软岩大变形机理和处治方法的研究

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.。

软岩大变形隧道工程处治技术研究汇报人：韩常领汇报提纲一. 概述二. 大变形软岩分类与分级三. 软岩大变形机理四. 新型支护措施五. 软岩隧道大变形控制技术六. 软岩大变形隧道工程案例1. 概述截至2017年底，我国公路隧道已达16229处、1528.51万米，其中，特长隧道902处、401.32万米，长隧道3841处、659.93万米。

我国建成的超过10km以上公路山岭隧道有8座：最长的为陕西终南山隧道，长18.02km第二为山西西山隧道，长13.65k第三为山西虹梯关隧道，长13.11km第四为台湾雪山隧道，长12.9km第五为甘肃大坪里隧道，长12.2km第六为陕西包家山隧道，长11.2km第七为山西宝塔山隧道，长10.2km第八为四川泥巴山隧道，长10 km1. 概述水下隧道得到长足发展，过去“遇水架桥”单一选择在改变，穿洋越海，桥隧并重，择优选择。

上海崇明长江隧道厦门翔安海底隧道青岛胶州湾海底隧道港珠澳沉管隧道-世界级工程南京纬三路长江隧道广东深中通道八车道沉管隧道（在建）纵观我国公路隧道的发展，起步较晚，但发展很快。

1. 概述路方面，已建成超过20km的特长隧道：1.西格二线新关角隧道（32.69km）2.兰渝线西秦岭隧道（28.24km）3.石太客专太行山隧道（27.84km）4.瓦日铁路南吕梁山隧道（23.44km）5.南疆线中天山隧道（22.45km）6.向莆铁路青云山隧道（22.17km）7.太中银铁路吕梁山隧道（20.78km）8.兰武二线乌鞘岭隧道（20km）1. 概述方面，在建超过20km隧道：1.大瑞铁路高黎贡山隧道（34.54km，高温热害、岩大变形、涌水、岩爆、岩溶、活动断裂带、高烈度地、放射性、有害气体、滑坡、偏压、顺层等多种地质，隧道最大埋深1155米，穿越19条断层，被誉为地质物馆”。

）2.成兰铁路平安隧道（28 .43km）3.成兰铁路云屯堡隧道（22.92km）4.蒙华铁路三荆段崤山隧道（22.75km）5.成昆二线峨米段小相岭隧道（21.77km）6.敦格铁路当金山隧道（20.1km）1. 概述1. 概述界上已建成最长铁路隧道瑞士圣哥达隧道（57km）国和意大利之间57km的D’Ambin铁路隧道正在设计根廷和智利之间穿越安第斯山脉52km隧道正在规划界上最长的公路隧道挪威洛达尔隧道24.5km，双向行驶，2000年11月27日正式通车1. 概述1. 概述随着公路、铁路建设技术标准的提高，穿越地区的自然条件、地质环境越来越，建设规模和难度越来越大。

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。

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。

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。

软岩隧道大变形成因分析及处置措施摘要：本文对软岩隧道大变形机理进行分析，详细介绍了软岩地区常见的支护设计和软岩区施工阶段的质量控制措施，以解决当前施工阶段出现的问题，以期为软岩区隧道建设提供借鉴和参考。

关键词：软岩隧道；大变形；成因分析；处置措施0 引言由隧道大变形引起的地质灾害屡见不鲜，困扰着软岩区隧道的建设。

首例出现软岩大变形的隧道是1906年建成的新普伦隧道（全长19.8Km），比较有代表性的是奥地利陶恩隧道，施工期间产生50~120cm的变形，日最大变形量达到20cm。

国内比较有代表性的有乌鞘岭隧道，拱顶沉降达到105cm，周边收敛达到103cm，而凉风垭隧道的周边收敛值达到197.25cm，此类的地质问题还有许多，软岩隧道不仅延长建设的周期，而且还会大幅增加工程造价。

软岩隧道的支护理论有多种，20世纪初由Haim、Rankine等提出的古典压力理论，以及在之后提出的塌落拱理论，这也是新奥法的理论基础，其核心是隧道围岩具有自稳能力，L.V.Rabcewicz提出新奥地利隧道施工方法（即新奥法），其后还有应变控制理论、能量支护理论、轴变论、软岩工程力学支护理论等。

近年来结合数值模拟技术，可以对隧道变形进行初步的了解，提高设计的准确性，在施工技术、监测手段上也取得较大的发展，复合式衬砌、超前支护等应用于隧道工程中，高精度、自动化、智能化的监测设备用于隧道变形和应力监测[1]。

1 隧道围岩大变形机理1.1 软岩大变形的工程定义目前对于围岩大变形尚未有明确的定性和定量判断依据，只是根据地质条件，以某一角度进行判断，而在实际的工程中，软岩大变形并未列入规范中。

软岩区隧道产生大变形与地质条件、时间、隧道的尺寸规模、埋深等有着密切关系，根据以上的影响因素，本文对软岩大变形给出如下定义：软弱围岩在水（包括地下水和地表渗水）的作用下，采取常规的支护设计，围岩产生塑性变形，且无法有效控制，其变形量已经超过预留变形量或者规范的允许值，或者具有这种趋势，当二衬施工工后一段时间内，变形仍不稳定，且导致衬砌结构开裂的现象称为软岩大变形。

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。

工程软岩巷道变形机理支护修复方案设计论文巷道变形，是工程软岩领域里让人头疼的问题。

支护不到位，修复不及时，都可能造成巷道变形，进而影响整个工程的进度和安全。

今天，就让我来给大家捋一捋软岩巷道变形机理，以及支护修复方案设计。

一、软岩巷道变形机理1.岩体特性软岩巷道所处的岩体，具有很高的塑性，容易发生变形。

岩体的结构、成分和物理性质，决定了它的变形特性。

比如，泥岩、页岩等软岩，含有大量的粘土矿物，遇水容易发生软化，导致变形。

2.地应力作用地应力是影响软岩巷道变形的重要因素。

随着巷道开挖，原本平衡的地应力状态被打破，巷道周围的岩体开始发生应力调整。

这种调整过程中，岩体内部的应力不断积累，当应力超过岩体的强度时，就会发生变形。

3.水的作用水是软岩巷道变形的催化剂。

软岩中含有大量的水分，水的作用使岩体软化，降低其强度，从而加剧变形。

水还会影响岩体的力学性质，使岩体更容易发生变形。

二、支护修复方案设计1.支护方案（1）初期支护初期支护的主要目的是防止巷道表面的岩体发生脱落和变形。

常用的初期支护方法有：锚喷支护：通过喷射混凝土和锚杆，增强岩体的整体稳定性。

拱形支架：采用拱形支架，对巷道进行支撑，防止岩体变形。

（2）二次支护二次支护是在初期支护的基础上，进行的补充支护。

常用的二次支护方法有：钢筋混凝土衬砌：在初期支护的基础上，浇筑钢筋混凝土衬砌，提高巷道的承载能力。

预应力锚索：通过预应力锚索，对岩体进行加固，提高其稳定性。

2.修复方案（1）变形监测在巷道变形过程中，及时进行变形监测，了解变形发展趋势，为修复工作提供依据。

（2）修复材料选择合适的修复材料，是保证修复效果的关键。

常用的修复材料有：聚合物混凝土：具有高强度、抗渗性和耐久性，适用于软岩巷道的修复。

（3）修复方法喷射混凝土：对巷道表面进行喷射混凝土，增强岩体的整体稳定性。

预应力锚索：通过预应力锚索，对岩体进行加固，提高其稳定性。

位移控制：对巷道进行位移控制，防止岩体继续变形。

工程软岩巷道变形机理支护修复方案设计论文工程软岩是一种具有高程度变形能力的松软岩石，其开挖后易发生变形及破坏。

在工程建设中，隧道是非常重要的工程部分，而软岩隧道在建设和使用过程中经常会遭受地质的水文井等因素的影响，严重影响隧道的使用寿命和安全性。

因此，对软岩巷道进行支护修复十分必要，可以使软岩巷道质量和稳定性得以保障，保证使用寿命，为工程做好铺垫。

一、工程软岩巷道变形机理工程软岩隧道的变形机理复杂，主要表现在岩层变形和滑动方面。

在开挖过程中，隧道周围的应力分布发生了改变，原有的应力equilibrium 被破坏并引导了变形过程，这些变形过程通常分为围岩挤压和摆动自由面两种形式。

围岩挤压是指在隧道周围的围岩中，开挖面积的变化引起了周边围岩中的应变、剪切变形和开挖面积的变形，并随着开挖过程的进行不断扩散。

摆动自由面又称硬岩前缘，这是指因为隧道壳体挡土或结构的作用，产生挤压后，隧道壳体周围的围岩受到挤压作用而发生塑性变形，从而形成一条固定的或不固定的自由面。

二、工程软岩巷道支护修复方案设计1. 断层带处理软岩属于脆性岩石，而在软岩隧道的开挖过程中，可能会遇到地质断层带，断带对软岩层稳定性的影响非常大，常常引起地面塌陷、断层变形等问题。

为了保证隧道的稳定和安全性，需要在隧道开挖时进行断层带的处理。

一般采用填充式支护，填充材料应选用高质量的砂、砾石或混凝土等。

填充材料应能够起到加厚、巩固、增强支撑和分散荷载的作用。

2. 预应力锚喷技术软岩巷道的支护技术非常重要。

在采用混凝土支撑方法时，为增强混凝土支撑结构的稳定性和承载能力，可以采用预应力技术，采用预应力锚喷技术。

该方法的主要思路是利用高强度钢材制成的打向钢筋或螺纹钢筋，将其埋入混凝土填充区域深度50-100mm处，以达到混凝土支撑结构的预应力增强效果。

3. 垂直与水平锚杆技术垂直与水平锚杆技术是一种可以解决地下工程中隧道变形问题的方法，这种技术基于隧道两侧一定深度铺设足够数量的钢筋或合金材料，随后进行埋深优化设计和锚固。

软岩边坡变形破坏机理一、前言软岩边坡是指由软岩构成的边坡，其特点是岩体强度低、可塑性大、易变形和破坏。

软岩边坡在地质灾害中占有重要地位，其变形和破坏机理的研究对于预防和治理软岩边坡灾害具有重要意义。

二、软岩边坡变形机理1. 岩体物理特性软岩的物理特性决定了其易发生变形和破坏。

软岩的孔隙度大、渗透性好，容易与外界水分接触，导致水分进入岩体内部，使得岩体内部产生饱和状态。

同时，软岩的强度低，易受外力作用而发生变形。

2. 地质构造特征软岩边坡所处地区的地质构造特征也会影响其变形机理。

例如，在断层带附近的软岩边坡上，由于断层活动导致应力集中，容易引起较大规模的滑动或崩塌。

3. 外力作用外力作用是导致软岩边坡发生变形和破坏的主要原因之一。

外力作用包括自然因素和人为因素。

自然因素包括降雨、地震等，而人为因素则包括开采、挖掘等。

4. 水分作用水分作用是导致软岩边坡发生变形和破坏的重要原因之一。

水分作用主要表现为两种形式：一是水分渗透到岩体内部，使得岩体内部产生饱和状态，从而引起岩体的流动性增加；二是水分在岩体内部形成冻融循环，导致岩体内部应力状态变化，从而引起软岩边坡的变形和破坏。

三、软岩边坡破坏机理1. 滑动滑动是软岩边坡最常见的破坏方式之一。

滑动通常发生在软岩层与硬质地层之间或者在不同软岩层之间。

滑动主要受到外力作用、地质构造特征和水分作用等影响。

2. 坍塌坍塌是指软岩边坡整体向下移动或者垮塌的现象。

坍塌通常发生在整个边坡的上部或者下部，其主要原因是岩体内部的应力状态发生了变化。

坍塌通常受到地质构造特征、外力作用和水分作用等影响。

3. 滑移滑移是指软岩边坡局部向下滑动的现象。

滑移通常发生在软岩层与硬质地层之间或者在不同软岩层之间。

滑移主要受到外力作用、地质构造特征和水分作用等影响。

4. 剪切破裂剪切破裂是指软岩边坡中出现的断裂现象。

剪切破裂通常发生在软岩层与硬质地层之间或者在不同软岩层之间。

剪切破裂主要受到外力作用、地质构造特征和水分作用等影响。

软岩大变形隧道变形规律及控制措施论文
软岩大变形隧道变形是在隧道施工过程中常见的问题，如何控制软岩大变形隧道变形及其规律成为隧道施工技术人员亟待解决的课题。

本文将就软岩大变形隧道变形规律及控制措施加以研究，以期改善施工中存在的不良变形情况。

在软岩大变形隧道施工过程中，由于条件复杂，无法确定基层弹性变形能力，在岩土抗拉与压缩强度的作用下，会造成软岩的大变形情况，而且随着施工深度的增加，软岩变形也会加剧。

要控制软岩大变形，第一步是明确拉力与压力关系，即通过分析岩土抗拉与压缩强度，明确软岩大变形的发展规律。

第二步是根据软岩大变形情况，采取有效的控制措施，包括对盾构机的使用一定的技术措施，如在后推方案中加入“中推”、“两推”及“定向推进技术”等；对软岩中的水分含量和温度进行控制，稳定软岩的孔隙度和弹性性质；合理设计工程法兰坡，增加工程稳定性；增加二维、三维及曲线隧道施工参考面，提高施工精度；对软岩施工现场负荷进行定期监测；采用“夹层屏障”和“横向分裂扩展”等非常规技术；施工夹层屏障、支护网、夹层屏障施工。

以上就是软岩大变形隧道变形规律及控制措施研究的相关内容。

通过以上控制措施的有效实施，可以有效控制软岩大变形隧道的变形，提高工程的施工质量，保障施工安全。

隧道软岩大变形机理及控制研究作者：魏广源来源：《价值工程》2015年第10期摘要：本文通过理论研究、现场监测及室内试验，了解了该隧道大变形特征，探究了大变形发生的机理，提出了主要控制措施，为其它大变形隧道安全施工提供借鉴。

Abstract： Through the theoretical research， field monitoring and laboratory test， this paper understands the characteristics of large deformation of the tunnel， explores the mechanism of large deformation and puts forward the main control measures to provide references for the safety construction of other tunnels with large deformation.关键词：隧道;软岩大变形;变形机理;控制措施Key words： tunnel;large deformation of soft rock;deformation mechanism;control measures0; 引言当隧道工程穿越高地应力、浅埋偏压、松散破碎或者具有膨胀性质的软岩区域时，围岩大变形极易出现而且危害极大，其破坏支护结构、侵入断面限界，若处理不当还会造成塌方，甚至导致施工人员伤亡。

南昆铁路家竹箐隧道（跨度9.34m）390m的大变形段延误铺轨达4个半月之久，类似的还有青藏线关角隧道、宝中线木寨岭隧道及堡子梁隧道、国道317线鹧鸪山公路隧道，给工程建设造成极大的困难。

1; 工程概况十（堰）房（县）高速公路通省隧道为上下行分离式的双向四车道高速公路隧道，主要岩性为武当群片岩，绢云母含量高，构造破碎，岩体软弱。

通省特长隧道软岩大变形机理及处治措施论文
通省特长隧道软岩大变形机理及处治措施
隧道是一种具有重要意义的交通设施，但它们也会面临不同的类型的失稳问题。

其中之一是软岩大变形机制。

软岩大变形能力主要取决于地层特性，包括岩性、构造、位移和剪切应力。

通用省特长隧道软岩大变形机制包括岩性变幻、节理大变形、变形裂缝、岩体拉裂、破坏平衡和游动破坏等。

软岩大变形的处治措施包括理论和实践措施。

理论措施包括采用新的设计标准、增加安全因子和分析多因素变形机制，以改善预测模型，从而提高设计质量和安全性。

实践措施包括压力测试、锚杆灌注和强度加固技术，以有效的抗变形能力，减少或消除破坏影响。

各种技术手段需要结合实际情况，才能有效防治因软岩大变形对隧道的影响。

因此，在设计过程中，应进行全面调查，深入分析岩性、构造、位移和剪切应力等地质因素，并结合实际条件，运用有效的理论和实践处理措施，以减少或消除因软岩大变形对隧道的危害。

综上所述，通用省特长隧道软岩大变形机制取决于地层特性，主要包括岩性变幻、节理大变形、变形裂缝、岩体拉裂、破坏平衡和游动破坏等失稳机制。

软岩大变形的处治措施包括理论和实践措施，有助于提高设计质量和安全性，减少或消除破坏影响。

相关技术手段需要结合实际情况，才能有效防治因软岩大变形对隧道的影响。