软岩大变形隧道PPT演示课件
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乌鞘岭隧道地理位置示意图
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项目概况
武威端洞口DK183+185
LWZ-3 LWZ-8 LWZ-9 LWZ-10 LWZ-1 LWZ-5 LWZ-6 LWZ-4
兰州端洞口DK163+135
高程(m)
3600
3400
3200
3000
2800
2600
2400
围岩级别 长度(m) 富水性 长度(m) 里程
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国内外现状
2 阿尔贝格(Arlberg)隧道
阿尔贝格隧道也在奥地利，系公路隧道，全长13980m。该隧 道是紧接着陶恩隧道之后开工的(1974～1979年)，设计时已吸收 了陶恩隧道的经验教训，所以虽然也是挤压性围岩隧道，但支护 变形较小，施工较为顺利。
隧道最大埋深740m，原始地应力13MPa，围岩为千枚岩、片麻 岩、含糜稜岩的片岩绿泥石等，抗压强度为1.2～2.9MPa。为防止 大变形，设计时采用了强大的初期支护系统：厚20～25cm喷混凝 土；可缩式@75钢架；6m长的@125cm锚杆。虽然如此，在局部地质 较坏(岩层走向与隧道平行且有地下水)的地段，仍产生了20～ 35cm的支护位移，变形初速度达到4～6cm/d ，最大达11.5cm/d。 在增加了9～12m的长锚杆后，使变形初速度降为5cm/d。据统计， 每延米隧道锚杆用量达420m。
软岩大变形隧道施工技术
1
乌鞘岭隧道 岭脊地段
复杂应力条件下的变形控制技术研究
2
项目概况
乌鞘岭隧道位于兰新 铁路兰州至武威段，是新疆 和甘肃河西地区通往内地的 主要铁路通道，是亚欧大陆 桥的重要组成部分。
兰新线兰武段地理位置示意图
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项目概况
乌鞘岭隧道是我国铁路史上首次 长度突破20km、工期紧、辅助坑道多、 是采用钻爆法施工进度最快的一条铁 路隧道。
乌鞘岭隧道设计为两座单线隧道，单洞长20050m，线间距为40m；最大埋深约 1050m。乌鞘岭隧道岭脊F4～F7之间长约7km ，分布有四条大的区域性断层，为由 四条区域性大断层组成的宽大“挤压构造带”，工程地质及地应力情况非常复杂， 施工中发生不同程度的大变形，尤其是F7 和志留系地段。
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立项背景
因此，开展“乌鞘岭隧道岭脊地段复杂应力条件下的变形控制技术研究” 课题，为该区段处理对策、安全施工及设计提供技术支持具有重要现实意义， 为丰富挤压变形成因、处理对策及复杂应力条件下变形控制技术理论体系具 有深远意义。 乌鞘岭隧道大变形与国内外典型大变形隧道相比，具以下特点： （1）大变形区段最长(7587m) （2）围岩强度应力比最低(0.031 ～0.063) （3）地质条件最复杂，具复杂和极高地应力条件 （4）隧道贯通工期仅2.5年（右线开通工期3年），要求快速施工。
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立项背景
从2004年4月，施工进入于F7活动性断层带、岭脊志留系地层等地段，均发生 了不同程度的大变形，有的初期支护侵入二次衬砌限界，有的喷混凝土破损开裂挤入、 钢架扭曲变形、甚至发生坍塌等，安全风险倍增， 施工严重受阻。
F7断层最大拱顶下沉和水平收敛分别达1209mm和1053mm，一般300～ 700mm。岭脊志留系千枚岩地层区段隧道收敛变形达500～700mm。
Ⅲ～Ⅵ 5318
贫水段(Ⅲ) 6135
F6断层
F6 F7
F5断层
F5
F4
EW/40°～60°N
设计路肩线
N70°W/70°S
N85°W/80°N
N85°W/70°S
V
Ⅳ～Ⅴ
Ⅲ～Ⅴ
Ⅳ～Ⅴ
817
3175
150
2183
1260
弱富水段(Ⅱ) (Ⅲ)
中等富水段(Ⅰ) (Ⅱ)(Ⅲ) (Ⅱ) (Ⅲ)
3175
150
项目概况
乌鞘岭隧道于2003年3月30日开工建设，2006年3月30日右线隧道 开通运营，2006年8月12日
全线开通运营。
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立项背景
国内外隧道工程中，所遇到的挤压大变形不良地质问题较多，如 奥地利的陶恩隧道、阿尔贝格隧道、日本的惠那山隧道，国内的家竹 菁隧道和大寨岭隧道等，其共同特点是围岩软弱、地应力较高、压强 比高、变形大、变形时间长。国内 外尚未形成挤压大变形机理及复杂 应力变形控制技术的理论体系。
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国内外现状
3 惠那山(Enasan)隧道
惠那山隧道为双洞隧道，在日本中央公路的两宫线上。Ⅰ号隧道 先修，于1975 年8 月建成，全长8300m，是双向行驶的公路隧道。 后由于交通量的增加，1978年开工修建第二座隧道，即Ⅱ号隧道， 该隧道全长8635m，于1985年建成。这两座隧道平行，通过的地层 是一样的，其中有一个长400m的长平泽断层非常软弱，为风化的 变质角页岩(已粘土化)，单轴抗压强度仅1.7～4.0MPa，该处埋深 约400m。特别使人感兴趣的是，为通过这同一条断层，Ⅰ号隧道 采用刚性支护，而Ⅱ号隧道采用新奥法的柔性支护，从而可进行 效果对比。
2183
Βιβλιοθήκη Baidu
160130 490 460
Ⅲ～Ⅴ 4130 弱富水段(Ⅱ) 4130
Qa4l3
Ⅳ～Ⅵ 3015 弱富水段(Ⅱ)～中等富水段(Ⅰ) 3015
F7断层
F4断层
DK183 +185 DK181 +000 DK180 +000 DK179
+000 DK178 +000 DK177 +867 DK177 +050 DK176 +000 DK175 +000 DK174 +000 +875 DK173 +000 DK172 +000 DK171 +540 +380 +250 +760 DK170 +280 DK169 +000 DK168 +000 DK167 +000 DK166 +150 DK165 +000 DK164 +000 DK163 +135
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国内外现状
1 陶恩(Tauern)隧道
1970～1975年修建于奥地利，为双向行驶之公路隧道(单洞)，全 长6400m，埋深600～1000m。新奥法的鼻祖Rabcewicz教授亲自主 持该隧道的设计并参加施工。该隧道施工中在千枚岩和绿泥石地 段发生了大变形，产生了50cm(一般)及120cm(最大)的位移，最大 位移速度达20cm/d，是世界上第一座知名的大变形隧道。由于在 陶恩隧道设计时对挤压性围岩缺乏经验，初期支护较弱(长4m锚杆， 厚25cm喷混凝土，TH36@75钢架)。在洞壁发生大变形后， Rabcewicz采用了长锚杆(6～9m)、可缩钢架以及喷层预留纵缝等 加强措施(这些措施至今仍在沿用)，对洞壁已侵入模注混凝土净 空部位进行了危险的扩挖作业，据说工程非常艰难，但最后仍取 得了成功。
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项目概况
武威端洞口DK183+185
LWZ-3 LWZ-8 LWZ-9 LWZ-10 LWZ-1 LWZ-5 LWZ-6 LWZ-4
兰州端洞口DK163+135
高程(m)
3600
3400
3200
3000
2800
2600
2400
围岩级别 长度(m) 富水性 长度(m) 里程
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国内外现状
2 阿尔贝格(Arlberg)隧道
阿尔贝格隧道也在奥地利，系公路隧道，全长13980m。该隧 道是紧接着陶恩隧道之后开工的(1974～1979年)，设计时已吸收 了陶恩隧道的经验教训，所以虽然也是挤压性围岩隧道，但支护 变形较小，施工较为顺利。
隧道最大埋深740m，原始地应力13MPa，围岩为千枚岩、片麻 岩、含糜稜岩的片岩绿泥石等，抗压强度为1.2～2.9MPa。为防止 大变形，设计时采用了强大的初期支护系统：厚20～25cm喷混凝 土；可缩式@75钢架；6m长的@125cm锚杆。虽然如此，在局部地质 较坏(岩层走向与隧道平行且有地下水)的地段，仍产生了20～ 35cm的支护位移，变形初速度达到4～6cm/d ，最大达11.5cm/d。 在增加了9～12m的长锚杆后，使变形初速度降为5cm/d。据统计， 每延米隧道锚杆用量达420m。
软岩大变形隧道施工技术
1
乌鞘岭隧道 岭脊地段
复杂应力条件下的变形控制技术研究
2
项目概况
乌鞘岭隧道位于兰新 铁路兰州至武威段，是新疆 和甘肃河西地区通往内地的 主要铁路通道，是亚欧大陆 桥的重要组成部分。
兰新线兰武段地理位置示意图
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项目概况
乌鞘岭隧道是我国铁路史上首次 长度突破20km、工期紧、辅助坑道多、 是采用钻爆法施工进度最快的一条铁 路隧道。
乌鞘岭隧道设计为两座单线隧道，单洞长20050m，线间距为40m；最大埋深约 1050m。乌鞘岭隧道岭脊F4～F7之间长约7km ，分布有四条大的区域性断层，为由 四条区域性大断层组成的宽大“挤压构造带”，工程地质及地应力情况非常复杂， 施工中发生不同程度的大变形，尤其是F7 和志留系地段。
第L5O页 GO
第L8O页 GO
立项背景
因此，开展“乌鞘岭隧道岭脊地段复杂应力条件下的变形控制技术研究” 课题，为该区段处理对策、安全施工及设计提供技术支持具有重要现实意义， 为丰富挤压变形成因、处理对策及复杂应力条件下变形控制技术理论体系具 有深远意义。 乌鞘岭隧道大变形与国内外典型大变形隧道相比，具以下特点： （1）大变形区段最长(7587m) （2）围岩强度应力比最低(0.031 ～0.063) （3）地质条件最复杂，具复杂和极高地应力条件 （4）隧道贯通工期仅2.5年（右线开通工期3年），要求快速施工。
第L7O页 GO
立项背景
从2004年4月，施工进入于F7活动性断层带、岭脊志留系地层等地段，均发生 了不同程度的大变形，有的初期支护侵入二次衬砌限界，有的喷混凝土破损开裂挤入、 钢架扭曲变形、甚至发生坍塌等，安全风险倍增， 施工严重受阻。
F7断层最大拱顶下沉和水平收敛分别达1209mm和1053mm，一般300～ 700mm。岭脊志留系千枚岩地层区段隧道收敛变形达500～700mm。
Ⅲ～Ⅵ 5318
贫水段(Ⅲ) 6135
F6断层
F6 F7
F5断层
F5
F4
EW/40°～60°N
设计路肩线
N70°W/70°S
N85°W/80°N
N85°W/70°S
V
Ⅳ～Ⅴ
Ⅲ～Ⅴ
Ⅳ～Ⅴ
817
3175
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2183
1260
弱富水段(Ⅱ) (Ⅲ)
中等富水段(Ⅰ) (Ⅱ)(Ⅲ) (Ⅱ) (Ⅲ)
3175
150
项目概况
乌鞘岭隧道于2003年3月30日开工建设，2006年3月30日右线隧道 开通运营，2006年8月12日
全线开通运营。
第L6O页 GO
立项背景
国内外隧道工程中，所遇到的挤压大变形不良地质问题较多，如 奥地利的陶恩隧道、阿尔贝格隧道、日本的惠那山隧道，国内的家竹 菁隧道和大寨岭隧道等，其共同特点是围岩软弱、地应力较高、压强 比高、变形大、变形时间长。国内 外尚未形成挤压大变形机理及复杂 应力变形控制技术的理论体系。
第L11O页GO
国内外现状
3 惠那山(Enasan)隧道
惠那山隧道为双洞隧道，在日本中央公路的两宫线上。Ⅰ号隧道 先修，于1975 年8 月建成，全长8300m，是双向行驶的公路隧道。 后由于交通量的增加，1978年开工修建第二座隧道，即Ⅱ号隧道， 该隧道全长8635m，于1985年建成。这两座隧道平行，通过的地层 是一样的，其中有一个长400m的长平泽断层非常软弱，为风化的 变质角页岩(已粘土化)，单轴抗压强度仅1.7～4.0MPa，该处埋深 约400m。特别使人感兴趣的是，为通过这同一条断层，Ⅰ号隧道 采用刚性支护，而Ⅱ号隧道采用新奥法的柔性支护，从而可进行 效果对比。
2183
Βιβλιοθήκη Baidu
160130 490 460
Ⅲ～Ⅴ 4130 弱富水段(Ⅱ) 4130
Qa4l3
Ⅳ～Ⅵ 3015 弱富水段(Ⅱ)～中等富水段(Ⅰ) 3015
F7断层
F4断层
DK183 +185 DK181 +000 DK180 +000 DK179
+000 DK178 +000 DK177 +867 DK177 +050 DK176 +000 DK175 +000 DK174 +000 +875 DK173 +000 DK172 +000 DK171 +540 +380 +250 +760 DK170 +280 DK169 +000 DK168 +000 DK167 +000 DK166 +150 DK165 +000 DK164 +000 DK163 +135
第L9O页 GO
国内外现状
1 陶恩(Tauern)隧道
1970～1975年修建于奥地利，为双向行驶之公路隧道(单洞)，全 长6400m，埋深600～1000m。新奥法的鼻祖Rabcewicz教授亲自主 持该隧道的设计并参加施工。该隧道施工中在千枚岩和绿泥石地 段发生了大变形，产生了50cm(一般)及120cm(最大)的位移，最大 位移速度达20cm/d，是世界上第一座知名的大变形隧道。由于在 陶恩隧道设计时对挤压性围岩缺乏经验，初期支护较弱(长4m锚杆， 厚25cm喷混凝土，TH36@75钢架)。在洞壁发生大变形后， Rabcewicz采用了长锚杆(6～9m)、可缩钢架以及喷层预留纵缝等 加强措施(这些措施至今仍在沿用)，对洞壁已侵入模注混凝土净 空部位进行了危险的扩挖作业，据说工程非常艰难，但最后仍取 得了成功。