软岩大变形隧道PPT演示课件
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软岩隧道
第三章软岩隧道软岩隧道是指修建于软弱围岩中的隧道。
由于软岩具有强度低、变形大和遇水软化等特点，给隧道的设计和施工乃至衬砌结构的长期稳定带来了一定困难。
在隧道勘察设计阶段，由于不易把握软岩的物理力学性质和地应力水平，使隧道支护、衬砌的结构形式和设计参数经常不能与实际的工程条件相适应；在施工阶段，若施工方法或施工时机不当，则可能造成围岩变形失控或酿成塌方事故；软岩通常具有流变性，围岩中的应力及围岩作用给隧道结构的压力随时间而发展变化，随时间而不断增大的围岩压力对隧道结构的稳定不利。
鉴于软岩隧道工程的复杂性及软岩变形压力失控其后果的严重性，多年来工程界一直致力于软岩隧道的设计理论与施工方法的研究。
本章探讨软岩的分类、软岩围岩压力、软岩隧道设计、软岩隧道施工及软岩隧道施工监控等内容。
第一节软岩分类与性质软岩是指在工程力作用下能产生显著变形的工程岩体[1]。
研究软岩不仅要重视软岩的强度特性，而且还应重视软岩所承受的工程力的大小，从软岩的强度和工程力的对立统一关系中分析、把握软岩的相对性实质。
工程岩体是软岩隧道工程研究的主要对象，是隧道开挖扰动影响范围之内的岩体，包含岩块、结构面及其空间组合特征和赋存条件；隧道工程力是指作用在隧道工程岩体上的力的总和，它可以是重力、构造残余应力、水的作用力和工程扰动力以及膨胀应力等；显著变形是指超过了隧道设计允许的变形，该变形包含弹性变形、塑性变形、粘弹性变形，连续性变形和非连续性变形等，但以显著的塑性变形和非连续性变形为主。
软岩的软硬具有相对性，即取决于工程力与岩石强度的相互关系。
同种岩石，在较低工程力的作用下，可能表现出硬岩的变形特性，在较高工程力的作用下则可能表现为软岩的变形特性。
一、软岩的工程分类根据软岩的致软原因，可将软岩分为四类，如表3-1所示。
软岩分类表3-1程岩体，如工程中常见的泥岩等。
由于低应力软岩的显著特征是含有大量粘土矿物而具有膨胀性，故据其膨胀性大小又可分为强膨胀性软岩（自由膨胀变形＞15%）、中膨胀性软岩（自由膨胀变形4%～10%）和弱膨胀性软岩（自由膨胀变形＜9%）。
软岩大变形隧道PPT课件
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。
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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。
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。
第L10O页GO
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。
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。
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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。
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
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。
软岩大变形
软岩大变形软岩大变形问题从20世纪60年代就作为世界性难题被提了出来，在地下工程的建设过程中，软岩问题一直是困扰工程建设和运营的重大难题之一。
特别是“九五”期间，我国10个能源建设基地有8个都相继出现了软岩问题，造成多对矿井的停产建设。
每年有大量的隧洞在软弱围岩中开挖，随着开挖深度的增加，软岩问题愈趋严重，直接影响着工程安全以及人身安全。
随着人类工程活动的不断增强，软岩隧洞系指塑性大变形工程岩体有关的岩体工程，而工程软岩是指在工程力作用下能产生显著塑性变形的工程岩体。
工程软岩的定义不仅重视软岩的强度特征，而且强调软岩所承受的工程力荷载的大小，强调从软岩的强度和工程力荷载的对立统一关系中分析、把握软岩的相对性实质。
1.软岩大变形破坏特征软岩隧洞的大变形破坏特征不仅受围岩的力学性质影响，而且受隧洞所处的地应力环境和工程因素控制。
我国许多煤矿在采深不大的情况下，坑道的变形破坏并不强烈，常规支护即可维护隧洞稳定。
加大采深后，这些煤矿坑道额稳定性降低，变形破坏趋于强烈，常规支护难以维护坑道稳定，因此，软岩隧洞的变形破坏特征受多种因素控制。
一般来说，软岩隧洞的破坏具有以下特征：(1) 变形破坏方式多除一般隧洞中常见的变形破坏方式拱顶下沉、坍塌外，还有片帮和底鼓、底围隆破，隧洞表现出强烈的整体收敛和破坏。
变形破坏表现的形式既有结构面控制，又有应力控制型，尤以应力控制型为主。
(2) 变形量大拱顶下沉大于10cm，有的高达50cm，两帮挤入在20~80cm之间，底鼓非常强烈，在常规无仰拱支护的情况下，强烈的底鼓往往将整个隧洞封闭。
(3) 变形速度高软岩隧洞初期收敛速度可以达到3cm/d，即使施作了常规锚喷支护以后，软岩隧洞的收敛速度依然很高，可达2cm/d，而且其变形收敛速度降低缓慢，因此，在不长的时间内其变形收敛就很大，多则一年，少则几个月就将隧洞封闭。
(4) 持续时间长由于软岩具有强烈的流变性和低强度，因此，软岩隧洞开挖以后，围岩的应力重分布持续时间很长，软岩隧洞变形破坏持续很长时间，往往长达1~2年。
隧道工程讲述课件-PPT
7.2隧道类型与隧道结构
基坑开挖法施工工序：
打桩（护坡桩） 路面开挖 地下结构施工 撤撑回填
埋设支撑防护与开挖 恢复路面
其中边坡支护是确保安全施工的关键技术。
7.2隧道类型与隧道结构
(1)放坡开挖技术 适用于地面开阔和地下地质条件较好的情况。基
坑应自上而下分层、分段依次开挖，随挖随刷边坡， 必要时采用水泥粘土护坡。
7.3 隧道施工
采用沉管法施工的水下段隧道，比用盾构法施工具有较多优点。主要有： ①容易保证隧道施工质量。因管段为预制，混凝土施工质量高，易于做好防水措施
；管段较长，接缝很少，漏水机会大为减少，而且采用水力压接法可以实现接 缝不漏水。 ②工程造价较低。因水下挖土单价比河底下挖土低；管段的整体制作，浮运费用比 制造、运送大量的管片低得多；又因接缝少而使隧道每米单价降低；再因隧道 顶部覆盖层厚度可以很小，隧道长度可缩短很多，工程总价大为降低。 ③在隧道现场的施工期短。因预制管段（包括修筑临时干坞）等大量工作均不在现 场进行。 ④操作条件好、施工安全。因除极少量水下作业外，基本上无地下作业，更不用气 压作业。 ⑤适用水深范围较大。因大多作业在水上操作，水下作业极少，故几乎不受水深限 制，如以潜水作业实用深度范围，则可达70米。 ⑥断面形状、大小可自由选择，断面空间可充分利用。大型的矩形断面的管段可容 纳4～8车道，而盾构法施工的圆形断面利用率不高，且只能设双车道。
断面。 我国若干大城市的停车问题已日益尖锐，对有组织的公共停车的需求已十分迫切。
缺点:是对周围环境的影响较大。
4多、重硬功盾岩能隧、构道空间法重叠和、设沉施综管合 法施工的隧道。
穿越波士顿港通向机场的连通道，或独立单建，形成总体形态狭长的旁边设店铺、事务所、停车等设施的地下道路。
隧道变形及其控制技术ppt
这说明：当围岩度应强力比大于道4，隧开挖其后，不会出 现塑性区，坑道是自稳的周边围岩。
在日本道路公团的隧道围岩分级中，也把围岩强度应力比作为中硬岩、软岩 及土砂围岩分级的一个重要参考指标（表5）加以考虑。 表5 日本围岩分级中的围岩强度应力比基准
中硬岩 D岩类 GN≥2 2>GN≥1 .5 1.5>GN E岩类 4>GN≥2 2>GN≥1.5 1.5>GN 1.5>GN 粘性土 G≥N2 2>GN≥1.5 软岩
开挖 原始岩体 毛洞 支护 支护体系 时间 稳定洞室
•
与之相适应的力学过程如下
• 5、简单地说，这个 过程是动态的，其 力学状态的变化过 程，充分说明：隧 道施工也就是一个 应力释放与应力控 制的过程。应力释 放到什么程度？， 是可以通过一定的 人为的干涉手段加 以控制的。因此， 施工过程就是利用 和控制围岩动态变 形（应力）的过程 （图2）。认识这一 点是非常重要的。
围岩种类 围岩级别 IN IS IL 特S
F岩类
砂质土
表5说明，并不需要在有所中硬岩，软岩和土砂围岩中考虑，的围岩中考虑围岩强度应力比。只是 在也不是在所有的级别中考虑，只是在很低的级别中考虑。
• 根据以上所述，应该认识到“围岩强度应力比” 是判定围岩条件的重要指标。它基本上决定了隧 道开挖后的变形动态。因此，加强决定围岩强度 应力比的两个条件，即：初始地应力场的最大应 力和围岩强度是非常重要的。 • 众所周知，坑道围岩的稳定性是由围岩自身的强 度和坑道的尺寸所决定的。其中，由围岩的物理 力学和围岩完整性决定的围岩强度是最基本的因 素。因此，在一些国家中，对此问题进行了大量 的试验的、理论的以及设计值的研究。
Ⅰ Ⅱ 2～4 4～7 2～4 2～4 Ⅲ <2 <4 <2 <2
高地应力软岩隧道大变形控制技术
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。
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。
隧道工程图文讲解ppt课件
※ 采用就地整体模注现浇砼，适用较广，截面可以是等截面或 是变截面。
.
※ IV级以上围岩，地基松软，往往侧压力较大，故宜采用 曲墙带仰拱的衬砌。
设置 作用 仰拱
使结构及时封闭，提高整体承载力和侧墙抵抗侧 压力的能力
抵御结构下沉变形，调整围岩和衬砌的应力状态
※ 严寒地区隧道，不管围岩等级如何，只要有地下水存在， 衬砌型式仍应采用曲墙式衬砌，并在施工中根据情况设置伸 缩缝
① 当初支产生形变及形变压力时，隔离层允许其有少量的变形， 可降低形变压力；
② 当初支支护力不够时，可将少量形变压力均匀的传布到二衬 上，依靠二衬制止其继续变形，且不使初衬出现裂缝时，二衬 也出现裂缝。
.
③ 具有防水效果，且可减少二次衬砌混凝土的收缩裂缝。
※ 预留初期支护变形量：在确定开挖尺寸时，应预留必要的初 期支护变形量以保证初期支护稳定后，二次衬砌的必要厚度
.
4.3 明洞
当隧道埋深较浅，上覆岩(土)体较薄，难采用暗挖法时，则 应采用明挖法来开挖隧道。用这种明挖法修筑的隧道结构，通 常称明洞。
※ 明洞具有地面、地下建筑物的双重特点：①作为地面建筑 物用以抵御边坡、仰坡的坍方、落石、滑坡、泥石流等病害； ②作为地下建筑物用于深路堑、浅埋地段不适宜暗挖隧道时而 取代隧道的作用；③用于在与公路、灌溉渠立交处，以减少建 筑物之间的干扰。 ※ 明洞的结构形式应根据地形、地质、经济、运营安全及施工 难易等条件进行选择，采用最多的是拱形明洞和棚式明洞
.
柱式拱形明洞门路堑式
翼墙式拱形明洞门路堑式
台阶式拱形明洞门（半路堑式）
台阶式拱形明洞门（偏压式）
2、棚式明洞
当山坡坍方，落石数量较少，山体侧压力不大，或因受地 质、地形条件的限制，难以修建拱形明洞时，可采用棚式明洞
.
※ IV级以上围岩，地基松软，往往侧压力较大，故宜采用 曲墙带仰拱的衬砌。
设置 作用 仰拱
使结构及时封闭，提高整体承载力和侧墙抵抗侧 压力的能力
抵御结构下沉变形，调整围岩和衬砌的应力状态
※ 严寒地区隧道，不管围岩等级如何，只要有地下水存在， 衬砌型式仍应采用曲墙式衬砌，并在施工中根据情况设置伸 缩缝
① 当初支产生形变及形变压力时，隔离层允许其有少量的变形， 可降低形变压力；
② 当初支支护力不够时，可将少量形变压力均匀的传布到二衬 上，依靠二衬制止其继续变形，且不使初衬出现裂缝时，二衬 也出现裂缝。
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③ 具有防水效果，且可减少二次衬砌混凝土的收缩裂缝。
※ 预留初期支护变形量：在确定开挖尺寸时，应预留必要的初 期支护变形量以保证初期支护稳定后，二次衬砌的必要厚度
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4.3 明洞
当隧道埋深较浅，上覆岩(土)体较薄，难采用暗挖法时，则 应采用明挖法来开挖隧道。用这种明挖法修筑的隧道结构，通 常称明洞。
※ 明洞具有地面、地下建筑物的双重特点：①作为地面建筑 物用以抵御边坡、仰坡的坍方、落石、滑坡、泥石流等病害； ②作为地下建筑物用于深路堑、浅埋地段不适宜暗挖隧道时而 取代隧道的作用；③用于在与公路、灌溉渠立交处，以减少建 筑物之间的干扰。 ※ 明洞的结构形式应根据地形、地质、经济、运营安全及施工 难易等条件进行选择，采用最多的是拱形明洞和棚式明洞
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柱式拱形明洞门路堑式
翼墙式拱形明洞门路堑式
台阶式拱形明洞门（半路堑式）
台阶式拱形明洞门（偏压式）
2、棚式明洞
当山坡坍方，落石数量较少，山体侧压力不大，或因受地 质、地形条件的限制，难以修建拱形明洞时，可采用棚式明洞
隧道工程课件PPT课件
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⑷ 隧道施工围岩分级 ● 施工阶段围岩判定具有直接性、可靠性、重要性的特征。
● 评定因素采用围岩坚硬程度、围岩完整性程度、和地下水状态 三项因素，细分为十三个子因素， 即3－13评定：
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在三个因素中，最困难的是围岩完整性程度的评定， 研究的重点是如何根据掌子面的地质数据评价围岩的完 整程度。根据对国内外施工阶段围岩分级的调查，应采 用多种方法对围岩完整程度进行分级，采用定性和定量 相结合的方法，如可采用下图的指标 ：
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30
自然拱的范围的大小除受上述的围岩地质条件、支护结 构架设时间、刚度以及它与围岩的接触状态外，还取决于 以下诸因素：
● 缺点：不能全面反映岩体固有的性态。
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13
⑵ 以岩体构造、岩性特征为代表的分级方法：
① 这类分类法以泰沙基分类法为代表
这类分类法是在早期提出的，限于当时的条件，仅把 不同岩性、不同构造条件对围岩分类，这类分类法曾长 期被各国采用，至今仍有广泛的影响。
② 以岩体综合物性为指标的分类法
60年代我国提出了以岩体综合物性指标为基础的“岩 体综合分类法”。
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5.2 围岩压力的确定
1、围岩压力的概念 ● 围岩压力：是指引起地下开挖空间周围岩体和支
护变形或破坏的作用力。它包括由地应力引起的围岩 应力以及围岩变形受阻而作用在支护结构上的作用力。 从狭义上来理解，围岩压力是指围岩作用在支护结构 上的压力。在工程中一般研究狭义的围岩压力。
● 围岩压力按作用力发生的形态，一般可分为如下 几种类型：
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成拱过程： ⑴ 隧道开挖后，在围岩应力重分布过程中，顶板开始
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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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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。
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
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
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。
2183
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
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。
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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。
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”同程度的大变形，尤其是F7 和志留系地段。
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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
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。
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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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。
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
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
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。
2183
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
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。
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。
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”同程度的大变形，尤其是F7 和志留系地段。
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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
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。