软岩隧道大变形成因分析及处置措施
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防治问题在隧道软岩大变形的探讨摘要:千枚岩等软弱围岩引发的大变形是隧道施工中的难题,国内外对其形成机理及对策已有较多研究。
拉林铁路拍拉隧道地处藏南山谷地区,地震活动频繁,岩层为炭质绢云千枚岩夹长石石英粉砂岩且有偏压、断层、富水影响,施工难度较大。
为了安全快速的完成施工任务,我单位在预设计图纸的指导下,优化设计参数和施工工艺,加强隧道超前地质预报和监控量测,圆满地完成了施工任务,为以后遇到类似的施工问题提供了宝贵的参考指导。
关键词:防治问题;软岩;大变形;探讨伴随着我国铁路建设的不断发展和完善,目前对于铁路建设中存在隧道施工穿越软岩大变形地层已能够有效处理。
在施工隧道时穿越高地应力软岩,容易使围岩发生较大程度的变形,加大隧道施工的难度。
软岩大变形隧道处理风险大、工期时间长、治理费用高。
对此,采用隧道施工变形控制方法可以有效地解决以上情况,提高围岩的坚固性和稳定性,为高质量的建成隧道创造条件[1]。
笔者将在下文中以拍拉隧道工程施工为例,详细分析防治问题在隧道软岩大变形的探讨。
一、施工情况隧道进口工区在当年雨季施工至D3K224+260~D3K224+365段预计中等大变形段时发生了较大变形,主要为拱顶严重下沉,最大变形值42cm,边墙强烈内挤,喷射混凝土局部开裂,压碎脱落,格栅钢架扭曲变形,结合监控量测资料分析其特征主要为:变形量大,初始变形速率大且不易收敛,变形持续时间长,变形破坏不均匀。
二、隧道软岩大变形分析(一)岩性拍拉隧道D3K224+260~D3K+365段通过粉砂质绢云千枚岩夹变长石石英粉砂岩地层,围岩本身自承重能力差、自稳时间短、来压快、容易变形,且变形量大、快、时间长。
千枚岩隧道的自稳时间仅为几十分钟到几个小时,变形速度从5~100mm/d不等,变形持续时间一般为25~60d。
(二)应力影响受隧道埋深、构造应力和集中应力作用的影响,隧道的围岩应力水平很高,岩体内残余应力较大,这就使得隧道四面受压,不仅有顶压、侧压,还有底压,容易发生底鼓等变形。
隧道软岩大变形处治与控制方法探讨【摘要】某公路隧道穿越软岩破碎带时发生大变形,本文在分析大变形的原因的基础上总结出了软岩大变形防治措施,优化了支护参数,取得了良好的效果。
【关键词】隧道施工;软岩变形;防治措施1、工程概况某特长公路隧道设计为分离式单向双车道,隧道左线6848m,右线全长6868m,隧道洞深最大埋深470m,线间距42m,施工时从隧道两端掘进。
未设斜井及竖井等辅助坑道。
施工中均采用复合衬砌,钻爆法施工,该隧道地处祁吕弧形断褶带等构造体系的交汇部分,地处祁连多字型构造的槽地,隧道所处区段构造单元属安远断坳,被夹持于古浪断褶带与乌鞘岭断褶带之间,隧道途经安远拉分盆地、西北缘活动断裂(F9)大断层构成的“挤压构造带”,在此带中分布的地层为线红色,淡红色砂岩、砾岩。
粉砂岩、页岩、碳质页岩,灰岩加碳质页岩交汇互层,三叠系砂岩夹页岩及薄层煤,及断层带中的构造碎裂岩,泥砾岩层、工程地质条件复杂,隧道掘进至ZK2403+365、YK2403+385薄层煤、F9次生断裂带等软弱围岩地段时发生了大变形,单侧最大变形达到600mm,见表1)致使初期支护破坏并严重侵入隧道衬砌净空。
为确保隧道衬砌净空,将初砌支护开裂。
未侵占二衬段落进行加固处理,对已侵占二衬的段落全部或部分拆除重做,并对该变形段落的二次衬砌钢筋进行加强。
对还未施工段落的初期支护进行加强,工程严重受阻,进度滞后。
因此,分析隧道软岩围岩大变形原因,及大变形防治技术对隧道施工具有重要意义。
2、软岩大变形整治针对该隧道软岩大变形情况,经共同研究,并吸取国内外整治大变形的经验,提出如下整治措施:2.1用8m长Φ28自进式注浆锚杆对两侧拱腰及边墙部进行加固.间距75cm (纵向)×100(环)拱墙范围每环14根,锚杆长度8m。
该锚杆自带钻头、在发生坍孔时仍能钻进孔位,且杆体为中空、水泥浆从锚杆头涌出,尾部带有止浆塞,可保证注浆饱满,注浆压力可达到 2.0Mpa,浆液压入岩层裂隙范围大,加固围岩的效果优于普通锚杆。
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。
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。
一、背景随着我国基础设施建设的大力推进,隧道工程在高速公路、铁路、城市地铁等领域得到了广泛应用。
然而,在软岩地质条件下,隧道施工过程中常常遇到大变形问题,严重影响了施工质量和工程进度。
为确保隧道施工安全、高效,特制定本专项施工方案。
二、工程概况1. 工程名称:XX隧道工程2. 工程地点:XX省XX市3. 隧道地质条件:软岩,高地应力,易发生大变形4. 隧道结构:双洞四车道,左洞长3.5km,右洞长3.6km三、施工方案1. 预处理措施(1)施工前,对隧道地质情况进行详细勘察,掌握软岩大变形的规律和特点。
(2)针对软岩大变形,提前做好应急预案,确保施工安全。
(3)加强施工过程中的监测,及时发现大变形问题,采取措施进行处理。
2. 施工工艺(1)超前支护:采用超前锚杆、锚索、管棚等支护措施,对软弱围岩进行加固。
(2)开挖方式:采用台阶法开挖,分台阶进行开挖,减少围岩暴露时间。
(3)初期支护:采用喷射混凝土、钢筋网、钢架等材料,对开挖面进行支护。
(4)二次衬砌:在初期支护完成后,进行二次衬砌,确保隧道结构的稳定性。
3. 施工技术要点(1)超前支护:根据地质条件和变形情况,合理选择锚杆、锚索、管棚的长度、直径和间距。
(2)开挖方式:根据地质条件和施工进度,合理确定台阶高度和宽度。
(3)初期支护:严格控制喷射混凝土的厚度和质量,确保支护结构稳定。
(4)二次衬砌:根据地质条件和变形情况,合理确定衬砌厚度和结构形式。
4. 施工监测(1)监测项目:隧道围岩变形、支护结构应力、隧道内水位等。
(2)监测方法:采用全站仪、水准仪、应力计、水位计等设备进行监测。
(3)监测频率:根据施工进度和变形情况,合理确定监测频率。
四、施工组织与管理1. 施工组织:成立专项施工小组,负责软岩大变形隧道的施工组织和管理。
2. 施工人员:配备专业技术人员,确保施工质量。
3. 施工材料:选用优质施工材料,确保施工质量。
4. 施工进度:根据施工方案和地质条件,制定合理的施工进度计划。
大断面软岩隧道控制变形技术及防坍塌措施地应力大,围岩级别低及岩体抗压强度低时会产生围岩的塑性特征,主要表现为变形量大、变形时间长、出现松弛、塑性范围大等特点。
1、控制变形的主要技术措施采用“加固围岩、改善变形、先柔后刚、先放后抗、变形留够、底部加强”的主动式控制原则。
一是从提高围岩力学性能着手,主动加固围岩,使之承受一部分荷载;二是加长加密锚杆,使支护的荷载传入基岩深部;三是初期支护允许柔性变形消耗围岩中储存的能量;四是预留足够的变形量防止初支侵入二衬;五是遇大变形时要增加钢筋对二衬进行加强;六是加强隧道底部结构。
2、防止围岩失稳和坍塌措施⑴、围岩坍方前兆围岩的变形破坏、失稳坍方,是一个从量变到质变的过程。
在量变过程中,围岩的工程水文地质特征及岩石力学特性会反应出一些征兆。
根据这些征兆可预测围岩的稳定性,进行地质预报,采取相应措施,保证施工安全,防止隧道坍方。
围岩的变形破坏、失稳坍方,有以下一些征兆:①、水文地质条件的变化。
如干燥围岩突然出水、地下水突然增多、涌水量增大、水质由清变浊等都是即将发生坍方的前兆。
②、拱顶不断掉下小石块,甚至较大的石块相继掉落,预示着围岩即将发生坍方。
③、围岩节理面裂缝逐步扩大,很可能要发生坍方。
④、支护结构变形(钢架接头挤偏或压劈、喷射混凝土出现明显裂纹或剥落等),甚至发出声响,有坍塌的可能。
⑤、围岩或支护结构拱脚附近的水平收敛率大于0.2mm/d或拱顶下沉量大于0.1mm/d,并继续增大时,说明围岩仍在发生变形,处于不稳定的状态,有可能出现失稳坍方。
⑵、隧道坍方预防措施①、做好超前地质预报工作。
对开挖面前方地层进行探测预报,判明地层和含水情况,为超前支护和止水提供依据,及时修改或加强超前支护和支护参数。
尤其是施工开挖接近设计探明的富水带时,要认真及时地分析和观察开挖工作面岩性变化,遇有探孔突水、突泥、渗水增大和整体性变差等现象,及时调整施工方法。
②、加强施工监控量测,实行信息化施工。
隧道软岩大变形的力学机制及其防治措施摘要:介绍软岩含义,简要分析隧道围岩变形机制,介绍国内外部分关于隧道变形的支护理论,列举了常见的支护措施及变形控制技术。
关键词:隧道软岩;力学机制;防治措施1软岩含义及力学特性关于软岩的含义至今仍然有多种解释。
1981年在东京召开的“国际软岩学术讨论会”规定“软弱、破碎和风化岩石”为软岩[1],属于定性的规定。
国际岩石力学学会(ISRM)对软岩给出了定量的规定~定义软质岩为单轴抗压强度在0.5~25MPa的岩石。
近年来,在我国的水工、道路及矿山建设中,越来越多地涉及到软岩工程问题,大量工程实践提供了众多成功经验和失败教训,成为软岩技术发展的推动力。
孙钧教授总结软岩的基本特征是强度低,孔隙率高,容重小,渗水、吸水性好,易风化,易崩解,具有显著的膨胀性和明显的时效特性,认为高地应力地区的岩石蠕变将呈非线性性态发展。
2隧道围岩变形机理隧道围岩变形机理的研究进展和岩体力学的发展存在着紧密的关系。
在长期的工程实践和理论研究中,尤其是近代岩土力学、工程地质力学的发展,使我们对坑道开挖后在围岩中产生的物理力学现象有了一个较为明确的认识。
关于大变形的形成机制,一般分为以下两类[2]:(1)坑道开挖后将引起围岩一定范围内的应力重新分布和局部地壳残余应力的释放:从力学角度看:坑道开挖前的围岩处于初始应力状态,即前面所述的初始地应力场,我们称为一次应力状态。
坑道开挖后由于应力重新分布,坑道周边围岩处于由开挖引起的应力场中,这种应力状态我们称为二次应力状态,又称为毛洞的应力状态。
如果二次应力状态满足坑道稳定的要求,则可不加任何支护,坑道即可自稳。
如果坑道不能自稳就须施加支护措施加以控制,促使其稳定。
因此,采取支护措施后的应力场称为三次应力场或支护后的应力场。
应力控制实质上就是控制围岩的变形和松弛。
这是软弱围岩隧道设计施工的主要原则。
就是说要想控制住围岩的松弛,就要控制住围岩的变形。
(2)岩石中的某些矿物和水反应而发生膨胀。
大变形隧道初期支护变形特征与应对措施摘要:软岩隧道施工一直是隧道交通工程中的技术难点,由于软岩体质地松软、自稳性较差,在岩体自身重力和隧道施工扰动的共同作用下,本身出现围岩顶部沉降和失稳破坏的风险就比较大。
如果施工技术和围岩控制措施不当,很容易发生围岩大变形,引发隧道塌方等事故灾害,严重威胁隧道内及地表人员、设备、建筑的安全,施工进度也会因此受到影响。
软岩隧道大变形主要与施工区域岩体力学性质有关,为避免软岩隧道施工中出现围岩变形及相关灾害,需结合该施工区域水文地质条件,采取合理的施工和支护技术措施。
本文首先分析了软岩隧道的受力特征及不同形式围岩变形破坏机理,并据此提出了相关施工技术和防范措施。
关键词:公路隧道;应对措施;围岩大变形;变形特征;地应力引言目前,公路隧道多采用复合式衬砌,初期支护是主要承载单元,控制围岩的变形与松弛,起到充分发挥围岩自承能力的作用。
在高地应力软岩公路隧道中,为保证结构安全性,控制围岩变形,隧道初期支护多采用双层或多层结构,而何时施作内层初期支护极大影响双层初期支护结构支护效果。
若内层初期支护施作过早,围岩荷载得不到充分释放,支护结构承受较大的形变压力,则可能使其荷载分担比例过大而导致结构开裂,降低隧道耐久性;若内层初支施作过晚,则可能造成初期支护变形无法控制,以致隧道侵限或失稳。
因此合理的内层初期支护施作时机对隧道长期安全稳定十分重要。
1初期支护变形特征为研究该隧道初期支护的变形特征,在右线K70+990—K71+240区段内选取50个监测断面分析拱顶沉降及水平收敛随时间的变化情况。
5个典型断面初期支护的拱顶沉降及水平收敛时程曲线见图5。
分析可得:同一断面处,拱顶沉降和水平收敛时程曲线形态相似,两者随时间变化规律一致。
根据围岩变形速率,5个断面围岩变形均可划分为3个阶段:①快速发展阶段。
处于隧道变形前期,变形速率最快。
初期支护变形在0~7d超出预留变形量,随即出现围岩塌方或初期支护被严重压屈、侵限等现象。
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。
公路隧道软岩大变形及支护施工技术摘要:隧道的施工和正常使用都会受场地地质情况的影响,穿越高地应力、软弱破碎围岩等地质环境时,会造成围岩较大的变形,从而导致安全问题以及质量问题出现。
因此,对岩体的变形特征进行精确探测以及控制是具有必要性的。
本文将基于公路隧道软岩大变形成因,对公路隧道软岩大变形及支护施工技术进行分析,以期更好地提升隧道建设的整体稳定性。
关键词:公路隧道;软岩大变形;支护技术1引言在大变形的软岩地段,施工时易发生大变形,甚至发生塌方、冒顶等事故,因此,应进行详细的地质勘察,合理选择支护参数,加强施工中的质量管理,以有效改善软岩体的变形状况,控制围岩变形,确保支护结构的安全和稳定性。
以下将基于其变形成因对其支护施工技术进行分析:2公路隧道软岩大变形成因分析2.1 地质因素软岩又称为软围岩,因构造面切割和风化作用,导致其孔隙疏松,强度低,而在隧道施工中,软岩的大变形是由其地质特征所决定的,特别是在开挖后,其自稳性较低。
从特性上讲也极易发生崩塌问题。
从变形的成因来看,在开挖时,支护洞体的原位置围岩位置发生改变,从而形成洞墙。
在此情况下,围岩将自行调节应力,使其朝向隧道的净空方向发生变形。
当继围岩被挖出后,支撑力消失,其它位置的岩石会对孔隙产生压力,从而使软岩发生变形。
此外,软岩是一种膨胀性岩石,在满足膨胀条件后,会产生膨胀反应,而当膨胀力过大时,膨胀力就会向初始支护传递,从而引起变形。
2.2 设计因素当前,公路隧道的设计已形成工业化的思想,因此,具体的支护设计参数将比较精确。
然而,由于围岩种类繁多,因此,即使理论上的应力状况计算再精确,也仅仅是保证其理论上的可行性,而在实际工程中,设计值和经验值往往会有很大的差别,而且在各种外部环境的影响下,软岩的变形情况得到强化。
期间在水-岩力耦合作用下,初始支护受力比预应力大,也将导致早期支护产生变形。
2.3 施工因素在公路隧道施工过程中,由于采用机械开挖、钻探、爆破等方法将会引起围岩的振动,由此导致岩体内应力发生改变,从而形成应力拱圈。
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。
软岩隧道施工大变形防治措施构筑在软岩中的隧道,施工时常会发生较大变形,为此,在施工中常采取以下措施。
(1)调整断面形状。
如日本的锅立山隧道、惠那山隧道和我国的新夏隧道、木寨岭隧道、家竹箐隧道采用将断面形式改为圆形或改变断面弧度的办法对大变形部分进行处理,有利于隧道承载和控制变形。
(2)长锚杆支护。
据大变形隧道的资料显示,国内外大部分大变形隧道中,加强锚杆是抑制大变形较为有效的措施,特别在煤矿巷道中采用最多。
大部分通过加长锚杆达到目的,锚杆长度一般为5~6 m,对于变形极难控制的地段,也有较多使用9~13 m的案例。
(3)早期双层支护。
关角隧道遭遇大变形时,采取了双层初期支护措施。
第1层初期支护为I20a钢架,间距1榀/0.5 m,网喷混凝土28 cm;当初期支护变形达到10 cm时,迅速喷设第2层初期支护,I16型钢钢架,间距1榀/0.5 m,网喷混凝土20 cm。
通过双层初期支护,有效控制了大变形,量测结果显示最大拱顶下沉量25.5 mm,最大水平收敛值148.8 mm,满足安全要求。
(4)基底加固。
根据国内外隧道实例,调研的日本大部分大变形隧道及我国部分大变形隧道都有基底隆起、基脚下沉等现象,为保证基底稳定,采用改变仰拱曲率、加强锚杆,增加仰拱强度,底部注浆或旋喷桩等手段,可有效加固基底进而有利于支护系统的牢固。
(5)合理确定预留变形量。
根据项目调研,目前已施工的高地应力软岩隧道来看,预留空间为20~80 cm,大部分为30~50 cm。
合理预留变形量的参考因素是隧道断面、围岩性质、地应力和地下水环境,也与施工技术有关。
(6)掌子面变形及稳定性控制。
有观点认为挤压性大变形隧道的变形主要是由掌子面的变形引起的,因此控制掌子面变形十分重要,而采取超前支护(如超长玻璃纤维锚杆等)能较好地抑制掌子面变形,进而达到控制隧道稳定的目的。
目前掌子面变形及稳定控制方法应用普遍。
(7)拱脚稳定性控制。
大量大变形隧道的工程实践证明,保证拱脚稳定对于维护初期支护体系的稳定意义较大。
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中铁五局二公司湖南省衡阳市 421000摘要:本文结合南村隧道软弱围岩变形控制实例,根据不同变形状态从监控量测实时分析、风险防控措施、开挖方法、量测等级管理四个方面进行了总结,以供类似工程借鉴参考。
关键词:监控量测软弱围岩微台阶变形控制1.引言中老铁路是中国与老挝之间通行的一条铁路,是泛亚铁路中线的重要组成部分。
磨万铁路一标段共有10座隧道,隧道总长29.763km,隧道围岩以Ⅳ级、Ⅴ级围岩为主,其中Ⅳ级围岩16.585km,占设计的55.7%;Ⅴ级围岩12.351km,占设计的41.5%;软弱围岩占比大。
因老挝地区基建差,无同类别施工经验可参考。
软岩变形一直是整个线路隧道施工的一大难题,如果现场不能有效措施及时控制软弱围岩变形工作,将给施工质量安全带来较大风险。
本文通过南村隧道软岩收敛突变、最终有效控制的应用实例,阐述监控量测等级管理、微台阶开挖方法在软弱围岩隧道施工中的的重要性。
2.工程概况南村隧道,隧道进口里程D2K24+040,出口里程D2K28+290,全长4250m。
隧道为单面下坡,进口~D2K24+050段、D2K27+650~出口段为顺层偏压,D2K27+675~D2K27+805段为浅埋段,隧道最浅埋深仅15m。
隧道采用“一斜井”的辅助坑模式,斜井长420m。
隧道正洞围岩Ⅳ级与Ⅴ级构成,其中Ⅳ级围岩2100延米,占整个隧道49.73%。
Ⅴ级围岩2123延米,占整个隧道50.27%;南村隧道穿越主要地层岩性三迭系中上统砂岩、炭质页岩夹泥岩、煤线、下统砂岩、灰岩、泥灰岩夹泥岩,二叠系上统泥灰岩夹砂岩、泥岩、炭质页岩。
D2K27+840~D2K27+970段开挖揭示围岩以炭质泥岩、砂岩、泥岩为主,强~弱风化,差异风化明显,围岩软硬不均。
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。
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。
1.2软岩大变形机理
围岩产生大变形破坏取决于岩性,即岩体的性质、构造与结构,其次是围岩
的地质环境,即地应力、地下水分布等,与支护参数也有较大的联系。
围岩大变
形发展机理可以归纳为以下几点:
⑴软岩流塑
隧道的开挖会改变围岩的应力状态,围岩的应力状态随开挖而调整,在此过
程中岩体中闭合的结构面会不断的张开,产生滑移,岩体进一步破碎,此时地下
水进入张开的结构面,进一步弱化岩体的强度,导致岩体呈流塑状态而产生较大
的周边收敛。
⑵板梁弯曲
对于呈薄层状的围岩,在开挖后,其顶板变形呈弯曲状态,这一现象在高地
应力地区更为明显。
隧道的法向应力降低而切向应力增加,层状的岩体发生横向
或者纵向挠曲,引起顶板和地板在垂直应力作用下引起顶板下沉和底板的隆起,
侧墙在侧向应力作用下产生较大的收敛。
⑶结构性流变
结构性流变典型的例子就是金川矿地下巷道大变形,这一问题在高地应力地
区较为明显,隧道开挖后的数月乃至数年内,围岩的变形随着时间的增长而增长,呈现出显著的时间效应,这就是结构性流变。
⑷松脱
松脱分为差异性松脱和累进松脱扩展,差异性松脱的代表性工程是位于四川
的扯羊隧道,特点是地应力已经释放,围岩呈松散破碎状,变形发展较快,延伸
至地表,累进松脱的代表隧道是木寨岭隧道,围岩经过浅表生改造作用,岩体破碎,但是地应力尚未完全释放,呈现松动圈累进扩展的特点。
2 软岩隧道支护设计
2.1软岩变形特点
软岩的结构较为疏松、重度小、大孔隙率,弱胶结,节理裂隙发育、易膨胀
等特点,软岩隧道开挖后的形变压力与支护设计是软岩工程的重要研究内容,根
据对软岩隧道的监测结果,发现隧道在开挖后,围岩呈现出以下规律:围岩的变
形与压力呈现出显著的阶段性、空间性;隧道的开挖面的压力分布规律与埋深有关,埋深越大压力越均匀;且易形成松动圈[2]。
2.2 支护结构作用机理
软岩隧道的支护设计可以分为锚杆支护、挂网支护、喷混支护、注浆支护、
钢架支护、混凝土二次衬砌支护等。
⑴锚杆支护作用机理
软岩区,锚杆结构是利用围岩自身的强度来完成支护,其主要的作用有:悬
吊作用,即锚杆将松散即将掉落的岩块通过锚杆穿过塑性变形区悬吊在深层稳定
而完整的岩体上;组合梁作用,对于层状岩体,锚杆可以将多层岩体连接,通过
约束变形提高层间的摩阻力,形成组合梁结构;而加固作用则是将松散的岩体在
浆液的作用下,连接挤压在一起,以提高围岩的强度。
锚杆的长度应根据塑性区
宽度确定,最短长度为1.5倍塑性区宽度[3][4]。
⑵喷混作用机理
喷混支护与围岩紧贴,可以一定程度上恢复围岩三维受力的状态,阻止其自
由变形;混凝土填充节理裂隙,充填表面凹坑,增强围岩的咬合作用,提高围岩
的强度;混凝土覆盖在围岩表面,可以起到防风化和止水的作用。
⑶注浆作用机理
注浆可以分为超前注浆和锚杆注浆,通过注浆可以大幅提高软岩的完整性和
强度,通过加强围岩的承载能力,实现完整的传力体系,即拱顶压力传递到两侧
边墙,边墙将压力传递到底板,形成完整的拱效应,减少变形;注浆可以封闭充
填节理裂隙,使松散的岩体粘结形成整体,提高岩体的强度;其与锚杆组合使用时,实现全长锚固,充分发挥锚固的作用。
⑷钢架
钢架分为型钢钢架和格栅钢架,其作用是在隧道开挖后,在较短的时间内形
成强而有力的支护,在开挖初期对隧道的变形提供约束,由于其刚度和强度较大,可以承担较大的形变压力,其与隧道开挖断面贴合,有效控制隧道的变形。
⑸混凝土二衬作用机理
根据新奥法的原理,二衬仅作为安全储备和防水的作用,而软岩区隧道的施
工建设经验表明,混凝土衬砌除可以对初支进行补强,其在围岩变形中承担着流
变压力的作用,因此在软岩地区常设置钢筋混凝土衬砌,以对初支形成补强和限
制围岩蠕变[5]。
2.3 支护设计实例
以乌鞘岭隧道为例,介绍软岩隧道的支护设计。
首先在软岩区,建议使用短台阶法进行施工,上台阶循环进尺为2m,台阶长4m,下台阶长16m,每次推进2m,初支成环后施作二次衬砌,一次施作长度为8m。
在支护设计上,采用多层初支以加强支护,即将初支分25cm与20cm两层,采取边放边抗的原则,其水平收敛得到有力的控制,如图1所示。
图1 断面收敛时间曲线
3 软岩大变形治理原则
⑴联合支护
软岩隧道常将多种支护结构按照一定的工艺组合使用,形成联合支护体系,在设计时,需要遵循宜联不宜散的原则,即多种结构要紧密连接,形成联合支护体系,比如小导管与钢架、喷混与锚杆、钢筋网片与混凝土,这就使得,在分部施工时,前一项支护结构必须预留与后一项或者几项支护的连接空间,后一项施工需包裹前一项支护结构,比如在锚杆施工时,需要外露一定的距离,使其可以与钢架焊接,喷混要完全包裹钢筋网与钢架。
⑵支护超前
在开挖前先对地层进行加固,常用的方式有:超前支护、注浆法、冻结法,超前支护的方式有超前管棚、超前锚杆,注浆法可分为超前小导管注浆、超前深孔帷幕注浆,冻结法则是利用液氮对软岩进行硬化加固[7]。
⑶以防为主
由于地下工程的复杂性,在设计与施工前很难完全掌握地质状况,因此在施工前,应制定紧急预案和有力的保障措施,施工过程中加强监测,早发现、早上报。
早处理,及时调整支护参数,实现动态设计。
4 结语
本文结合设计与施工,首先就软岩大变形的机理展开论述,然后介绍软岩隧道支护设计与围岩压力的关系,以及常用的支护设计及其作用原理,最后介绍软岩隧道治理,软岩隧道变形控制应遵循联合支护、先护后挖以及以防为主的施工原则。
以期为软岩区隧道建设提供借鉴和参考,促进我国隧道建设的蓬勃发展。
参考文献:
[1] 戴永浩,陈卫忠,田洪铭,等.大梁隧道软岩大变形及其支护方案研究[J].岩石力学与工程学报,2015(s2):4149-4156.
[2] 高美奔,李天斌,孟陆波,陈国庆.隧道软岩大变形力学机制及防治措施综述[J].施工技术,2013(S2):247-251.
[3] 孙洋,陈建平,余莉,徐颖,王洋.浅埋偏压隧道软岩大变形机理及施工控制分析[J].现代隧道技术,2013(5):169-174.
[4] 黄林伟.软岩隧道大变形力学行为与控制技术的研究[D].重庆大学,2008.
[5] 方贻立,李睿哲,陈建平,余莉.软岩隧道大变形机理分析[J].华东公路,2013(6):56-59.
作者简介:
朱科(1986-),男,汉族,四川仁寿人,硕士,隧道工程师,从事隧道设计工作。