高地应力软岩隧道大变形发生机理及控制技术研究

在隧道工程中，软岩地层的变形和收敛一直是一个令人头疼的问题。

尤其是在高地应力地区，软岩隧道的大变形段径向收敛控制措施更加重要。

本文将从技术措施、监测手段和管理方法等方面探讨高地应力隧道软岩大变形段径向收敛的控制措施。

1. 技术措施在软岩地层的隧道施工中，为了控制大变形段径向收敛，可以采取以下技术措施：- 合理的支护结构：选择合适的支护结构对软岩地层进行支护，比如钢架加混凝土梁、喷锚网、锚喷等，以增加地层的稳定性和承载能力，减少变形和收敛。

- 合理的巷道布置：通过合理的巷道布置，使得地层受力均匀，减小高地应力对软岩地层的影响，从而减少变形和收敛的发生。

- 降低开挖面积：通过减小开挖面积和采用分段开挖的方式，减少软岩地层的受力范围，减小地层变形和收敛的情况。

2. 监测手段在施工过程中，为了及时发现软岩地层的变形和收敛情况，可以采用以下监测手段：- 地下水位监测：通过监测地下水位的变化，及时了解软岩地层的湿度情况，从而判断软岩地层的稳定性和变形状况。

- 地表位移监测：采用地表位移监测仪器，对隧道周边地表位移进行实时监测，及时发现软岩地层的变形和收敛情况。

- 支护结构变形监测：通过监测支护结构的变形情况，及时了解支护结构的承载能力和软岩地层的变形情况，为及时采取补救措施提供数据支持。

3. 管理方法在施工管理方面，要加强对软岩地层大变形段径向收敛的管理，可以采用以下管理方法：- 强化监理管理：加强监理单位对软岩地层变形和收敛的监管，及时发现问题并提出解决方案，确保隧道施工的安全和顺利进行。

- 强化施工队伍管理：加强施工队伍对软岩地层变形和收敛的认识和管理，提高施工人员的安全意识和质量管理水平，确保施工质量和隧道安全。

- 强化应急预案管理：建立完善的软岩地层大变形段径向收敛的应急预案，规范应急处理流程，确保在发生问题时能够迅速采取有效措施，保障施工安全。

高地应力隧道软岩大变形段径向收敛控制措施包括技术措施、监测手段和管理方法三个方面。

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特征与处治技术作者：覃子秀林志严远方冯万林吴秋军来源：《西部交通科技》2023年第11期摘要：文章結合依托工程对高地应力软岩隧道大变形特征与处治技术展开研究，得出如下结论：（1）大变形灾害严重程度与地应力等级、围岩软弱程度高度相关，地应力越高、围岩越软弱，大变形越严重；（2）大变形灾害具有变形量大、持续时间长以及空间分布不均的特点；（3）大变形灾害处治应遵循“抗放结合、共同承载、动态控制”的原则，采取多项主动支护措施，降低灾害影响。

关键词：高地应力；隧道；大变形；施工技术；灾害处治0引言近年来，我国公路路网向地质条件与地质环境更为复杂的中西部延伸，配套的隧道工程也因地质条件等因素逐渐向大埋深、地质因素更复杂的方向发展，复杂的工程条件带来诸多影响隧道结构稳定性的问题。

目前，学者们针对高地应力软岩大变形灾害开展了大量研究工作，深入地认识了大变形特征与变形控制技术。

赵瑜等［1-2］结合数值模拟手段，对高地应力软岩隧道大变形特征进行了分析。

朱朝佐等［3］结合分段施工工艺，提出了采用格栅纵向连接形式以提高支护结构纵向整体性的方法。

张宏亮等［4］分析比对了武都西隧道大变形多种施工方案，认为应力释放至一定程度后及时施作二衬可有效解决大变形问题。

卢阳［5］结合文笔山隧道大变形处治成功案例，提出了“因隧制策，动态调整”的施工原则。

另外，也有学者认为高地应力软岩隧道施工应采取“强支护”措施对抗围岩变形，但这并不适用于所有等级的大变形灾害，容易对现场施工产生误导。

本文根据高地应力软岩隧道大变形特征，结合依托工程，对变形控制技术进一步探索与研究，以期形成成套处治技术，解决高地应力软岩隧道大变形控制技术难题。

1 高地应力软岩隧道大变形特征1.1 工程背景木寨岭特长隧道全长15 km，最大埋深为629.1 m，穿越木寨岭，沟通西南地区与甘肃及西北地区。

隧址区地质环境极其复杂，地处秦岭构造带，工程开展极具挑战，在建设期间发生了强烈的大变形灾害。

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。

高应力软岩公路隧道大变形机理及工程应用研究摘要：随着我国高等级公路建设的发展，近年来复杂地质条件下的长大隧道不断涌现，这些隧道地质环境恶劣，围岩软弱，且往往伴随较高的地应力，给高速公路长大隧道的设计和施工带来了巨大的挑战。

高地应力软岩隧道工程的共同特点是围岩软弱、地应力高、地应力与围岩强度比值高、变形剧烈且持续时间较长，软岩隧道工程的难点体现在结构强度的设计、施工工法和后期维护。

关键词：高应力软岩公路隧道，大变形机理，工程应用研究前言：随着我国西部大开发的深入，我国的铁路，公路建设将穿越更多更长的高应力软岩地段。

而对于我国的资源开采，水电建设。

也会遇到更多的高应力软岩情况。

但是由于我国目前所掌握的理论知识。

还无法对高应力软岩的力学行为做出合理的解释，因此目前高应力软岩隧道支护失败的例子相当多。

所以对高应力软岩开展研究具有一定的工程应用价值。

由于我国西部地区地形条件复杂，公路建设中将会遇到更多的问题，但是我国对西部地区的公路建设需求量又相当大，因此，在西部地区复杂地质条件下。

公路建设所应对的高应力软岩事件越来越多。

给复杂条件下公路隧道的设计和施工带来了巨大的挑战。

一、高应力软岩公路隧道：高应力软岩是指在较高应力水平条件下不才发生显著变形的中高强度的工程答体，其地质特征是泥质成分较少，但有一定含量，砂质成分较多，如泥岩、泥质砂岩等。

工程特点是在深度不大时表现为更岩的变形特征，当深度加大至一定值时就表现为软岩的变形特性。

在山区公路建设中，隧道不断涌现，而由于山区所在的地形地质条件复杂，所以隧道所处的复杂地形条件建设过程中容易出现高应力软岩情况。

这也就使得隧道建设过程中会遇见一些常见的地质灾害和高应力所引发的地质灾害。

因此，在隧道建设过程中，对高应力软岩情况所造成的地质灾害这里是相当重要的问题。

而且在隧道建设过程中，对高应力软岩情况的应对也成为了世界性难题之一。

引起了国际隧道工程界的广泛重视。

从上世纪60年代开始，国际研究界对高应力软岩的概念一直存在争议，目前仍未形成统一的认识。

高地应力软岩大变形隧道施工技术措施软岩大变形是指在高地应力环境下，隧道开挖后围岩发生侧鼓、底鼓等严重挤压变形，挤压变形量超出常规围岩变形量的现象，是围岩柔性破坏时应变能很快释放造成的一种动力失稳现象。

1.工程概况某隧道为铁路单线隧道，隧址区内新构造运动强烈，活动断裂发育，存在构造应力相对集中的地质环境条件，局部埋深较大的隧道可能遭遇高地应力工程环境，特别是隧道埋深过大时，板岩、千枚岩等软质围岩可能发生软岩大变形；局部构造应力强烈的区域，破碎的硬质岩也可能出现大变形现象。

沿线易发生软岩大变形的地层主要为三叠系、泥盆系及志留系千枚岩、板岩地层.该隧道埋深大、软质岩发育地段，以Ⅰ级及Ⅱ级软岩大变形为主。

隧道在DK28+888～DK36+415段主要为绿泥片岩及片岩，层厚普遍小于3cm，属极薄层～中薄层，灰绿色为主，矿物成分以绿泥石、云母、石英为主，变晶结构，薄片状构造为主，岩质软弱，节理裂隙发育，岩体破碎，部分段落呈中厚层状构造，岩体较破碎，该段落富水程度中等，绿泥片岩浸水后强度急剧降低。

其中DK29+765～DK36+415段具轻微～中等的变形潜势。

2.软岩大变形段的基本特性（1）变形量大：变形量远超常规预留变形量。

（2）初期支护变形速度快：隧道变形量测开始阶段，变形速率快，最大变形速率时间一般发生在边墙下台阶落底至仰拱闭合成环前。

（3）变形持续时间长：大变形区段变形时间从开挖至衬砌浇筑前，一般30d 或更长。

（4）施工难度大，安全风险高：开裂变形持续不断，易发生大面积失稳坍塌，处置塌方难度大。

3. 软岩大变形段的施工情况软岩大变形表现形式多样，主要表现在边墙挤压纵向变形开裂，拱顶下沉环向变形开裂，钢架凸起变形、扭曲，边墙变形侵限拆换拱，初支喷射混凝土鼓包掉块，隧底初支受力鼓起，掌子面岩石崩解滑坍，应力集中部位明显开裂掉块，局部二衬开裂等现象。

4. 软岩大变形控制技术措施及施工技术从主动加固围岩，发挥围岩自承能力，控制围岩塑性区发展出发，提出高地应力软岩隧道大变形主动控制技术要点为“加深地质、主动控制、强化锚杆、工法配套、优化工艺”二十字方针。

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。