叠系上统吴家坪组含煤地层，该区域煤层厚0.3～
浅谈高地应力软弱围岩流变施工技术 发表时间：2018-07-12T15:04:34.293Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第7期作者：祝扬军[导读] 在隧道的施工过程中，较为显著的地质问题就是高地应力软弱围岩流变的问题了 祝扬军 中铁隧道集团四处有限公司广西南宁 530007 摘要：在隧道的施工过程中，较为显著的地质问题就是高地应力软弱围岩流变的问题了，围岩在变形的时候会给隧道复合式的衬砌带来非常非常严重的破坏。通过对模型以及断层变形的观察与分析，本文简单的总结出了一些关于围岩流变的规律，提出了相应的治理措施，为改变隧道成功通过不良地段提供了一些技术指导工作。 关键词：隧道；流变；高地应力软弱围岩 近一些年来，公路铁路的建设在我国蒸蒸日上，隧道在修建的过程时，穿越高地应力软弱围岩地段的情况时有发生。在隧道的施工过程中，最主要的地质问题就是高地应力的软弱围岩流变问题。软弱围岩在施工的过程中是需要进行一定的加固处理的。根据实践的证明，合理有效的对四周环境进行良好的加固与支挡的保护措施，可以很好的降低围岩因时间以及在外力的作用下，发生的物体流动与变形程度。从而对隧道在安全质量上有了很大的保证。本文通过在实际当中的观测以及对模型的分析，所得出的结果可以很好的为高地应力软弱围岩流变问题提供技术方面的专业指导，从而进一步的去完善地下工程的施工技术工作。 1 工程的简单概况 丽香铁路二标地处青藏高原东南边缘、横断山脉中段，属溶蚀、剥蚀、峡谷地貌，地质条件极为复杂，高海拔、高地震烈度、高地应力，施工难度非常大。其中中义隧道长14795米，下穿玉龙雪山，其出口平导与二号横洞正洞之间施工地段因受玉龙雪山西麓断裂带的影响，高地应力软岩大变形给隧道施工带来了超乎想象的困难。该段岩性为玄武岩、凝灰岩及砂、页岩，断裂带主要为断层角砾、胶结较差，岩体破碎，遇水软化，强风化，结构属于中薄层。埋深最大达1200米，地应力极高，隧道在施工的过程中对围岩产生一定的扰动，从而对围岩的应力平衡造成很严重的破坏，初期支护及二衬随着地应力的释放、恢复与调整的过程当中发生因挤压而变形的不良情况。 2 围岩流变规律 2.1 隧道穿越断层时围岩的流变规律 通过对数据的观察与监测，发现隧道在穿越断层时软弱围岩流变问题的一些基本规律：在变形的前期，因正常受力的钢架及喷射混凝土变形，随着时间的不断加长，围岩流变的情况并没有任何减小的迹象，而且经过长时间的变形，导致初期支护严重变形，甚至是钢拱架的扭曲以及部分地方断裂、以及喷层的剥落及开裂掉块情况。 2.2 高地应力隧道变形规律 高地应力隧道变形量基本上可达到几十厘米有时甚至会达到上百厘米以上，没有什么稳定的趋势。根据一些实地监测的证明，隧道大变形情况一般不是发生在埋深700米时，而通常情况下是在上覆掩体大概200米到300米之间就可能会发生了，在埋深300米与500米之间时就会有非常大的变形情况发生，而且会非常地严重。这时原设计的支护型式就根本满足不了相应的要求了，过大的地应力很容易就会造成拱部溃损情况，支护变形严重或者加剧情况。 3 高地应力区施工技术 3.1 高地应力的施工原则 在高地应力地区施工时应该先进行探测、然后采用超前管棚或者是超前导管注浆来加固地层；在根据不同的地层情况，选择不同的开挖长度，减少坍塌的情况发生；在钻孔钻好后装填炸药，这时药量一定要适中或者少装一些，如果药量过多爆破时会对围岩造成严重损伤，甚至会造成坍方；按照一定的顺序对初期支护进行施工；再进行采用快封闭及早衬砌、以及坚持监控的量测资料然后进行反馈去指导施工，要在所有的地面及洞内进行埋设监控点，然后通过埋设这些监控点进行掌握洞内以及地表因为开挖及外力产生的位置移动情况来进行指导施工的原则，在以初期支护和超前预支作为重点。 3.2 开挖断面的选择 隧道断面在地应力的作用下各种形状是不同的，因其形状不同，所以四周受力的情况也不相同。如果隧道的四周受力均匀的话，不会出现应力的集中区，这时所形成的压力拱就会很好的将隧道的整体稳定性提升至一个台阶。经过有施工过程的不断试验以及其他的一些相关类似工程得出的结论，隧道在高地应力区运用圆形断面能够比其他的断面更能及时有效的其抗御地应力情况。一般圆形地面在使用台阶法进行开挖时，一定要设置锁脚锚杆、钢支撑；在下部开挖时，混凝土一定要紧跟其后，从而保证初期支护的结构能够快速的形成封闭受力环来进行保护围岩的自稳能力。 3.3 加固围岩 在高地应力的作用下，能够引起工程不稳的主要内在原因就是软弱围岩的变形情况，虽然，高地应力情况是我们没有办法来进行改变的，但是对于软弱围岩我们可以采取一些相应的方式来进行加固处理，比如深孔预注浆以及合理设置长锚杆的方式。但是话又说回来，在费用方面深孔预注浆方式是耗费比较大的，如果在遇到阻水性比较好、压密性又比较高的情况下，这对围岩的效果就不会很理想；相对来说长锚杆的适用范围就会比较广泛，通常情况下长度为4米至12米之间，具体的长度可以根据围岩的松弛圈半径来进行确定，一定要选择合适的长度，否则长度过短起不到什么有效的作用，长度过长施工时会非常困难，延长循环时间。也可以针对实际工程情况，将两种方式结合使用，效果会更加明显。 3.4 变形留够 隧道在高地应力的作用下，开挖一定会引起支护结构的变形情况，所以在开挖时一定要留有足够的变形量。在进行预留变形量的时候，一定要根据实际情况宁可多留一些，也不要留的不够，如果留的超量可以加大二次衬砌的厚度，如果变形量留的不够，在变形后的支护结构中进行二次衬砌的时候就会严重影响到混凝土的厚度不够，以至需要进行初期支护拆换。
对这几天对软岩变形论文的收集做了些归纳、总结，希望能提供给你们些许方向。由于时间仓促，没有做系统的深入研究，对某些论文中的观点未作验证。 一、国内外工程实例 1、南昆线家竹箐隧道[1] 隧道于1996年建成，全长约4990m，发生大变形段落全长390m，拱顶最大下沉量为160cm，周边最大位移量为240cm，隧底最大隆起量100cm。围岩为煤系地层，以煤、泥岩、砂质泥岩、和钙质细砂岩为主，最大主应力19.62Mpa，最大水平主应力16.09Mpa，最大垂直主应力8.57Mpa。采用8m长锚杆加固围岩等措施整治。 2、兰新二线乌鞘岭隧道 隧道于2005年建成，全长20050m。隧道穿越F4~F7等4条区域性大断层组成的宽大挤压构造带，线路长度为7587m，其中岭脊段志留系板岩夹千枚岩和F7断层泥砾带等软弱围岩发生大变形。岭脊段最大水平收敛达1209mm，最大拱顶下沉367mm，平均累计变形F4、F5、志留系板岩夹千枚岩、F7几个区段分别为90mm~120mm、300mm~400mm、200mm~400mm、150mm~550mm。最大变形速率F4、F5、志留系板岩夹千枚岩、F7几个区段分别可达73mm/d、143mm/d、165mm/d、167mm/d。165mm/d；F7断带累计变形150~550mm、最大变形速率167mm/d。最大水平主应力约22Mpa。 3、奥地利的陶恩隧道[1] 隧道于1985年建成，全长6400m，最大位移速度20cm/d，最大变形量120cm，围岩为绿泥石、绢云母千枚岩，地应力16~27Mpa。采用6~9m长锚杆整治。 4、奥地利的阿尔贝格隧道 隧道于1979年建成，全长13980m，最大变形速度11.5 cm/d，最大变形量70cm，围岩为以千枚岩为主，地应力13Mpa。采用9~12m长锚杆整治。 5、日本的惠那山隧道 隧道于1985年建成，全长8635m，边墙最大变形56cm，拱顶最大下沉93cm，围岩为风化花岗岩组成的断层破碎带，地应力为10~11Mpa。采用9m和13.5m的长锚杆整治。 二、软岩大变形机理研究 1、关于大变形定义的讨论 隧道围岩大变形是软岩地质中常见的一种地质灾害。大变形是一种塑性破坏和塑性流动。20世纪初期以来，国内外许多学者从形成机制、预测方法、防治措施等诸多方面对大变形进行广泛地研究。然而，迄今为止，国内外学术界对大变形的定义、分级、形成机制、位移控制等问题尚未形成统一的认识。 目前工程界和学术界对软岩隧道大变形尚无统一的定义。徐则明从大变形的6个特征对大变形进行了概况描述，何满潮认为软岩的大变形是个塑性大变形，卞国忠从围岩变形量上（变形量>400mm）给大变形做了界定。 2、软岩大变形机理 软岩大变形的成因比较复杂，一般可归为两大类：一是开挖形成应力重分布超过围岩强度而发生塑性化；二是岩石中某些矿物和水反应而发生膨胀。从各个大变形的工程案例上，发生大变形的地段，岩体具有一些共同的特性，如：岩体受区域性构造影响较大，普遍节理很发育，完整性差；岩石的强度和模量较高，同时岩体的强度和模量较低；高地应力环境；隧道内有少量地下水。 ①高地应力对软岩变形的贡献 研究表明，当强度应力比（Rb/σmax）小于0.3~0.5时，即能产生比正常隧道开挖大一倍以
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。一般无自稳能力，数日～数月内可发生松动变形及小塌方，进而发展为中～大塌方，有明显的塑性流动变形和挤压破坏；构成V级围岩的地层岩性以页岩、炭质页岩、泥质粉砂岩为主，呈薄～中厚层状。岩体受地质构造及风化作用影响较重，裂隙较发育，呈碎、裂状，松散结构，易坍塌，围岩无自稳能力，跨度5米或更小时，可稳定数日。 （3）不良地质： ①岩溶 八台山隧道主洞K46+560～K47+990段、避难通道K46+560～ K47+990段为富水地段且岩溶特别发育，极易发生突水、突泥情况。 ②煤层、煤线与瓦斯 隧道穿越二叠系上统吴家坪组含煤地层，该区域煤层厚0.3～
特长隧道施工技术难点和解决措施
特长隧道施工技术难点和解决措施 叶俊豪 摘要：随着社会发展，隧道施工技术不断更新，如何在特长隧道施工中快速施工，防止涌水、塌方、爆炸等恶性事故发生，就特长隧道施工技术难点和解决措施进行阐述。 关键词：特长隧道施工，技术难点，措施 一、引言 随着国家基础设施建设的不断深入，高速公路建设重心已由沿海发达地区向西、北部，平原地带向山岭重丘地带转移，这就意味着高速公路建设隧道密集程度的加大，出现的特长隧道越来越多，且地质条件越来越复杂，可能出现的地质灾害越来越多。在此，以我单位承建的中条山隧道为例，中条山特长隧道是运城至灵宝高速公路的一部分，隧道全长9670米，左右分离式路基，复合式衬砌结构，地质设计上以Ⅲ级围岩为主，但施工过程中围岩变化复杂，各类型围岩交替出现，地质条件较为复杂，因此以中条山隧道施工为例，对于熟悉掌握特长隧道施工要点，如何确保特长隧道施工安全，防止涌水、塌方、岩爆等恶性群死群伤事故的发生，又获得应有的经济效益，值得深入思考。 二、特长隧道的突出技术难点 1、隧道长，地质更加复杂，施工通风更加
困难，通风方案的选择成为控制安全及进度关键技术。 2、特长隧道施工中，工期往往成为关键，进度压力通常较大。 3、岩爆 特长隧道由于贯穿山体比较长，因此埋深普遍较深，可能存在岩爆，岩爆的发生主要由地应力和岩性两个决定因素，在埋深大于200米的地段，在混合麻岩段，极其容易形成岩爆，岩爆对施工人员的安全威胁较大，其中爆炸抛射型岩爆对机械和施工人员的安全威胁较大，对隧道的破坏也有一定的影响。 4、塌方 这是任何隧道施工中，在不良地质段极其容易发生的施工，造成的群死群伤的事故教训的比较多。 5、涌水 特长隧道在施工过程中可能存在涌水现象，对施工人员安全威胁较大。 6、车辆伤害 因特长隧道施工作业面路线长且集中，施工车辆较多，且因路线过长驾驶员极容易形成视
高地应力软岩大变形隧道施工技术 中铁十四局集团第四工程有限公司石贞峰 摘要：堡镇隧道为宜万铁路第二长隧、七大控制工程之一，也是全线施工难度最大的隧道之一。堡镇隧道围岩属于高地应力软岩，在施工中发生高地应力软岩大变形。结合 软岩的岩性分析情况，采用科研引导、稳扎稳打的方针，制定了详细的施工方案，在施工过程中探索、研究出了控制软岩大变形的施工技术。 关键词：堡镇隧道高地应力软岩大变形施工技术 1 工程概况 堡镇隧道左线全长11565m，右线全长11599m，线间距30m, 右线初期设计为平导，作为左线辅助施工通道，后期再将平导扩挖形成右线隧道。是宜万铁路第二长隧、七大控制工程之一，也是全线唯一的高地应力软岩长隧。十四局承担左线进口段5641m、右线进口段5622m的施工任务。 隧道穿越岩层主要为粉砂质页岩、泥质页岩，呈灰黑色，多软弱泥质夹层带，白色云母夹层，强度极低。大部分页岩呈薄层状，层厚3～10cm，分层清晰,产状扭曲，挤压现象明显，岩体破碎，强度很低，手捏呈粉末状，遇水膨胀；顺层发育，有光滑顺层面，层间多夹软泥质夹层，节理、层理发育、切割严重，围岩整体性很差，隧道左边拱存在顺层软弱面，右侧边墙有楔形掉块，爆破后滑坍、掉块严重。根据国标《工程岩体分级标准》，该区属高应力区，产生大的位移和变形。洞内初期支护局部开裂，顺层坍塌，节理发育，软岩变形等，凡专家预测的复杂地质均已出现。在施工中发生多次高地应力作用下较大变形中，仅8#横通道处拱顶沉降最大就达15cm，收敛32.5cm，超过预留变形量，并侵入二次衬砌。 2 施工方案 针对高地应力软岩大变形的特点，我们制定了“超前支护、初支加强、合理变形、先放后抗、先柔后刚、刚柔并济、及时封闭、底部加强、改善结构、地质预报”的整治原则和总体方案，配合平导超前等辅助方案较好的解决了此项难题。 2.1 总体方案介绍 (1)采用超前小导管支护，开挖后及时封闭围岩；加强初期支护的刚度，采用型钢拱架封闭成环；为达到稳固围岩的目的，系统锚杆采用中空注浆锚杆加固地层，锚杆长度应稍大于塑性区的厚度。 (2)加大预留变形量。为了防止喷层变形后侵入二次衬砌的净空，开挖时即加大预留变形量，另外采取了不均衡预留变形量技术。 (3)施工支护采用“先柔后刚，先放后抗、刚柔并济”原则，使初期支护能适应大变形的特点。 (4)及时封闭仰拱、特别是仰拱初支，是减小变形、提高围岩稳定性的措施之一；另外加大仰拱厚度，增大仰拱曲率，也有利于改善受力状况。 (5)改善隧道结构形状，加大边墙曲率，根据围岩实际和监控量测数据，采用受力结构最为合理的“鸭蛋”型断面；改善结构另一措施是提高二次衬砌的刚度，即加大二次衬砌厚
超深埋隧道高地应力岩爆地段施工技术 发表时间：2019-03-01T10:51:21.297Z 来源：《防护工程》2018年第35期作者：刘华礼[导读] 本文基于此探讨超深埋隧道高地应力岩爆地段施工技术。 中铁六局集团有限公司交通工程分公司北京 100000 摘要：随着地下资源的开发，交通隧道工程建设不断走向地下深部。已建地下工程中，锦屏二级水电站引水隧洞、新建二郎山隧道、国家油气能源地下储存库、拉林铁路桑珠岭隧道等诸多工程埋深超过千米，这些深埋地下工程围岩地应力均处于较高水平。金鸡岭隧道为高应力硬岩隧道段，该隧道为双线隧道，埋深深，施工时易产生变形、岩爆等施工风险。本文基于此探讨超深埋隧道高地应力岩爆地段施 工技术。 关键词：超深埋隧道；高地应力；岩爆；施工技术 1前言 在隧道建设过程中，隧道开挖稳定性会受到复杂地质的影响，例如高地下水压、岩溶、采空区、软岩大变形及岩爆等。在高地应力条件下，结构完整的脆性硬岩在开挖卸荷后，由于某些因素的诱发而发生动力失稳的现象，即岩爆。目前，如何控制岩爆是岩石力学与工程界共同面临的一个难题。为保证隧道开挖稳定性，加固围岩、弱化围岩、应力转移等防治理念被提出，进而形成了岩爆支护、区域防范和局部解危等岩爆控制措施。在地下洞室开挖后，围岩支护作为最直接有效的岩爆支护措施，引起了工程领域各界人士的关注，得到了越来越多的研究。 在实际岩爆隧道中，特别是工期较紧的隧道施工中，如何在防治岩爆的基础上达到快速施工的目的是交通隧道等地下工程施工所面临的长期性难题。 2岩爆隧道支护现状岩爆的发生取决于岩石的强度、完整性、所处的初始地应力条件和周围地下水情况。根据岩爆的特征和相关性质将岩爆分为3个等级弱岩爆,中等岩爆 ,强烈岩爆。3个等级中，弱岩爆对施工的影响极小，基本上不会对人员和机械造成威胁，实际施工时基本不用采取特殊措施进行处理；中等岩爆持续时间较长，对机械、施工人员的安全及心理造成严重影响，基于加固围岩的思想，目前常采用钢支撑和喷－锚－网(钢筋网)的整体支护方式对隧道中等岩爆区段进行支护，在施工过程中根据实际情况可能还要采用防护网等被动的临时支护措施；强烈岩爆极具危险性，在加强支护的同时还要采用多种辅助措施(如超前应力施工释放孔等)弱化围岩，降低岩爆发生的频率和能量。 3工程概况 金鸡岭隧道进口里程为DK196+353，出口里程为DK200+771.31，全长4418.31m，为双线隧道，隧道最大埋深291.3m。隧道工程量大，存在不良地质，施工技术复杂，金鸡岭隧道隧址区DK197+298~DK197+500为极高应力区，开挖时有岩爆发生；DK200+050~DK200+282段为高应力区，开挖过程中可能有岩爆发生，施工中根据岩爆等级采取相应措施，减小岩爆危害，施工难度大。 4超深埋隧道高地应力岩爆段施工技术针对高地应力硬岩易发生岩爆的特点，制定了“早预报、超前支护、短进尺、弱爆破、强支护、快封闭、勤量测，步步为营，稳步前进”的整治原则和总体方案，配合超前小导管等辅助方案。 4.1施工工艺流程 高地应力硬岩隧道施工工艺流程如图1所示。 图 1 施工工艺流程图超前应力钻孔打设超前应力钻孔，可以有效降低前方掌子面的高地应力，也可以采用注水的方式，降低周围岩体的表面张力，钻孔直径45mm～108mm，深度5m～20m。对轻度岩爆每循环掌子面打设1孔～3孔；中度岩爆每循环掌子面打设4孔～6孔；强烈岩爆每循环掌子面打设6孔～8孔，对掌子面拱顶及两侧起拱线位置要优先布孔，其余孔位可作为加密孔。必要时也可以打设部分径向应力释放孔，钻孔方向应垂直岩面，同时对于强烈岩爆地段可采取超前钻孔内部松动爆破的方法，或用小炮震裂完整岩石的方法，或孔内注水的方法，从而减少应力集中。 4.2超前支护措施 针对岩爆类型及大小，提前打应力释放孔或超前摩擦锚杆支护，以达到减弱岩爆的强度。必要时作超前30m～50m导洞，导洞直径不大于5m，可作为岩爆超前预报和释放地应力。 在岩爆地段，开挖后及时向掌子面及以后约15m范围内隧道周边进行喷射高压水，在某种程度上可以削弱围岩表面的强度，选取超前探孔向围岩岩体内均匀注高压水，从而提前减小围岩变形能力并将最大切向应力转移到围岩的内部，注高压水的劈裂作用也可以软化硬岩，从而降低硬岩的强度，并可以新产生裂缝或是使既有缝隙更加发展，继而释放围岩内部的弹性应变能量。也可以提前在掌子面有概率导致岩爆的位置有规律地钻少许空眼，不设置锚杆，而采取注水的方式，可以释放部分压力，可以避免硬岩达到极限强度而导致岩爆。 4.3开挖施工工艺
高地应力软岩大变形隧道施工技术刘国平 发表时间：2018-02-26T10:12:45.293Z 来源：《建筑学研究前沿》2017年第28期作者：刘国平[导读] 不断加强高地应力软岩大变形隧道施工技术，从而最大限度降低软岩大变形对隧道施工产生的影响。中铁隧道局集团二处有限公司河北燕郊 065201 摘要：我国幅员辽阔、地形复杂多样。在进行铁路建设时，受到各种地形的影响，隧道施工也会受到影响，尤其是高地应力软岩的大变形，会导致初期支护的开裂，甚至发生塌方，更严重的会造成永久性支护破坏。本论文以高地应力软岩大变形为基本出发点，详细论述了高地应力软岩变形的主要特征，并在此基础上提出了隧道施工的控制措施，为业内人士提供了一定的参考。 关键词：高地应力；软岩；隧道施工； 近年，随着社会经济的发展，对于铁路、公路的需求也在不断提高，这就要求我国的铁路、隧道建设中，不断要提高其建设质量，还要增加建设数量。然而在隧道工程的进程中，会不可避免地受到地质条件的影响。其中，高地应力软岩大变形就是隧道工程施工中，最大的障碍，只有提升隧道施工技术，才能从根本上保证隧道工程的工程质量。 一、软岩概况 软岩，是一种在特定环境下形成的，具有显著塑性变形的复杂的岩石力学介质。通常，软岩可分为地质软岩与工程软岩两大类。 其中，地质软岩，包括泥岩、粉砂岩、泥质矿岩和页岩这四大类，主要是在大自然的作用下，而天然形成的复杂地质。这类地质软岩具有强度低、空隙大、胶结程度差、受构造面切割及风化影响显著等特点；而工程软岩，则强调了软岩所承受的工程力，主要是在工程力的作用下，而使得岩石发生了显著性的变化。 软岩，由于其特性不同，以及产生显著的塑性变形的机理不同，可将其分为膨胀性软岩、节理化软岩、复合型软岩和高应力软岩四大类。 其中，高应力软岩根据高应力的类型，又可细分为自重应力软岩和构造应力软岩；而根据高应力的水平，又可分为三个等级，即高应力软岩、超高应力软岩和极高应力软岩。（如表1） 表1：高应力软岩分级 级别应力水平/MPa 高应力软岩 25-50 超高应力软岩 50-75 极高应力软岩 >75 二、软岩变形以及破坏特性 （一）软岩变形特征 在隧道工程的作用下，软岩承受了一定的工程力，从而使得岩石发生变形，产生巨大的变化。在隧道施工工程中，软岩变形是评价软岩稳定性的一项重要指标，也是工程设计人员在进行隧道工程设计时，而遵循的基本准则之一。 通常，当隧道工程开始施工之后，其周围的软岩会发生一些重要的改变，大致要经历三个阶段：1、弹性应变阶段，2、弹性变形和塑性变形两个阶段共同的阶段，3、蠕变为主，蠕变、塑性变形共存阶段。 在隧道施工过程中，软岩所经历的三个变化阶段中，具有以下三种显著的特点：第一，变形量大 主要是指在隧道工程开始施工之后，就会产生显著的塑性应变，这是软岩在隧道施工中最主要的特征。据相关的检测数据表明，在隧道施工的作用下，软岩的洞壁可出现数百、乃至一千毫米的位移。在软岩塑性应变的作用下，在隧道施工中就会表现出初期支护严重破裂，如混凝土开裂脱落、钢架扭曲等。 第二，变形速度快 在隧道施工开始之后，原本坚硬的围岩会迅速发生变形，在发生一系列的变形之后，又会迅速走向稳定的状态，其变形速率非常小；而软若的围岩在隧道施工开始之后，其变形速率又会迅速增加，特别是在初期变形速率会增大。 第三，变形时间长 软岩不仅初期的变形速率快，而且持续的时间比较长，具有明显的入变形特征。 第四，围岩变形具有明显的阶段性 在隧道施工过程中，围岩的变形具有明显的阶段性。据某隧道工程施工检测的数据分析，在施工中，随着施工阶段的不同，围岩的变形也各有不同。当上台阶开挖时，拱顶出现下沉，且下沉量约占总下沉量的45%左右，而引起的水平收敛约为50%；当中台阶开挖时，拱顶下沉总量约为总下沉总量的35%；而引起的水平收敛约为40%。从数据中可以看出，在隧道施工过程中，围岩的变形有明显的阶段性。同时，可看出，在施工过程中，加强对隧道开挖的上、中台阶时，加强对其控制十分有必要。 （二）软岩破坏特征 在隧道施工过程中，随着爆破、中台阶和下台阶的落地、以及仰拱开挖时会导致岩体大变形，同时，在岩体大变形的情况下，也会对隧道工程带来严重的影响。 岩体大变形，就会导致隧道工程施工出现初期支护的开裂的现象。在这种情况下，如果初期支护变形侵限的问题处理不当，就会给围岩造成更大的影响，从而产生失稳、甚至坍塌的现象。 三、高地应力软岩大变形隧道施工技术 就目前而言，我国高地应力软岩隧道施工案例非常多，例如：中缅油气管道的博南山隧道、兰渝铁道的木寨岭隧道等。可以说，在所有的高地应力软岩的隧道施工过程中，面临的最大难题就是软岩大变形，以及随之而产生的初期支护开裂现象，甚至塌方。这就要求相关技术人员在施工过程中，必须不断提高高地应力软岩大变形的隧道施工技术。
建造技术 J I A N Z H A O J I S H U 刘文军:齐岳山隧道高地应力地段施工技术研究 876 年第23卷第6期 收稿日期:2009 09 22;修改日期:2009 10 21 作者简介:刘文军(1979-),男,安徽广德人,硕士,中铁十五局集团有限公司工程师.齐岳山隧道高地应力地段施工技术研究 刘文军 (中铁十五局集团有限公司,河南洛阳 471013) 摘 要:针对宜万铁路齐岳山隧道高地应力地段的施工技术难题,在分析隧道高地应力表现特征及原位测试结果的基础上,详细阐述了该地段所采取的预先释放应变能,!钢架、锚、网、喷?综合支护及时紧跟的施工技术,成功应用了!先放后抗,先柔后刚?,有效控制了拱顶岩层松弛、脱落,确保了隧道的施工安全,为在类似地质环境条件下隧道工程施工积累了经验。关键词:隧道;高地应力;施工技术 中图分类号:U 459.1;U455 文献标识码:A 文章编号:1673 5781(2009)06 0876 03 随着我国隧道施工技术的迅速进步,隧道已经向长大、深埋方向发展,在深埋隧道开挖施工过程中,围岩应力产生重新分布,在高地应力作用下,岩体被拉裂、松弛后从拱顶及拱脚部位脱离母体而坠落,直接威胁着施工人员、设备的安全,影响施工进度,通过分析、研究高地应力特征,介绍施工技术,为解决类似难题积累经验[1 6]。 1 工程概况 宜(昌)万(州)铁路齐岳山特长隧道,位于湖北省利川县谋道镇境内,全长10.528km,地处鄂西构造溶蚀侵蚀中高山区,地质极为复杂,集溶洞、暗河、高压富水断层破碎带、瓦斯、煤层、高地应力和石膏岩地层等多种不良地质于一身,是全线8座I 级风险隧道之一,出口段穿越箭竹沟向斜,主要地层为三叠系须家河组、侏罗系珍珠冲组、自流井组、新田沟组、上沙溪庙组、下沙溪庙组等碎屑岩。主要岩性为泥岩、页岩、粉砂岩、砂岩及少量生物碎屑灰岩。隧道与山脊凹线呈大角度相交,山坡陡峻,坡面侵蚀严重,大小沟 谷发育。 2 隧道高地应力特征 隧道正洞掘进至371km +046m ~+096m 段、平导掘进至370km+878m~371km +125m 段时,开挖后1~18h,岩体内部发出!吭吭?的闷响声,随后围岩表面出现裂缝,岩体自母体剥落,剥落面较平整。一般发生在距离掌子面12m 范围内,以拱部为主,发展一定时间后,拱顶形成倒!V ?形凹坑或梯形凹坑,主要呈板状和片状,最大块达160cm #110cm #60cm 。在距掌子面近30m 已喷射混凝土处,亦能听到!吭吭?的岩体内部闷响声。 上述两段隧道埋深360~450m,围岩为侏罗系中上沙溪庙组紫红色泥岩,岩层产状近水平,薄-中厚层状,层间结合较好,节理裂隙不发育,无地下水出露。为掌握隧道高地应力特征,采用钻孔应力解除法(孔径变形法)在隧道平行导坑线路左侧边墙布置2组测点进行测试,测试结果如表1所列。 表1 隧道高地应力测试结果 测点号 测点位置 围岩 项目 1 2 3应力/M Pa 14.057.0 4.98S1 371km +090m 泥岩 方向/(?)N51.55E N39.15W N48.21E 倾角/(?)+27.31+1.36-62.64应力/M Pa 13.0210.28 5.24S2 370km +940m 泥岩 方向/(?)N66.57E N52.17W N18.06W 倾角/(?) +13.11 +64.16 -21.84 注:主应力方向为主应力投影方向;倾角中!+?为仰角,!-?为俯角。
软岩大变形 软岩大变形问题从20世纪60年代就作为世界性难题被提了出来，在地下工程的建设过程中，软岩问题一直是困扰工程建设和运营的重大难题之一。特别是“九五”期间，我国10个能源建设基地有8个都相继出现了软岩问题，造成多对矿井的停产建设。每年有大量的隧洞在软弱围岩中开挖，随着开挖深度的增加，软岩问题愈趋严重，直接影响着工程安全以及人身安全。随着人类工程活动的不断增强， 软岩隧洞系指塑性大变形工程岩体有关的岩体工程，而工程软岩是指在工程力作用下能产生显著塑性变形的工程岩体。工程软岩的定义不仅重视软岩的强度特征，而且强调软岩所承受的工程力荷载的大小，强调从软岩的强度和工程力荷载的对立统一关系中分析、把握软岩的相对性实质。 1.软岩大变形破坏特征 软岩隧洞的大变形破坏特征不仅受围岩的力学性质影响，而且受隧洞所处的地应力环境和工程因素控制。我国许多煤矿在采深不大的情况下，坑道的变形破坏并不强烈，常规支护即可维护隧洞稳定。加大采深后，这些煤矿坑道额稳定性降低，变形破坏趋于强烈，常规支护难以维护坑道稳定，因此，软岩隧洞的变形破坏特征受多种因素控制。一般来说，软岩隧洞的破坏具有以下特征： (1) 变形破坏方式多 除一般隧洞中常见的变形破坏方式拱顶下沉、坍塌外，还有片帮和底鼓、底围隆破，隧洞表现出强烈的整体收敛和破坏。变形破坏表现的形式既有结构面控制，又有应力控制型，尤以应力控制型为主。 (2) 变形量大 拱顶下沉大于10cm，有的高达50cm，两帮挤入在20~80cm之间，底鼓非常强烈，在常规无仰拱支护的情况下，强烈的底鼓往往将整个隧洞封闭。 (3) 变形速度高 软岩隧洞初期收敛速度可以达到3cm/d，即使施作了常规锚喷支护以后，软岩隧洞的收敛速度依然很高，可达2cm/d，而且其变形收敛速度降低缓慢，因此，在不长的时间内其变形收敛就很大，多则一年，少则几个月就将隧洞封闭。 (4) 持续时间长 由于软岩具有强烈的流变性和低强度，因此，软岩隧洞开挖以后，围岩的应力重分布持续时间很长，软岩隧洞变形破坏持续很长时间，往往长达1~2年。 (5) 因位置而异
峡口隧道高地应力软岩大变形施工控制技术 马军山 （中铁二十局集团第三工程有限公司重庆 401121） 【摘要】湖北宜巴高速公路峡口隧道进口段穿越薄层碳质页岩地层，在隧道区范围内，侧压系数均大于1，隧道区的水平地应力以构造应力为主，同时表明地应力场以水平应力为主导；最大水平主应力与隧道轴线交角较大，对隧道围岩的稳定性不利；地应力量值对碳质页岩而言为极高应力。在隧道施工过程中，通过采取提高支护体系刚度、合理预留变形量，以及采用长锚杆、短进尺预留核心土和二次衬砌跟近、提高二衬混凝土强度等常规措施控制了围岩变形，保证隧道顺利施工。 【关键词】峡口隧道碳质页岩高地应力大变形控制措施 1 引言 随着我国铁路、高速公路建设的不断发展，隧道工程已经向长大、深埋方向发展，建设穿越高地应力且地质环境恶劣的软弱围岩区的长大隧道工程不可避免[1]。例如兰新复线乌鞘岭隧道、二郎山隧道、宜万铁路堡镇隧道、兰渝铁路毛羽山隧道等在施工过程中都存在高地应力软岩大变形。在高地应力区修建的地下工程，最大的难题就是软岩大变形的控制问题[2]。 目前，关于围岩大变形还没有一个明确的和清晰的定义，在理论上缺乏系统研究，在工程实践中，围岩大变形至今未列入设计规范。国内外许多专家对高地应力软岩隧道修建技术进行了大量研究，分别从支护措施、开挖方法等方面提出相应观点和解决办法。 在建湖北宜巴高速公路峡口隧道，隧道区的水平地应力以构造应力为主，同时表明地应力场以水平应力为主导；最大水平主应力与隧道轴线交角较大，对隧道围岩的稳定性不利；地应力量值碳质页岩而言为极高应力。隧道初期支护后出现严重的大变形情况。本文结合峡口隧道进口高地应力软岩大变形工程实例，研究薄层碳质页岩地层大变形的发展规律和力学机理，在施工过程中探求合理的治理措施，达到有效控制围岩变以及快速掘进的目标，从而保证工程的顺利施工；同时，进一步深化并丰富软岩隧道大变形研究，为该类隧道工程设计施工控制提供理论研究。 2 工程概况 在建的峡口隧道位于兴山县峡口镇境内，为路线穿越一近南北走向山岭而建设。隧道采用分幅式，其左幅起讫桩号ZK104+214～ZK110+670，总长6456.0m，右幅起讫桩号
软岩大变形隧道初期支护钢拱架纵向锁定工法 1 前言 兴源隧道位于黑龙江省穆棱市兴源镇境内，起讫里程DK409+090～DK412+517，全长3427m，为双线隧道。隧道所处地质条件十分复杂，有断层、软岩破碎带等不良地质体存在，在隧道施工过程中，由于地质条件的影响，工程的掘进速度受到一定的影响；能否通过厚度较大的软岩断层破碎带，对于初期支护结构的变形控制提出了很高的要求。由中铁二十二局、兰州交通大学等合作单位针对该项目难点成立专门的课题研讨组，形成了一种新型的初期支护中钢拱架纵向连接结构，改变以往连接筋的受力偏弱的状态，提高钢拱架的抗扭性能，从而增强初期支护对围岩变形的约束能力的研究成果。经过鉴定达到了国内领先水平，形成了一系列关键施工技术，申请了一项实用型专利（软岩隧道大变形控制初期支护中钢拱架纵向连接结构），并结合施工工艺、组织管理等，编写了《软岩大变形隧道初期支护钢拱架纵向锁定工法》。 2 工法特点 2.0.1采用这种新型的软岩隧道大变形控制初期支护中钢拱架纵向连接结构，增大了纵向连接构件与钢拱架腹板焊接的有效面积，提高了相邻两榀钢拱架之间的纵向连接能力，增加了钢拱架体系的抗扭能力和整体稳定性，使隧道初期支护对围岩变形的约束能力有了较大的提高。 2.0.2 能有效地控制围岩变形，与围岩形成一个整体，充分发挥围岩的自承能力。 2.0.3能应用量测监控等信息化管理方法指导施工，使整个施工过程均处于受控状态。 2.0.4 施工作业简便，不需用特殊的施工机械和设备。 2.0.5 适用于各种不同的软弱围岩地层，适用范围广。 3 适用范围 本工法适用于各类在初期支护中配置钢拱架的软弱破碎围岩隧道施工，也适用于其它类似的地下工程。 4 工艺原理 通过采用14a号槽钢代替Φ22或Φ25螺纹钢筋进行初期支护中钢拱架的纵向连接，增加了焊接有效面积，加强了钢拱架的纵向连接，提高了初期支护中钢拱架的整体抗扭能力，增加了钢拱架的整体稳定性，提高了隧道初期支护对围岩变形的约束能力，有效的抑制了围岩的变形。 5 施工工艺流程及操作要点 5.1 施工工艺 参见图5.1.1-1和图5.1.1-2，本实用新型是软岩隧道大变形控制初期支护中钢拱架纵向连接结构，包括钢拱架（1）、钢拱架（2）、纵向连接槽钢（3），其特征在于：采用槽钢（3）将钢拱架（1）和钢拱架（2）沿着环向相隔一定距离在纵向连接在一起，纵向连接槽钢（3）的两端分别焊接在钢拱架（1）和钢拱架（2）