成兰铁路软岩隧道大变形特征及成因机制探析

浅埋层状软岩隧道大变形特征及处置措施研究
高玲玲
【期刊名称】《铁道建筑技术》
【年(卷),期】2024()4
【摘要】张吉怀高铁新华山隧道在穿越炭质页岩地层时出现严重的非对称性三维大变形。

为解决浅埋层状软岩隧道在开挖过程中大变形问题,建立三维层状围岩隧道数值模型,分析浅埋层状软岩隧道大变形特征及机理。

结果表明,软岩力学性质是引起新华山隧道产生巨大变形的重要因素,隧道洞口浅埋段节理的存在对大变形贡献明显,炭质页岩层间变形对总变形值贡献率接近50%;节理与隧道轮廓相切区域层间变形最为显著,缓倾状态下,变形集中于拱顶位置,陡倾状态下,边墙破坏风险急剧增加。

根据现场变形特征和数值模拟结果提出地表套管注浆加固措施且效果明显。

研究结果可为类似浅埋层状软岩隧道的大变形预防与处置提供参考。

【总页数】5页(P168-172)
【作者】高玲玲
【作者单位】中铁十二局集团有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】U451.2
【相关文献】
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4.浅埋软岩隧道大变形特征及控制措施
5.软岩浅埋连拱隧道施工围岩变形特征分析
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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。

大断面软岩隧道施工变形监测与分析发布时间：2021-06-07T15:53:55.510Z 来源：《基层建设》2021年第4期作者：陈肖华[导读] 摘要：大断面公路隧道穿越软弱破碎的围岩地段，由于围岩自稳能力差，变形量大，容易产生变形失稳导致安全事故。

中铁七局集团第四工程有限公司湖北武汉 430000摘要：大断面公路隧道穿越软弱破碎的围岩地段，由于围岩自稳能力差，变形量大，容易产生变形失稳导致安全事故。

大断面隧道开挖断面大，通常呈扁平状，更容易产生较大的变形。

因此，在隧道开挖之前必须进行详细的地质勘测，并在施工过程中进行超前地质探测，对隧道支护结构进行合理设计，有效控制软岩变形，避免发生安全事故。

在施工过程中，开展监控量测掌握围岩和支护结构的变形情况，进行动态施工管理，对支护结构的设计参数进行修正，保证隧道结构安全稳定。

结合大断面软岩隧道施工案例，制定施工方案，并开展监控量测分析监测数据确定支护结构的合理性。

关键词：公路隧道；新奥法；监控量测；围岩稳定性；超前地质预报引言我国是一个多山国家，山区面积约占国土总面积的70%。

在山区建设公路必然会遇到地形障碍，与以往的普遍做法—盘山绕行或切坡深挖相比，隧道方案不仅可缩短行车里程，提高线形标准，增强运营安全，还可节省用地，保护生态环境等；因此，采用隧道方案穿越山岭，自20世纪90年代以来迅速发展。

而后，随着交通量的日益增大，传统两车道隧道已逐渐不能满足功能需求，三车道、四车道等大跨扁平隧道应运而生。

由于大断面隧道形状扁平，又因受到线路条件限制而经常穿越软弱破碎岩体，致使围岩应力更集中，松弛应力更大，支护体系受力更为复杂，故如何在软弱围岩条件下进行大断面隧道施工已经成为工程界内一个难点和热点问题。

1岑水高速项目工程地质情况本项目陈金顶隧道所在的地理位置为剥蚀低山区，其坡度在20度至40度的范围之间。

同时，在本隧道的局部地区，存在山势较为陡峭的地貌特点，且在坡面上存在一定量的植被，生长较为茂盛。

软岩大断面浅埋偏压隧道初期支护变形原因分析及处治措施
软岩大断面浅埋偏压隧道初期支护变形原因分析及处治措
施
作者：赫德亮
作者机构：中铁十四局集团四公司
来源：城市建设理论研究（电子版）
年：2012
卷：000
期：011
页码：1-3
页数：3
正文语种：chi
关键词：大断面;浅埋偏压;软岩;隧道初期支护变形;原因与处治措
施
摘要：近几年我国铁路客运专线建设事业快速发展，低山丘陵地
区由于考虑建设用地、景观和环保等方面要求，多设计一些短小隧道，
浅埋偏压者居多，且所处地质多为软弱围岩，开挖断面超过150 m2。
由于参建各方重视程度不够，采取的施工方法和工程措施不当，初期
支护出现了较多侵限变形案例，损失巨大。本文结合云桂铁路广西田
东段的工程实例，介绍了初期支护变形的原因及处治措施，可为今后
类似工程提供借鉴和指导。

0引言小净距隧道指并行的两隧道间净距较小、两洞结构彼此产生有害影响的隧道。

当高速公路穿越高原山区，因地形条件和土地保护等因素限制，往往无法完全设置彼此不产生有害影响的分离式隧道。

《公路隧道设计规范》（JTGD70-2004）[1]中关于并行两隧道彼此不产生有害影响，需考虑隧道平面线型、围岩地质条件、断面形状和尺寸、施工方法等因素。

目前测量技术不断地完善和发展，也不乏隧道采取小净距进洞，曲线逐步过渡到分离式，再小净距出洞的情况。

《公路隧道设计规范》（JTG 3370.1-2018）[2]中增加了隧道洞口接线、结构设计、工期要求等因素，并对两洞间净距较04版规范Ⅴ级围岩3.5倍开挖宽度放宽至0.8~2.0倍开挖宽度。

刘鹏飞[3]提出：当净距为10~15米时，未出现塑性区域贯通现象，隧道周边塑性区域基本在锚杆支护范围之内，隧道周边塑性区域也大大减小。

偏压隧道指围岩压力关于隧道结构中心面极不对称的隧道。

吕康成[4]提出：当隧道轴线与地形等高线小角度相交或平行时，对于隧道工程来说便会出现地形偏压。

隧道偏压问题实质上是隧道工程与边坡稳定的相互影响问题。

并将坡体内有隧道的边坡分为：顺层边坡、半软边坡、匀质边坡。

关于隧道偏压进洞已不乏研究，贾英凯[5]提出：由于先进洞埋深较深一侧洞体即对地层造成较大扰动，后续再开挖埋深较浅一侧洞体时，浅埋侧受二次扰动易变形，形成较大范围的剪切带和塑性区，由此说明先进洞埋深较浅一侧对围岩稳定性有利。

徐前卫[6]提出：对于浅埋偏压隧道，掌子面内围岩的变形、初期支护的受力状态具有非对称性，靠近浅埋侧围岩的变形量小于深埋侧围岩的变形量且随各开挖步的影响显著，初期支护靠近深埋侧拱肩承受较大压应力，而浅埋侧拱脚则承受较大的拉应力。

隧道软岩大变形问题已屡见不鲜，易在隧道施工中出现初期支护侵限、仰拱纵向开裂甚至隆起、塌方等问题。

有的软岩如泥岩、泥质砂岩更是有“遇风成块、遇水成泥”的特点，开挖掘进后封闭不及时，在与氧气接触后迅速崩解成块，裂隙密集发育，当地下水侵入后软化、泥化发生塑性流动，造成隧道施工成洞困难，极大影响施工进度和工程造价。

成兰铁路杨家坪隧道活动断裂软岩大变形处治设计施工技术刘仁阳
【期刊名称】《企业技术开发（学术版）》
【年(卷),期】2016(035)012
【摘要】随着中国铁路建设的如火如荼,铁路隧道已经不再受地域和地质条件的过多限制,进而在实际施工中也遇到了各类问题.如,成兰铁路“四极三高”的特殊地质,致使隧道施工中遇到了普遍的支护大变形、开裂,杨家坪隧道3#横洞工区的支护变形率竞高达70.5％.文章结合实际案例,对该隧道支护变形进行了深入的原因分析,提出了合理的处治措施,成功地处治了支护大变形段落和顺利地渡过了活动断裂、软岩大变形段.并对此隧道活动断裂、软岩大变形进行了系统总结,此隧道大变形的处治设计施工经验,对类似隧道项目有着较好的借鉴和参考价值.
【总页数】6页(P8-13)
【作者】刘仁阳
【作者单位】中铁五局集团有限公司,贵州贵阳550002
【正文语种】中文
【中图分类】U451
【相关文献】
1.软岩偏压铁路隧道大变形处治施工技术 [J], 谭准;向浩东
2.成兰铁路云屯堡隧道软岩大变形特征及地质成因分析 [J], 陈桂虎;韩爱果;陈锦涛
3.成兰铁路松潘隧道软弱围岩变形控制施工技术 [J], 李明
4.成兰铁路茂县隧道大变形特征及施工技术 [J], 侯国强
5.成兰铁路茂县隧道大变形特征及施工技术 [J], 侯国强;
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1 引言交通隧道、水工隧道及其它地下工程穿越高地应力区以及遇到软弱围岩体，常导致软岩大变形等相关地质灾害。

根据大量文献检索结果显示，隧道工程围岩大变形已困扰地下工程界的一个重大问题。

19世纪中叶，铁路隧道底鼓、仰拱破坏就已经出现并引起人们的关注(Pressel 和Kauffmann,1860)，但首例严重的交通隧道软弱围岩大变形应该是1906年竣工的长19.8km 的辛普伦Ⅰ线隧道[1]。

此后，国外如日本的惠那山(Enasan)公路隧道、奥地利的陶恩(Tauern)隧道、阿尔贝格(Arlberg)隧道等都是典型的隧道围岩大变形灾害工程事例。

我国国内如青藏线4.0km长的关角隧道、宝中线3.136km长的大寨岭隧道及1.904km长的堡子梁隧道、南昆线上的穿越煤系地层的家竹箐铁路隧道、在建的国道317线鹧鸪山公路隧道（4.442km），以及铁山隧道（2.099km）等工程均出现了不同形式和程度的围岩大变形情况，给工程建设造成极大的困难[2]。

随着我国公路隧道工程以及地下工程的迅猛发展，其长大、深埋的特点日趋明显，而在一定的围岩地质和环境地质条件下等则往往易于发生围岩大变形等地质灾害[3]。

围岩大变形是一类危害程度大、整治费用高的地质灾害。

如南昆线上家竹箐铁路隧道390m长的大变形洞段，大变形延误工期达四个半月之久，据计算，整治消耗自进式锚杆10万余米，其费用就已接近正常情况下的成洞造价，如果将所有整治费用加在一起，损失可能就更惊人了[4]。

目前正在施工的国道317线鹧鸪山公路隧道也因围岩大变形不得不加强初期支护，增加工程的投入。

2 围岩大变形研究现状地下工程围岩大变形作为一种严重的地质灾害，对隧道工程建设产生严重的影响，国内外学者已经做过不少的探索工作，但由于大变形理论的研究不尽成熟，加之现场地质岩体状况复杂性，目前的研究工作主要表现在以下方面。

（1）大变形的定义关于围岩大变形，目前还没有形成一致的和明确的定义。

公路隧道软岩大变形成因及其施工处理技术摘要：新时代公路工程项目正在向着规模化方向发展，在相关隧道工程建设实践中，围岩大变形问题比较常见。

隧道施工过程中，除了要做好支护，还要加强监测。

若变形速率很快，已经超出标准允许的范围，必须引起重视，在明确变形成因的基础上，采取有效的工程措施加以处理，以防止由于大变形而产生的各类事故。

本文针对隧道工程实际情况，在介绍其软岩大变形现象及产生原因的基础上，提出行之有效的施工处理技术，旨在为其它类似公路隧道的软岩大变形处理提供技术参考。

关键词：公路隧道；软岩；大变形；处理技术引言现阶段在区分软岩与一般岩体失稳现象上有所研究，对软岩的判定通常以单轴抗压强度为准，例如，按照强度指标，将软岩分类为风化膨胀、松散、软弱、破碎岩等。

软岩大变形机制包括2种。

（1）在时间属性限定下的挤出性岩石变形。

（2）岩石内的水和膨胀性矿物发生反应后形成了变形。

根据围岩岩性控制类型的大变形、岩体结构控制类型的大变形、人工扰动控制类型的大变形，分析了围岩条件、形成机制、变形的特点，做了一些技术处理预测。

1软岩大变形原因分析要素1.1地质因素（1）软岩泛指松、散、软、弱岩层的总称，软岩的主要特点为风化和造面切割的影响明显、胶结程度不高、孔隙度较大和强度不足等，岩层中富含丰富的膨胀性黏土类矿物。

在隧道工程中，影响变形特征的因素软弱围岩占比较大，对工程地质性质起决定作用，现场开挖后的自稳性不高，其显著的特点为易坍塌和自稳时间不足。

在隧道挖掘施工的过程中，前支撑隧道洞身的围岩被全部转移，使洞壁出现临空的状态，对围岩应力位移变化造成严重影响，洞壁和围岩逐渐向隧道净空方向出现变形。

（2）围岩受到外界因素影响以后，体积增大，使膨胀力变强，改变膨胀岩的性质。

炭质灰岩是隧道变形断围岩的主要组成成分，其中包含丰富的绿泥石和蒙脱石，吸水后体积快速膨胀，在围岩膨胀压力作用下，初支上产生巨大变形。

1.2设计因素设计的支护参数是为了各种围岩在理论应力状态下的有预案准备，在开展施工的过程中，外界附加的影响因素会对软岩造成严重的干扰，影响最突出的因素是地下水，水岩耦合作用的程度受赋存量大小的直接影响，承受压力超过工程设计初支限度会导致变形，水岩耦合作用力大于最大压力会造成初支严重变形。

隧道施工软岩大变形致灾构造一、巨厚第四系松散堆积物隧道在巨厚第四系松散堆积物底部穿过，隧道施工开挖通过后，隧道拱部上方巨厚第四系松散堆积物，在自重应力作用下发生拱部下沉，如无支护限制或有支护限制但支护强度不足，拱部下沉达到一定限值后，或是围岩的失稳坍塌，或是支护失效围岩坍塌。

二、巨厚的第四系松散堆积与强烈风化破碎岩体复合体隧道在强烈风化破碎岩体中穿过，隧道施工开挖通过后，隧道拱部上方巨厚的第四系松散堆积物及其下强烈风化破碎岩体，在自重应力作用下发生拱部下沉，如无支护限制或有支护限制但支护强度不足，拱部下沉达到一定限值后，或是围岩的失稳坍塌，或是支护失效围岩坍塌。

三、膨胀岩隧道在膨胀岩中穿过，隧道施工开挖通过后，因未及时封闭膨胀岩围岩，膨胀岩暴露在空气中吸水膨胀，造成隧道底鼓、收敛变形和拱顶下沉，当膨胀岩吸水达到一定程度后，因膨胀岩吸水膨胀导致的隧道底鼓、收敛变形和拱顶下沉结束。

在隧道底鼓、收敛变形和拱顶下沉发生过程中，如无支护限制或有支护限制但支护强度不足，拱部甚至边墙上部围岩可能发生失稳坍塌。

四、宽大压性活动断层带宽大压性断层带，由主干断层带断层泥和两盘强烈挤压破碎带破碎岩石块体与充填在破碎岩石块体间空隙中的黏土和地下水构成；当宽大压性断层仍处于活动时，构成宽大压性断层带的主干断层带断层泥、两盘强烈挤压破碎带夹黏土破碎岩石块体仍处于强大的构造应力挤压作用下。

当隧道以较大交角穿过宽大压性活动断层带后，已开挖隧道为处于强大的构造应力挤压作用下的围岩变形提供了空间，围岩产生具有累进性和明显时间效应的且在相当长一段时间内得不到有效约束的塑性变形-挤压大变形。

五、地震活动区构造软岩地震活动区的地下地层岩石体中，聚集着强大的应变能量；完整岩体的断裂，是释放地下地层岩石体应变能量的重要途径之一。

穿越地震活动区隧道的开挖，为包括泥质板岩、炭质板岩、泥炭质千枚岩等经历过构造变动——褶曲、揉皱的构造软岩释放应变能——变形提供了空间，围岩产生具有累进性和明显时间效应的且在相当长一段时间内得不到有效约束的塑性变形-挤压大变形，是释放地下地层岩石体应变能量的又一重要途径。

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。

浅析隧道软岩大变形处治与控制方法摘要】由于我国隧道数量的增长，引发的问题也随之增长，因此必须采取有效的措施改善隧道软岩大变形的问题，而施工和控制方法的建设是改善隧道软岩大变形的重要举措。

根据目前隧道的情况，要想完善隧道施工的各个方面，需要提高应用在隧道软岩大变形的处理水平，并且从隧道修复、四周加固、改进修复方式、隧道周围的减压回填、防护装置的更换等方面进行改进，同时也对施工方法、处理手段以及维护方式等进行创新，在施工过程中对隧道的情况地监督控制，同时检测出隧道软岩大变形存在的问题，使施工的工作效率的提高，促进隧道软岩大变形治理的快速发展。

【关键词】隧道施工;软岩变形;防治措施1、前言随着社会改革的不断深入，隧道方面的改革迫在眉睫。

但是目前比较简单的施工方法已经无法解决隧道软岩大变形的问题。

由于施工中存在隧道顶部降低程度大、软弱岩层变化大、固定点位置移动、保护装置被破坏、底面出现裂缝等问题，需要我们根据问题，找出对应解决方法。

本文对某段比较典型的隧道进行研究，根据隧道的具体情况进行解析，为隧道软岩大变形处治和控制提供有效的借鉴。

2、隧道大变形的特点2.1隧道顶部降低程度大由于隧道的施工要求比较严格，隧道周围的岩层比较脆弱，则容易导致隧道的顶部出现下降，而研究的隧道的顶部的降低程度50厘米；拱顶位置移动的距离比较多，严重的地方移动距离为23.4厘米；2.2 软弱岩层变化大软弱岩层在发生移动之后，其移动没有停止，并且继续进行移动，甚至加快移动的速度。

从而导致隧道顶部的移动位置在加大，对隧道进行保护的装置也会隧道着隧道的改变而受到严重的影响，需要对装置进行严密加固，甚至要彻底更换装置，才能维护隧道的安全。

2.3固定点位置移动隧道左边的固定点的位置显著向隧道内进行移动，而隧道右边的固定点的位置显著向隧道外部进行移动。

而且出现异常情况的部分处于隧道出口的位置，使得隧道的情况更加迫在眉睫，但是位置移动的距离不大，相对来说是可以使用加固方法进行修复的。