31 家竹箐隧道高地应力软弱围岩支护大变形及其整治
中国铁路瓦斯含量最高的长大隧道：家竹箐隧道
中国铁路瓦斯含量最高的长大隧道：家竹箐隧道家竹箐隧道是中国铁路瓦斯含量最高的长大隧道，位于南昆铁路威（舍）红（果）段的鲁番站与上西铺站之间。
隧道全长4975m。
隧道洞身有1085m是煤系地层，主要煤层共14层，各煤层瓦斯压力测算值大多超过0.6Mpa，最高的达到1.34Mpa。
煤炭部门《防治煤与瓦斯突出细则》指出，当煤层瓦斯压力超过0.6Mpa 时，已存在煤与瓦斯发生“突出”的危险。
据测算，隧道施工通过煤层时，瓦斯涌出量最多达到每小时349 m3。
因此，家竹箐隧道属高瓦斯有突出危险的隧道，其施工难度和危险性，在我国铁路隧道建设史中还没有先例。
家竹箐隧道在设计中，采取了预抽预排、封闭坑壁、加强通风、杜绝火源、喷洒清扫、降低煤尘等一系列安全防范措施。
为降低通风阻力，使尽可能多的新鲜空气进入洞内，以降低瓦斯浓度，隧道的进口工区和斜井工区设置一个平行导坑和两座斜井，通过大型通风机抽吸作用形成强大的巷道式通风。
使施工中掘进工作面的瓦斯浓度在通风以后不大于1%，回风道（平行导坑）瓦斯浓度不大于0.75%，洞内任何地点风速不小于0.5m/s。
为防止瓦斯在坑道角隅聚集停留，掘进工作面配置风水喷雾器，驱散瓦斯并降低煤尘。
家竹箐隧道在施工中，采用了“一探二测三排四验，震动放炮，安全避难。
” 的防突措施。
南昆铁路采用电力机车牵引，机车受电弓与接触网之间经常产生高压电弧火花，另外列车制动闸瓦产生摩擦火花、客车餐车所产生的明火，对瓦斯而言都是危险的火源。
对于家竹箐这样的高瓦斯隧道，尽管在衬砌结构上巳采取了一系列的封闭措施，但考虑到设计施工很可能存在一些不完善之处，仍然会有一些瓦斯气体渗漏到隧道中来，并逐步积累。
又由于家竹箐隧道长度近5km，自然通风作用不足以冲淡和带出洞内瓦斯，天长日久，积累的瓦斯浓度如超过0.5%，对行车安全将构成威胁。
因此，利用隧道中部的斜井进行抽出式机械通风，隧道内每隔一定距离，拱顶部位设置瓦斯探头，当中央控制室发现洞内瓦斯浓度上升到危险数值时，开动斜井风机进行通风。
软岩大变形研究现状
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.。
高地应力软岩大变形机理及防治措施研究现状
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预测及防治研究
高地应力软岩隧道大变形预测及防治研究摘要：总结高地应力软岩隧道大变形成因，比较各种大变形预测技术，归纳大变形防治措施。
分析表明：大变形形成机制、变形模式与一般围岩变形破坏不同，需要加强研究；目前还没有形成一套系统、完善和易于推广应用的现场地质分析、监测试验、分析评价预测体系；在支护参数方面，需要一套预测预报方法体系和相应工程对策；针对不同机制、不同等级的大变形，需制定合理大变形防治措施。
以期为今后软岩大变形稳定性控制提供有益参考。
关键词：隧道稳定性高地应力大变形预测与防治高地应力下软弱围岩挤压大变形，是目前备受关注的隧道难题之一，其变形机理及结构受力特征复杂，目前尚未得到完整的解决。
首例严重的交通隧道围岩大变形是1906年竣工的长19，8km辛普伦I线隧道；我国南昆铁路线家竹箐隧道390m(IDK579+170～+560)洞段发生大变形：日本艾那山I线400m大变形路段用36个月才得以通过。
总之，目前在围岩大变形机制、围岩大变形的预测理论和控制技术方法体系方面值得进一步深入研究，具有科学理论意义和现实价值。
1 大变形成因分析1.1地质方面的原因根据我国大量隧道统计，大变形隧道多发生在泥岩、页岩、千枚岩等软岩，在构造及风化影响显著时变形更大，同时伴有地下水渗流和高地应力时更易产生大变形。
1.2施工方面的原因隧道围岩变形量的大小除受地质条件客观因素影响外，与施工方法及手段有很大的关系。
如果喷锚支护施做不到位、仰拱和二次衬砌距离掌子面距离过长、开挖后无法及时封闭成环，而重点放在施工进度，施工单位变形监控量测不规范或不及时、钢架底部悬空或长期积水浸泡，得不到及时处理等因素都对大变形的发生有直接的影响，甚至促进了大变形发生。
1.3设计方面的原因主要表现在对地质条件了解不够，根据有限的探孔了解地质情况，对变形程度估计不足，以致支护措施不到位。
如果设计的锚杆不够长，就无法穿过松动圈，对围岩加固起不到很好的作用。
高地应力软岩隧道大变形特征与处治技术
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。
锚杆支护在整治高地应力软岩隧道大变形的效应分析
发生了较为严重的支护变形 、 支护开裂与破损 、 钢架扭曲， 甚至出现了坍塌事故。
３ 高地应 力软岩 隧道大变形 的治理措施
３ １ 高地应力软岩隧道大变形的特点 ． （ ） 形量 大 ， 大变 形可 达数 １ １变 最 ０—１０ｃ ０ ｍ。
（） ２ 变形速度高 ， 施作初期支护的前期变形速度可达 ３ ｍ ｄ 以后可达 ２ ｍ ｄ ／， ｃ ／。 ｃ （） ３ 变形持续时间长 ， 由于软弱围岩具有较高的流变性和低强度 ， 开挖后应力重分布持续时间长， 变
作者简介 ： 刘泮兴
男 １８ 年 出生 ９１
硕士研究生
维普资讯
２ ８ ３ ２ 锚杆的支护理论 ．
石 家 庄 铁
Байду номын сангаас
道 学 院 学 报
第 １ 卷 ９
在新奥发施工的隧道工程中 ， 锚杆的支护机理可以归纳为以下几点 ： ①把岩块 串成整体 ， 围岩在锚 把
施工中的乌鞘岭隧道由于初期对高地应力软岩缺乏经验支护较弱施工中均出现了不同程度的围岩大变形问题最大水平收敛达200300mm变形速率最高达73mnrd为了整治隧道大变形施工中使用了大量的长达5m的锚杆支护成梅花型布置间距08m08m有效地抑制塑性区围岩的剪切滑动从而提高塑性区的承载能力并把塑性区围岩同稳定围岩连接起来控制了隧道的变形
孔。②注浆效果的好坏 ， 是长锚杆能否发挥作用的关键 ， 要保证浆液能完全充填满整个钻孑 ， Ｌ 就要注意在 注浆期间应采取间歇注浆且尽量不要首先封孔 ， 而应在注浆期 间有浆液从孔 口流出时才封孔 ， 以保证注 浆效 果 。
１ 引 言
高地应力对地下工程的影响是十分显著的， 尤其对穿越大埋深的软岩地下工程 ， 如深埋铁路 、 公路隧
隧道不良地质施工常见防治措施)
隧道不良地质施工常见防治措施隧道在施工过程中多会碰见各种不利于隧道工程的不良地质环境，今天大家一起来学习一下在遇到富水断层破碎围岩、膨胀性和挤压性围岩以及黄土地质这三个不良地质段时候的各种防治措施。
一、不良特殊地址地段概述一、不良和特殊地质地段的概念：(一)不良地质地段不良地质地段是指滑坡、崩塌、岩堆、偏压地层、岩溶、高应力、高强度地层、松散地层、软土地段等不利于隧道工程的不良地质环境。
(二)特殊地质地段特殊地质地段是指膨胀岩地层、断层破碎带、软弱黄土地层、含水未固结围岩、溶洞、岩爆、流沙等地段以及瓦斯溢出地层等二、开挖和支护过程中可能造成的危害：1、土石坍塌2、隧道支撑严重变形3、衬砌结构断裂三、不良和特殊地质地段隧道工程的一般规定：1、制定完整预案，做好技术、物资、机械储备2、制定地质预测、预报方案3、根据预报结果及时调整施工方案4、必须加强量测工作，并及时反馈量测结果四、不良地质地段隧道施工注意事项：1.选择施工方法注意事项：选择施工方法(包括开挖及支护)时，应以安全及工程质量为前提，综合考虑隧道工程地质及水文地质条件、断面形式、尺寸、埋置深度、施工机械装备、工期要求、经济和技术的可行性等因素而定。
同时应考虑围岩变化时施工方法的适应性及其变更的可能性，以免造成工程失误和增加投资。
施工以“先治水、短开挖、弱爆破、强支护、早衬砌、勤量测、稳步前进”为指导原则。
2.加强监控和量测工作3.使用喷锚技术注意事项：(1)爆破后如开挖工作面有坍塌可能时，应在清除危石后及时喷射混凝土护面。
(2)锚喷支护后仍不能提供足够的支护能力时，应及早装设钢拱架支撑加强支护。
4.采用临时支护时注意事项：(1)支撑要有足够的强度和刚度，能承受开挖后的围岩压力。
(2)围岩出现底部压力，产生底膨现象或可能产生沉陷时应加设底梁(3)当围岩极为松软破碎时，应采用先护后挖，暴露面应用支撑封闭严密；(4)根据现场条件，可结合管棚或超前锚杆等支护，形成联合支撑(5)支护作业应迅速、及时，以充分发挥构件支撑的作用。
复杂地应力区某隧道软弱围岩大变形控制
Ｌ ０ Ｗ Ｃ Ａ Ｒ Ｂ ０ Ｎ Ｗ ｏ Ｒ Ｌ Ｄ ２ Ｏ ｉ ４ ， ｌ ｏ
复 杂地应 力 区某隧 道软 弱 围岩大 变 形控制
舒建平（ 中国电 建集团成都 勘测设计研究院 有限 公司， 四川成都 ６ １ ０ ０ ０ ０ ）
【 摘 要】 近些年， 随着我国国 民经济的高速发展 ， 国内的隧道施工技术也不断得到提高 ， 并逐步走 向成熟 ， 同时 ， 为适应快速发展 的经济建设 ，
制 施 工技 术 、 平 导 变 形控 制技 术 、 设 置 临 时仰 拱 等技 术 。 正 洞
变形控 制施 工技 术 主 要 是 针 对 灰 质 页岩 复 杂 应 力 地段 ． 因为 该 地段 岩体 稳 定 性 较 差 ， 且 地 下水 含 量 较 为 丰 富 ． 地 应 力释 放
容 易出现 局 部 地 段 的 滑 塌现 象 正 洞 变形 控 制技 术 隧道 位 于山 区且 埋 于地 下 ，修 建 过 程 中不 可 避 免 地 会 遇 到 各 速 度较 快 ， 种 各 样 的 复 杂环 境 和 不 良地 质 ， 高地 应 力软 弱 围岩 大 变形 就 主 要是 综合 支墩 式 栈 桥 抗 干 扰 仰 拱 施 工 法 、三 台阶 五 部 开 挖 工法、 单 洞 双 线 上 下行 运 输 法 等 多 种施 工 方案 ． 形 成 一 套 独 特 是 其 中之 一 。 目前 ， 国 内外 对 于在 不 同地 质 条 件 下 高地 应 力 对 隧 道 工 的 先进 有 效 的综 合 施 工 工 艺方 法 ，这 种 工 艺 能 够 根 据 软 弱 围 循 环进 尺调 整 、 预 留沉 降 量 调 程 的影响特性尚难取得统一认 识 ． 尤 其 是 针 对 软 岩 隧 道 高地 岩 的 变 化进 行 支护 参 数 的 调 整 、 具 有 更 合 理 的 工序 作 业 时 间 ， 遵循 三 台 阶顺 序 施 工 ， 能 够 应 力 的 影 响 特 性 支 护 变 形 控 制 结 构 形 式 及 施 工 方 法上 仍 有 整 ， 实现 铜 拱 架 架 立 、 锚 杆 施 做 、 出渣 等 工 序 的 平 行 作 业 ： 有 效 的 待 进 一 步研 究 。因此 ， 本 文依 托 某 隧 道 工 程 ， 针 对 该 隧 道 软 岩 控 制 了高地 应 力 软 弱 围岩 变形 ，减 少 了作 用 于支 护 结 构 上 的 大 变 形 的 存 在 问题 ． 并 对 其 进 行 分 析 提 出控 制 的 措 施 ． 总 结 分 析 了软 岩 大 变 形 的 变形 规 律 和控 制 技 术 。 进 一 步优 化 和 完 善 了软 岩施 工 工 法 。 最 终 实 现 了 两水 隧道 变形 可控 和 安 全 顺
隧道软弱围岩段大变形分析及处理措施
斛协论坛 ・２ １ ０ ０年第 ｌ ２期（ ）—— 下
０ ｍ。 日， 上 台 阶施 工至 ＤＫ１０ ７４ 下 台 阶施 工 至 ＤＫ１０ ８ ０ 射砼厚度为 ２ｃ 第一次变形后的支 护措 施调整 为系统锚杆 当 ＋５ ， １ ＋４， １ ．米 拱墙 Ｉ１ ６型钢 拱架 间距 １ ． 榀， ０米／ 喷射砼 厚度 ２ ｃ ０ ｍ。 仰拱 施 工 至 ＤＫ１０ ８０时 ， 现 边 墙 部位 向 内挤 出 ， 变 形 ３５ ， ５ １ ＋ 发 且 变形段采用径 向５ ｍ长 ２ ４ 速 率 较 快 ； ５月 ８日 ， 至 ＤＫ１０ ８０￣＋ ８ 线 路左 侧 Ｄ 第二次变形后 的支护措施调整施为： １＋ ５ ８ ０段 Ｃ、
界处 ， 壳 活 动极 为活 跃 ， 震极 为 频 繁 ， 应 力较 高 ； 之 滇 ￣＋ ０ 段变形主要位于上台阶拱部及拱脚处， 地 地 地 加 ９５ 位移量约 １ｃ ０ｍ；
西地 区位于三江断裂带， 地质构造极为复杂破碎 。 该隧道原设 后采用临时横撑加 固， 变形基本得到控制。
． １＋ ０ ８ ０段 计 Ｖ级 围岩 １５米 ， 围岩 １２ ２ Ⅳ １０米 ， Ｉ 围岩 １５ Ｉ级 Ｉ ２ ０米 而 实 ２２ ＤＫｌ ０ ８ ０ 一＋ ８
３２３ 氢 脆 性 ．．
能力表现的较弱， 能满足防腐的需求 ， 不 一年 内出现 了锈蚀。 通过 以上试验 ， 以用锌镍合 金代替原有 的电镀锌 ， 高本厂 可 提
据文献资料报道 ， 我厂采用 的锌酸盐镀锌 ， 镀层的脆化率 产品在沿海及湿热带区域的防腐能力及 公司的信誉度 同时也 很高 ， 高达 ７ ％。 高强度钢具有氢脆敏 感性 ， ８ 超 镀锌去氢困难， 解决了高强度钢镀锌产生氢脆 的困扰 。
０ ６年 ５月 ６ 设、 计、 设 科研 单 位 的 密切 关 注 ， 多次 组 织各 方 面 的专 家进 行 底 结束 。随 后 上 台阶 和 下 台阶 继 续 往 前 施 工 ，２ ０ 曾
软弱围岩隧道大变形施工控制技术
软弱围岩隧道大变形施工控制技术摘要：在我国西部山区，分布有大范围的软岩地层，其中千枚岩的分布极为广泛，如兰渝铁路线上的木寨岭隧道，318线上的鹧鸪山隧道以及在建的九绵高速等多条高速公路隧道等。
该类岩体具有强度低、性状差、遇水易软化等特点，加之穿越高地应力、高烈度区软岩隧道建设过程中大变形灾害问题凸显，严重危及了隧道施工安全。
因此，开展软弱围岩隧道施工技术与支护技术的深入探讨，对于保证工程施工的安全性与质量的来讲非常重要。
本文以白马隧道为例，通过对该隧道的施工总结分析了一套软岩大变形隧道施工控制方法，并进行了理论和实地测试，对其在变形地段中的运用进行了探讨。
关键词：软岩隧道；大变形；施工控制措施引言：当前，业界对软弱围岩隧道的受力机制和技术仍处在探索性和探索性试验中，对其进行大变形特性的分析和找出行之有效的防治技术是非常必要的。
根据隧道的实际监测和理论研究，对白马隧道的大变形进行了研究，并给出了相应的技术措施。
一、软弱围岩大变形控制理念（一）刚性控制采用刚性控制理念法，通过大钢拱架、大厚度喷射混凝土、超前大管棚、掌子面长锚等措施，采用“以刚克刚”的方法克服了隧道的围岩变形。
该技术主要用于在埋深浅、地应力较小的情况下，对围岩的变形进行了有效的处理。
适合于围岩破碎、力学性能较低、地表沉降和隧道变形要求较高的地区。
（二）柔性控制柔性控制理念主要是利用增大预留变形，使隧道产生位移，使围岩体的应力得到最大程度的缓解，从而使支护体的受力最小化。
其控制手段主要有分段综合控制、伸缩支护和多重支护等。
在地应力较小、埋深较小的情况下，采用刚性支撑理论进行围岩变形的方法是切实可行的。
但对于地下工程中的大深度和高地应力，宜采用柔性支护技术。
（三）刚柔结合控制理念刚柔结合的控制理念是以刚性的预支护法来有效地控制掘进过程中的围岩体的应力释放速率；采用柔性初期支护对早期隧道的早期变形进行了抑制，同时采取了超前和早期支护措施，使围岩的变形保持在一个较好的水平。
高地应力软岩隧道大变形控制技术
contents
目录
• 引言 • 高地应力软岩隧道变形机理分析 • 大变形控制技术措施 • 现场监测与信息化施工技术 • 工程案例分析与经验总结 • 结论与展望
01 引言
背景与意义
随着我国交通基础设施建设的不 断推进，高地应力软岩隧道建设
日益增多。
高地应力软岩隧道大变形问题已 成为制约隧道建设与安全运营的
化开挖方法、加强初期支护等手段，有效减小了隧道变形。
03
案例三
某水电站引水隧洞工程，在高地应力软岩区域采用双层初期支护和径向
注浆等技术措施，确保了隧洞的稳定性和安全性。
成功经验总结
重视地质勘察和超前地质预报
采取综合控制措施
准确掌握地质情况和变形特征，为制定合 理控制措施提供依据。
结合工程实际情况，采取多种控制措施相 结合的方法，如超前支护、注浆加固、优 化开挖方法等。
布置合理的监测点位
结合隧道地质条件和施工工况，在关键部位和变形敏感区域布置监 测点，确保监测数据的准确性和代表性。
监测数据采集与处理
实时采集数据
按照监测方案要求，定期对监测点进行数据采集，确保数据的及 时性和连续性。
数据处理与分析
对采集到的数据进行整理、分析和处理，提取有用的变形信息和趋 势，为隧道施工提供决策支持。
将隧道断面分成上下两个台阶进行开挖，先开挖上台阶并及时支 护，再开挖下台阶，保持围岩稳定。
支护结构设计与选型
初期支护结构设计
根据围岩级别和变形量大小，设计合理的初期支护结构形式和参数， 如喷射混凝土厚度、钢筋网片规格等。
钢拱架选型与布置
根据隧道断面形状和尺寸选择合适的钢拱架型号和间距，并进行合 理布置，形成有效的支护体系。
高地应力软岩大变形隧道多层支护体系施工时机研究 肖本利
高地应力软岩大变形隧道多层支护体系施工时机研究肖本利摘要：针对高地应力软岩隧道大变形的显著特征，以兰渝铁路木寨岭隧道为例，实践结果证明，利用“边放边抗、刚强足够”的多层支护体系进行施工，变形可控、安全可靠。
为充分利用围岩自身稳定性，需要做到一定程度的释放，释放的时间和空间就决定了支护体系施工时机，根据累计变形及变形速率进行数据模拟，并结合施工现场实际情况进行分析，最终采用多层支护分层分部适时施做，以关键工序控制施工进度，确定合理施工步距，过程变形得到有效控制，断面无侵限，衬砌无开裂。
关键词：高地应力；软岩；铁路隧道；大变形；多层支护；施工时机0 引言近年来随着铁路行业的大力发展，铁路隧道项目在不断增多，而受高地应力影响下的软弱围岩隧道仍是控制性工程，特有的大变形特征仍是关键性的难题。
在高地应力软岩大变形隧道施工领域，先后也有一大批专家学者进行了研究探索，得出了较为丰富的经验和结论，如关宝树的《软弱围岩隧道施工技术》一书中就大变形原理进行了分析，并针对掌子面后方位移控制技术中提到多重支护体系[参考文献1]，赵佃锦就《兰渝铁路木寨岭隧道高地应力软岩施工变形控制研究》一文中对木寨岭隧道的高地应力及变形规律进行研究，利用数据对围岩及支护特性模拟测算，得出高地应力软岩隧道支护刚度应足够，施工步距应合理 [参考文献2]。
采用多层支护体系施工的隧道也有较多实例，如兰武二线乌鞘岭特长隧道[参考文献3]，兰渝铁路两水隧道[参考文献4]，通过支护刚度的加强，有效的控制了大变形。
针对大量多层支护体系的应用实例，虽变形得到有效控制，但现场施工组织却各有差异，兰渝铁路木寨岭隧道高地应力已经超出常规，在借鉴先进经验的同时，还需要将每层支护体系的施做时机进行掌控，安排合理的工序循环，确定关键工序，制定合理步距，才能保证断面不侵限、衬砌结构不开裂。
目前木寨岭隧道主要通过第二层初期支护分部施做，长锚杆长锚索提前同步施工，注浆紧跟掌子面，仰拱控制开挖进度，第三层支护稳定变形，实现了快速高效的施工。
隧道软弱围岩施工及初期支护大变形的认识与探讨
隧道软弱围岩施工及初期支护大变形的认识与探讨孟祥马河北路桥集团有限公司摘要:近几年来隧道施工中常有围岩或初期支护发生大变形的事例，每次造成的损失少则数十万元多则上百万元，加强对这一现象的认识与探讨，预防发生大变形事故，是隧道施工人员需认真面对的课题。
文章收集整理了一些相关资料，对初支变形的原因、应对措施等作了一些简要介绍，希望能为类似工程防变形施工提供一点参考。
关键词:软弱围岩施工；大变形；原因；应对措施；认识与探讨一、变形情况隧道围岩大变形主要发生于低级变质岩、断层破碎带及煤系地层等低强度围岩中，一般具有变形量大、径向变形显著及危害巨大等特点，19世纪中叶就已经出现并引起人们的关注。
据悉国外著名的有辛普伦I线隧道、奥地利陶恩(Tauem)、阿尔贝格(Arlberg)及日本惠那山(Enasan)等公路隧道，海代尔(Maneri hvdel)、苏特来季(sutlei)、哑木那(Yamuna)及楼克塔克(IJ0ktak)等水工隧洞；国内有宝中铁路大寨岭隧道、青藏铁路关角隧道、南昆铁路家竹箐隧道及宝兰复线乌鞘岭隧道、宜万线堡镇隧道等铁路隧道，凉风垭隧道、华蓥山隧道、国道212线木寨岭隧道等公路隧道，都曾经发生过围岩或初期支护大变形，每次造成的损失少则数十万多元则匕百万元。
兰新线乌鞘岭隧道全长20 050 m，设计为两座单线隧道，线间距为40 m，隧道最大埋深l 100 m左右。
某单位施工的F7断层(DKl77+867~+050)长达817 m，埋深800 m左右，在施工中初期支护发生了连续大变形：墙腰最大收敛36．7 cm，拱顶下沉21．2 cm，最大日变形量5．2 cm，导致初期支护破坏侵入净空而拆换；+720～+150段改为圆型断面施工，也发生了大面积变形：墙腰最大变形69 cm拱顶最大变形62 cm，最大日变形量21 cm，导致第二次初支破坏，也进行了拆换处理。
泰井线碧溪隧道左洞zK41+730。
软岩隧道施工大变形防治措施
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。
天下第一险洞-家竹菁隧道共6页
“天下第一险洞”—家竹菁隧道在贵州省盘县境内, 南昆铁路威舍一红果段北端,有一座我国铁路建设史上的第一号险洞—家竹著隧道。
说它险, 险就险在4980 米长的隧道内, 潜伏着高瓦斯、高地应力、大涌水三个“杀手”。
它们分段把守着隧道的进口、中段和出口, 或暗藏杀机、或悄然袭击, 或趁火打劫, 非要和铁路工人拼个你死我活。
高瓦斯暗藏杀机瓦斯, 众所周知, 是一种易燃易爆的有毒气体。
当瓦斯浓度达到3% 时, 遇火即燃烧：浓度5%- 16%时,遇火爆炸：浓度在9% 时,遇火则大爆炸：浓度超过16%时, 人将窒息而死。
家竹曹隧道进口段要穿过盘江煤系金佳煤田1550米, 其中有开采价值的煤层达26 层。
这些煤层有五大特点：一、煤层厚, 最厚达16 米：煤质软, 多数为一捏就碎的糠煤；二、瓦斯含量高, 最高为34.5立方米/吨；三、瓦斯压力大, 最大为15.58公斤/平方厘米；四、瓦斯涌出量多, 最多为10.56立方米/分钟；五、危险煤层多, 有7 层煤随时可能发生瓦斯突出和燃烧爆炸。
尤其是第17 号煤层, 当地煤矿避之唯恐不及。
明眼人一看便知, 在这样暗藏杀机的高瓦斯地段开掘隧道, 任何麻痹大意都可能遭受灭顶之灾。
这不是危言耸听, 1995 年, 当地某煤矿连续发生十儿次瓦斯爆炸, 死亡80多人, 使整个煤矿陷于瘫痪。
血淋淋的教训使担负隧道施工重任的铁五局四处认识到, 对付高瓦斯, 除了有超人的胆量, 更要有严谨的科学态度、严密的防范措施、严格的管理制度。
局里专门成立了家竹警特别领导小组, 局长亲自挂帅、局总坐镇指挥, 负责隧道施工的总体规划, 决策施工中的重大间题, 重点是安全顺利地完成揭煤任务和科研任务。
在施工前, 他们坚持走出去请进来, 广泛征求意见、咨询难题, 参观学习。
先后走访了贵州省劳动局矿山安全处、盘江矿务局等单位的通风、防尘、防爆专家；聘请煤矿老工人、老技师到现场指导工作、培训技工, 提高机电方面的管理水平和工作能力。
丽香铁路中义隧道高地应力软岩大变形控制技术
收稿日期：２０１８０９２６
修稿日期：２０１８１０１７
基金项目：中铁隧道局集团有限公司科技创新项目（隧研台：２０１８－１２）
作者简介：闫红江（１９７２—），男，河南洛阳人，硕士，高级工程师，主要从事隧道与地下工程的施工管理和技术工作。
Ｅｍａｉｌ：２９７２０３３８６＠ｑｑ．ｃｏｍ
６８
水利与建筑工程学报
工，适当加长边墙系统锚杆和锁脚锚杆，适时进行初期支护补强。
关键词：隧道；构造应力；大变形；初期支护；控制
中图分类号：Ｕ４５６．３
文献标识码：Ａ
文章编号：１６７２—１１４４（２０１９）０１—００６７—０６
ＬａｒｇｅＤｅｆｏｒｍａｔｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＨｉｇｈＧｒｏｕｎｄＳｔｒｅｓｓＳｏｆｔ ＲｏｃｋｉｎＺｈｏｎｇｙｉＴｕｎｎｅｌｏｆＬｉｘｉａｎｇＲａｉｌｗａｙ
随着我国铁路、公路建设的不断推进，在地质环 境恶劣、高地应力、软弱围岩地区建设长大隧道已不 可避免。在高地应力软弱围岩中修建隧道，往往出 现围岩大变形问题。南昆铁路家竹箐隧道、兰新复
线乌鞘岭隧道、奥地利陶恩隧道、日本中屋隧道施工 中都出现过软岩大变形问题［１］。在高地应力地区修 建地 下 工 程，最 大 的 难 题 就 是 软 岩 大 变 形 控 制 问 题［２］。
ＹＡＮＨｏｎｇｊｉａｎｇ，ＤＥＮＧＺｈｉｇａｎｇ
（ＳｈｉｃｈｕＣｏ．，Ｌｔｄ．ＣｈｉｎａＲａｉｌｗａｙＴｕｎｎｅｌＧｒｏｕｐ，Ｎａｎｎｉｎｇ，Ｇｕａｎｇｘｉ５３３３０７，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｔｈａｔｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄｄｅｓｔｒｕｃｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｂｅｔｗｅｅｎｔｕｎｎｅｌｒｏｃｋｍａｓｓ，ａｎｄ ｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｔｈｅｒｅｇｉｏｎａｌｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｔｕｎｎｅｌ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒａｎａｌｙｚｅｄｔｈｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｌａｒｇｅｄｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｒｏｃｋ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｍａｘｉｍｕｍ ｐｒｉｎｃｉｐａｌｓｔｒｅｓｓｉｎｔｕｎｎｅｌｚｏｎｅｉｓｈｏｒｉｚｏｎｔａｌａｎｄ ｔｈｅｓｔｒｅｓｓｉｓｎｅａｒｌｙｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒｔｏｔｈｅｔｕｎｎｅｌａｘｉｓ，ｗｈｉｃｈｄｅｔｅｒｍｉｎｅｓｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄｄｅｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎｔｕｎｎｅｌｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｒｏｃｋａｎｄｐｒｉｍａｒｙｓｕｐｐｏｒｔ．Ｔｈｅｓｔｒｏｎｇｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｔｕｎｎｅｌｚｏｎｅｓｅｒｉｏｕｓｌｙｄａｍａｇｅｓ ｔｈｅｉｎｔｅｇｒｉｔｙｏｆｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｒｏｃｋ，ｔｈｅｆｒａｇｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｒｏｃｋ，ａｎｄｔｈｅｈｉｇｈｔｅｃｔｏｎｉｃｒｅｓｉｄｕａｌｓｔｒｅｓｓｉｎｔｈｅｓｔｒａ ｔｕｍ，ｔｈｅｓｅｆａｃｔｏｒｓｍａｉｎｌｙｃａｕｓｅｄｔｈｅｌａｒｇｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｒｏｃｋ．Ｆｉｅｌｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｎｄｓｉｔｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｓｈｏｗｔｈａｔ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｍｅａｓｕｒｅｓｔｏｃｏｎｔｒｏｌｌａｒｇｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｒｏｃｋａｒｅａｓｆｏｌｌｏｗｓ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｓｔｒｅｎｇｔｈｓｔｒｅｓｓｒａｔｉｏａｎｄｒｅｌａｔｉｖｅｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｏｆｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｒｏｃｋ，ｌａｒｇｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｉｓｇｏｏｄｆｏｒ ｔｈｅｍａｎａｇｅｍｅｎｔ．Ａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌｉｎｉｎｇｓｅｃｔｉｏｎ，ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｎｄｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎａｌｌｏｗａｎｃｅｃｏｕｌｄｂｅｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄａｃ ｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｌａｒｇｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｇｒａｄｅ．Ｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｏｆｔｈｅｕｐａｎｄｄｏｗｎｂｅｎｃｈａｎｄｌｏｗｅｒｂｅｎｃｈｏｎｅ ｔｉｍｅｅｘｃａｖａｔｉｏｎｗｉｔｈｉｎｖｅｒｔｅｄａｒｃｈ，ｐｒｏｐｅｒｌｙｌｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇｓｙｓｔｅｍ ａｎｃｈｏｒｂｏｌｔｏｎｔｈｅｗａｌｌａｎｄｆｅｅｔｌｏｃｋｂｏｌｔ，ｔｉｍｅｌｙ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇｉｎｉｔｉａｌｓｕｐｐｏｒｔ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｕｎｎｅｌ；ｔｅｃｔｏｎｉｃｓｔｒｅｓｓ；ｌａｒｇｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ；ｐｒｉｍａｒｙｓｕｐｐｏｒｔ；ｃｏｎｔｒｏｌ
高地应力软岩隧道大变形控制技术
(b)高地应力作用下的软岩隧道挤压变形
研究表明，当强度应力比小于0.3~0.5时，即 能产生比正常隧道开挖大一倍以上的变形。此时 洞周将出现大范围的塑性区，随着开挖引起围岩 质点的移动，加上塑性区的“剪胀”作用，洞周 将产生很大位移。圆形隧道弹塑性解析解也表明， 当强度应力比小于2时洞周将产生塑性区，强度 应力比越小则塑性区越大。高地应力是大变形的 一个重要原因。这又称为高地应力的挤压作用。
位移/mm
1600 1400 1200 1000
800 600 400 200
0
0
拱顶竖向位移 墙腰水平位移
200 400 600 800 1000 1200
R
2 p
图2-5 洞壁位移与塑性区半径关系
2.4.4 洞壁位移的影响因素
(1)埋深 当仅考虑自重应力场时，隧道埋深与地应力成正比。
图2-6为各区段洞壁位 1.8
图2-2为乌鞘岭隧道分区段塑性区半径与围岩抗 压强度及强度应力比的关系，塑性区半径随围岩强 度及强度应力比的增加而减小。
3300 2255
2200
Rp/ m
R p/m
1155
1100
55
00
0
0
0
5
0.5
0.5
10
15
1
强度1应.0 力比
20
1.5
1.5
25 Rb/MPa
2
2.0 强度应力比
F7断层区段 图2-2 塑性区半径与抗压强度及强度应力比的关系
图1-3 F7断层圆形断面
其他地段根据围岩性质隧道采用椭圆形(图1-4)。
图1-4 椭圆形断面
第二章 大变形机理
2.1 高地应力、软岩的概念
软弱围岩隧道突变分析及施工处理技术
软弱围岩隧道突变分析及施工处理技术摘要：以建恩高速周家湾隧道施工为例，具体介绍软弱围岩在发生围岩突变采取的控制措施，分析围岩突变产生原因，结合现场处理措施，从施工工艺、施工控制等方面有效防止围岩变形。
关键词：隧道；软弱围岩；突变；控制措施；处理措施1.引言随着国家对山区基础建设的大力开发，隧道工程也频繁出现。
受各地区地质地貌不同影响，施工过程中产生围岩变形也变得习以为常，但是由于软弱围岩产生变形，增加了施工难度和安全风险，因此如何有效的在施工过程处理、控制围岩变形显得尤为重要。
2.工程概况周家湾隧道起讫里程：左隧道ZK95+383～ZK97+815，长2432m，右隧道YK95+415～YK97+819，长2404m，为长隧道。
隧道最大埋深约246m，单洞净空10.5m*5.0m，进口洞门采用端墙式，灯光照明，机械通风。
隧址区属为峰丛坡谷洼地地形和低山陡坡地形，溶蚀～构造剥蚀地貌，从属于低山区岩溶丘陵峰丛台地，相对高差在85～230m之间。
隧道位于低山斜坡下部。
地表粘土覆盖层在4.8~13m，灰岩厚19~30.6m，下部为灰岩夹页岩、页岩夹灰岩、页岩。
隧道洞身段以页岩为主，夹薄层灰岩。
隧址区总体属于单斜地层，岩层产状15°～358°∠19°～41°，进口段小型褶皱较发育，产状凌乱。
ZK95+475左15m土质滑坡，该滑坡位于刷把溪南东侧，小型山间冲沟北西侧，平面呈后缘宽，前缘窄的长条形，该滑坡已经向下滑移，边界明显。
施工过程中发现掌子面揭露的围岩与原设计出入较大。
对隧道进行重新勘探，补堪结果显示掌子面属于炭质页岩夹灰岩，页岩，向进洞口方向倾，揉皱十分发育，属极软岩，极破碎，碎裂散体结构围岩，洞内有点滴状或淋雨状水出现，自稳性很差。
容易引起围岩大变形。
3.围岩产生变形原因通过对施工过程中几次围岩突变的跟踪观测，发现其变形的主要特征为：1）变形快且速率大，隧道在开挖施工过程中突然发生突变，当时突变后围岩收敛达46mm，随后观测发现每日收敛达到50mm左右，采取措施后收敛减缓，随着隧道继续施工仍有缓慢变形，最大累计变形达到860mm。
家竹箐隧道煤系地层段病害监测措施
家竹箐隧道煤系地层段病害监测措施胡子扬;谷宇;杨江坤;张璐;韦云;闫名卉【摘要】结合工程实例,针对由衬砌开裂,渗水等病害使隧道产生的不同程度、不同方式的变形,提出了激光变形观测方案,达到了动态监控隧道内力的目的,最终在发生病害前及时采取加固措施,避免因隧道病害发展导致更大损失.【期刊名称】《山西建筑》【年(卷),期】2018(044)008【总页数】2页(P148-149)【关键词】家竹箐隧道;病害;动态监控;维护措施【作者】胡子扬;谷宇;杨江坤;张璐;韦云;闫名卉【作者单位】河北大学建筑工程学院,河北保定 071000;河北大学建筑工程学院,河北保定 071000;河北大学建筑工程学院,河北保定 071000;河北大学建筑工程学院,河北保定 071000;河北大学建筑工程学院,河北保定 071000;河北大学建筑工程学院,河北保定 071000【正文语种】中文【中图分类】U456.3中国是目前世界上隧道和地下工程数量最多、发展速度最快、地质及结构形式最复杂的国家，再加上由于隐蔽工程较多,难以及时监测隧道截面的变形，破坏等危险。
在隧道的运营期间，如果不能及时的预测到隧道的变形，如衬砌开裂，渗水等病害。
这些病害逐渐积累，不仅降低了隧道结构的安全性，耐久性及实用性，还会诱导其他危害，直接缩短隧道的使用寿命。
在实际施工中有许多监控措施[1]来保证在施工期间的安全，及后期结构的安全，但在现实中针对复杂地质条件下软岩隧道的运营期间，它的远程监控设计与动态管理的方面的研究还较少。
动态监测隧道结构的安全对隧道的稳定运营具有重要作用。
在隧道的运营期间发生问题，如衬砌剥落开裂，掉块等，这些因为隧道内部结构出现问题而导致的隐含危险，将会导致在隧道中行驶车辆事故的发生，尤其是对于围岩等级[2]不高的地带，如存在高地应力的围岩，其在运营期间出现病害的几率更大。
在各种病害发生前，均会出现隧道微弱乃至大变形，本文便是主要针对病害发生前的隧道可能出现的微弱变形进行监测，及时在隧道病害发生前进行治理，最大限度的减少人员伤亡及财产损失。
家竹箐高瓦斯长隧道运营防灾技术研究通过鉴定
家竹箐高瓦斯长隧道运营防灾技术研究通过鉴定
佚名
【期刊名称】《学术动态（成都）》
【年(卷),期】1999(000)003
【摘要】南昆铁路家竹箐隧道全长4990米,由于该隧道的高瓦斯,给隧道运营防灾带来极大的困难。
为此,由铁二院、西南交大、铁五局、铁二十局专家组成的课题组对防止瓦斯渗漏结构及建筑材料、瓦斯隧道运营通风、运营隧道瓦斯监测与报警及风机的自动控制、三缝(施工缝、伸缩
【总页数】1页(P28-28)
【正文语种】中文
【中图分类】U458
【相关文献】
1.家竹箐高瓦斯隧道煤层深孔爆破技术 [J], 李开言
2.家竹箐高瓦斯隧道揭煤施工中的超前支护及自进式锚杆之应用 [J], 张祉道;李晓峰
3.家竹菁高瓦斯隧道施工和科研攻关 [J], 白继承
4.铁路高瓦斯隧道油气评价及处治技术研究
——以黔张常铁路唐家寨隧道为例 [J], 朵生君
5.“高速公路特长隧道及隧道群运营安全及防灾救援技术研究”获科学技术一等奖[J],
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