软岩大变形研究现状
软弱炭质页岩隧道大变形特性及控制技术
锚杆加固技术
适用于较为稳定的地质条件，能够提供较好的加固效果。 但不适用于大变形隧道，因为锚杆在变形过程中容易失效 。
喷射混凝土加固技术
适用于各种围岩条件，能够提供较好的加固效果。但施工 难度较大，需要专业人员操作。
监控量测技术
适用于各种隧道施工阶段，能够实时监测隧道变形情况， 为采取处理措施提供依据。但需要加强数据处理和分析能 力，以便及时采取有效措施。
隧道设计
该隧道采用单线铁路隧道设计，全长 800米，最大埋深50米。
施工过程
在施工期间，隧道发生了数次大变形 ，表现为拱顶下沉、水平收敛等。
处理措施
采用钢拱架、锚杆、喷射混凝土等手 段进行加固，并加强监控量测。
效果分析：各种控制技术的适用性和优劣比较
钢拱架加固技术
适用于各种地质条件和施工环境，能够提供较强的支护能 力。但施工难度较大，需要专业人员操作。
隧道开挖与围岩变形的基本规律
围岩变形压力与位移 随时间的变化规律
开挖面尺寸对围岩变 形的影响
围岩变形与隧道形状 、尺寸的关系
炭质页岩隧道大变形的特点
01
02
03
04
大变形发生的范围和程度
变形速率与持续时间
变形与环境因素的关系
大变形对隧道使用性能的影响
大变形对隧道稳定性的影响
大变形对支护结构的影响 大变形对周边环境的影响
控制技术
针对软弱炭质页岩隧道大变形的特点，可以采取多种控 制技术，如超前加固、背后加固、初期支护加强、二次 衬砌加强等。其中，超前加固可以采用注浆加固、锚杆 加固、钢拱架加固等措施；背后加固可以采用径向注浆 、水泥砂浆回填等措施；初期支护加强可以采用增加钢 拱架、增设锚杆等措施；二次衬砌加强可以采用增加钢 筋、增加混凝土厚度等措施。这些控制技术可以有效地 控制软弱炭质页岩隧道的大变形，提高隧道施工的安全 性和稳定性。
软岩隧道变形监测报告
软岩隧道变形监测报告根据客户要求，进行软岩隧道变形监测，并提供监测报告。
本报告旨在分析软岩隧道的变形情况及可能的安全隐患，并提出相关建议。
1. 监测背景软岩隧道是常见的地下工程形式之一，由于其较弱的岩体特性，软岩隧道易受地应力、地下水等外界因素的影响，导致变形和破坏的风险较高。
2. 监测方法本次监测采用了多种监测手段，包括但不限于测量位移仪、倾角计、挠度计及应变计等。
这些方法可对隧道周边岩体进行实时监控和数据采集，以获取隧道变形的准确信息。
3. 监测结果根据监测数据显示，软岩隧道在施工期间出现了一定程度的变形。
主要变形特征包括隧道周边岩体的位移、倾斜和挠度等。
具体变形情况如下：3.1 位移隧道周边岩体的水平位移较小，垂直位移较为显著。
位移主要分布在洞口附近和隧道顶部，其中洞口附近的位移较大，达到了X毫米级别，而隧道顶部的位移较小，为X毫米级别。
3.2 倾斜隧道周边岩体的倾斜主要表现在纵向和横向方向。
纵向倾斜主要出现在隧道开挖的顶部和底部，其中底部的倾斜较大，达到了X度级别。
横向倾斜主要分布在隧道两侧，最大倾斜量约为X度。
3.3 挠度隧道开挖后，岩体发生一定的变形，导致隧道整体产生了挠度。
挠度的大小与开挖深度成正比，整体变形较小，依然满足设计要求。
4. 安全评估基于监测数据的分析结果，我们对软岩隧道的安全状况进行了评估。
根据现有变形情况，软岩隧道在开挖过程中表现出一定的变形和位移，但整体变形范围尚在可接受范围内。
然而，随着施工的进行，软岩隧道仍然存在一定的安全隐患，需采取相应的安全措施。
5. 建议基于上述安全评估，我们提出以下建议以确保隧道的安全性：5.1 加强地下水管理，保持隧道周边地下水位的稳定。
5.2 增加支护措施，包括加固洞口附近岩体、设置衬砌等。
5.3 定期监测和记录隧道变形情况，及时发现并处理隐患。
5.4 在施工过程中增加监测频次，提高对隧道变形的实时掌控能力。
通过采取上述建议，可有效控制软岩隧道的变形，提高其安全性，并确保工程顺利进行。
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.。
大变形软岩流变性态及其在隧道工程结构中的应用研究
四、结论
四、结论
高应力软岩公路隧道大变形是一个复杂的问题，涉及地质环境、施工过程和 运营管理等多个方面。为了有效控制这种变形，需要在工程设计和施工过程中采 取一系列有针对性的措施。这些措施包括合理选择施工方法、强化初期支护、监 控量测与信息反
四、结论
馈以及二次衬砌和加固措施等。通过这些措施的实施，可以大大降低高应力 软岩公路隧道大变形的风险，提高隧道的稳定性和安全性。
二、大梁隧道软岩大变形的支护方案
5、加强监测和信息反馈：在隧道施工过程中，应加强监测和信息反馈工作。 通过实时监测软岩的变形情况，及时调整支护方案和施工方法，确保隧道的施工 安全和质量。
三、结论
三、结论
大梁隧道软岩大变形是一种常见的地质灾害现象，对隧道的安全性和稳定性 产生极大的影响。因此，研究大梁隧道软岩大变形的特征及支护方案具有重要的 现实意义。在隧道施工过程中，应加强地质勘察、选择合适的施工方法、及时加 强支护、优化设
三、高应力软岩公路隧道大变形 的工程应用研究
三、高应力软岩公路隧道大变形的工程应用研究
1、合理选择施工方法：针对高应力软岩的特性，应采用合适的施工方法，如 台阶法、环形开挖法等，以减少对围岩的扰动，控制隧道的变形。
三、高应力软岩公路隧道大变形的工程应用研究
2、强化初期支护：初期支护是防止隧道变形的重要措施，应确保其及时施作， 并具有良好的刚度和稳定性。同时，针对软岩的特性，可采用喷射混凝土、钢拱 架等加强支护。
一、大梁隧道软岩大变形的特征
一、大梁隧道软岩大变形的特征
1、地质条件复杂：大梁隧道位于山地区，其地质条件复杂，包括地层、断层、 节理等。这些地质构造对隧道施工产生极大的影响，尤其是软岩大变形的情况。
一、大梁隧道软岩大变形的特征
软岩大变形机理和处治方法的研究
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。
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。
我国软岩大变形灾害控制技术与方法研究进展
为了控制软岩隧道大变形，可以采用多种技术和方法。首先，合理选择施工 方法和工艺，如采用台阶法、CRD法等较为稳定的施工方法，避免采用反台阶法 等易引起不均匀沉降的施工方法。其次，对支护结构进行优化设计，提高其承载 能力和稳定性，以减小隧道的变形量。此外，还可以采用二次衬砌、加固岩体等 方法来增强隧道的稳定性。在施工过程中，对隧道变形进行实时监测，及时采取 措施进行加固和补救，以防止变形进一步扩大。
在软岩大变形灾害的控制策略方面，主要有以下几种措施： 1）加固处理： 对已经出现大变形的岩体进行加固处理，如注浆加固、钢板加固等； 2）排水疏 干：对地下水进行处理，降低地下水压力，疏干积水； 3）釆取支护措施：采用 各种支护措施，如锚杆支护、喷射混凝土支护等，以增强岩体的稳定性； 4）釆 取预防措施：加强地质勘察、监测等工作，及时发现并处理潜在的安全隐患。
在实际工程中，需要综合考虑软岩隧道的地质条件、施工环境、技术经济等 因素，选择合适的控制技术。加强施工管理和现场监管，确保各项技术措施得到 有效落实。例如，在某市地铁建设中，针对所经区域软土地层较多的问题，采用 了高强度钢构拱架支护、水平旋喷加固等技术措施，有效控制了隧道施工过程中 的大变形问题。
近年来，国内外学者对软岩隧道大变形力学行为与控制技术进行了广泛而深 入的研究。通过理论分析、数值模拟和现场试验等多种手段，不断深化对软岩隧 道大变形力学行为的认识，探索更加有效的控制方法和技术。例如，基于弹塑性 理论和非线性有限元方法，对软岩隧道大变形进行数值模拟和分析，为实际工程 提供有益的参考；结合现代监测技术，实现软岩隧道施工过程中的实时监测和预 警，及时采取措施控制变形。
支护技术介绍
针对软岩大变形巷道的底臌问题，常用的支护技术包括：
1、支架支护：根据巷道的实际情况，选择合适的支架形式（如U型钢支架、 钢筋混凝土支架等）进行支撑。同时，可在支架与围岩之间铺设缓冲材料，以减 小支架对围岩的应力。
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。
软岩大变形
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。
深部软岩巷道围岩变形研究现状与存在问题分析_赵红超
12011轨道巷掘进期间采用钻屑量（S）、瓦斯解吸指标（Δh2）和钻孔瓦斯涌出初速度（q）进行预测，预测结果如图3所示。
经统计，12011轨道巷在执行措施前预测超标率为23%，在执行措施后预测超标率下降到3.9%。
4.3巷道进尺义安矿在未采取巷帮截流抽放与主巷超前排放措施技术以前煤巷掘进月进尺不足40m，12011轨道巷采用巷帮截流抽放与主巷超前排放措施后，月进尺达到了100m以上。
5几点看法（1）在突出煤层巷道掘进中，应用巷帮截流抽放与主巷排放钻孔相结合的防突技术比单项技术措施更具有安全性和可靠性。
（2）巷帮截流抽放技术、主巷排放钻孔技术与有效的管理相结合，可以实现了突出区域煤巷快速掘进，提高了生产率。
（3）巷帮截流抽放技术和主巷排放钻孔技术都涉及到钻孔布置合理性问题，因此，不同煤层赋存条件和地质条件的区域，抽放钻孔和排放钻孔间距需要在考察抽放半径和排放半径的基础上设计。
作者简介王念红，男，河南省宜阳县人，1971年7月生，1993年7月毕业于淮南矿业学院矿井通风与安全专业，现任洛阳义安矿业有限公司总工程师，工程师。
（收稿日期：2009-4-2）深部软岩巷道围岩变形研究现状与存在问题分析中国矿业大学矿业学院赵红超王维中国矿业大学化工学院刘璐摘要目前，我国煤矿开采已经向深部发展，与之相伴的软岩巷道变形现象更加明显，综合国内外关于软岩巷道的理论研究现状，提出一种关于改变软岩微结构面的方式来解决相关问题的设想，并从理论上给予证明。
关键词深部矿井软岩巷道蠕变1引言目前，我国煤矿开采已经向深部发展。
我国的煤炭资源埋深在1000m以下的储量为2.95×1012t，占煤炭资源重量的53%。
据初步统计现阶段我国已经有数百对矿井开采深度超过1000m，其中，山东新汶孙村矿延伸水平深度已达到1300m。
同时，我国国有重点煤矿平均开采深度正在以10~25m/a的速度逐年增加[1]。
预计在未来20年我国将有更多煤矿进入1000~ 1500m的深度。
论防治隧道软岩大变形的技术研究
论防治隧道软岩大变形的技术研究摘要：随着我国社会的不断飞速发展，人们对隧道施工技术提供了更多的要求，尤其是针对隧道修筑过程当中的一些高地应力区，其非常容易造成隧道软岩大变形等诸多问题的出现。
因此，研究防治隧道软岩大变形的技术就具有非常重大的现实意义。
本文主要分析了隧道软岩大变形的原因，提出了软岩隧道大变形防治的一些相关的措施。
关键词：防治；隧道软岩；大变形；技术研究前言目前，随着我国铁路建筑事业的不断快速发展，人们对铁路建设的要求的关注也越来越多，其要求也越来越高。
但是，我国现阶段铁路建设的隧道也随着人们生活要求的提高，以及社会的迅猛发展也越来越多，并且隧道软岩大变形的问题在我国铁路建设的过程当中也是经常的发生，为了解决铁路建设过程之中的隧道软岩大变形等问题就显得至关重要，也是目前我国铁路建设过程之中一个迫在眉睫、尚待解决的关键性问题。
由于隧道软岩大变形会导致支护系统的进一步破坏，甚至会发生隧道坍塌等现象，进而严重影响隧道的安全性和施工进度。
通过本文，笔者一方面希望能够起到一个抛砖引玉的作用，另一方面希望能够给相关人员起到一定的指导作用。
一、隧道软岩大变形原因分析1.1地应力场对隧道变形的影响隧道的横截面积一般比较的大，使得隧道地段处的应力也很大。
尤其是对于软岩隧道而言，其地应力场对隧道变形的影响更加明显。
软岩隧道通过变形而形成炭质岩，进而容易产生严重的变形，还会导致隧道岩体出现破坏现象。
因此，高地应力是隧道发生变形的主要前提。
1.2地下水对隧道变形的影响地下水的存在对隧道岩体会产生静力作用，进而会导致隧道发生变形。
地下水对岩体会造成损伤，主要是会导致岩体的强度下降。
同时，对于页岩等岩体，一旦遇到水就会出现软化等现象，这更加会对岩体造成损伤。
隧道局部位置处的水也会降低岩体的强度，进而就会加剧隧道的变形。
因此，地下水的存在是隧道发生变形的主要内在原因之一，也是最主要的原因之一。
1.3围岩强度对隧道变形的影响隧道软岩主要由砂质页岩、粉砂页岩和炭质页岩等诸多物质组成，其中，围岩对隧道的强度也具有一定的影响。
堡镇隧道软岩大变形机理及整治措施研究的开题报告
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。
某隧道软岩大变形病害分析及其处治对策
于德安，等:某隧道软岩大变形病害分析及其处治对策某隧道软岩大变形病害分析及其处治对策于德安，李晓博(中交基础设施养护集团有限公司，北京100011)摘 要:在软岩富水地区,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。
以往的设计理念中主要有两种做法，即“以刚克柔”和“以柔克刚”。
本文从某在建的实际项目出发，针对修建过程中产生的具体问题进行病害分析，同时提出相应的处治对策，可供类似项目参考。
关键词:软岩大变形;初支侵限;仰拱底鼓;二衬开裂中图分类号:U456. 3 文献标识码：A 文章编号：1673-5781(2019)01-0092-031工程概况某项目隧道左线桩号为ZK115 + 087-ZK117 + 553,长2 466m ；右线桩号为 K115 + 160-K117 + 573,长 2 413m 。
隧道建筑限界为10. 25mX5m,内轮廓采用半径R= 550cm 的单 心圆。
隧道区海拔高程介于1813. 87〜2109. 58m,相对高差295. 71m,处于构造侵蚀地貌区;地形起伏较大，植被发育。
该项目所在区域属于金沙江干热河谷地区、南亚热带气候类型。
隧址区地下水为第四系孔隙水类型及基岩裂隙水类型,第四系孔隙水多赋存于第四系松散土体中，多以潜水形式出现，水量 甚微;基岩裂隙水赋存于砂泥岩互层节理裂隙中，水量一般。
地下水主要由大气降水及周围地表水入渗补给,以地下径流的方式汇集、排泄于沟谷低洼地段。
地层岩性主要为泥岩、砂岩及砂泥岩互层,隧道周边未见有断层通过，地质构造现象不发育。
根据现场开挖围岩揭示，发生病害段围岩主要为富水泥岩:褐红色、紫色，泥质结构，薄至中厚层状构造，强风化、节理裂隙发育，机械破碎后岩芯呈碎块状、碎石状,风化不均匀。
根据现场取样试验结果，该段落泥岩自由膨胀率为31%〜47%,为膨胀岩。
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。
国内外围岩大变形研究现状
和度量 概念 。
有较大张开度裂隙的非连续岩体中会发生这种破坏。
（ ２ ） 弯 曲破 坏 。一 般发 生 于千 枚岩 及 云母 片 岩等
２ 围岩大变形 的机制
变 质岩 或 泥岩 、油 页岩 、泥质 砂 岩及 蒸 发 岩 等 薄层 近 年来 ，大 变 形 问题 已经 引起 了人 们 的广 泛 关 状 塑性沉 积岩 中。
ｙ ｄ ａ ｎ Ｏ ． 等 隧道 的经 验 是 单 线 超 过 ２ ５ ｃ ｍ，双 线 超 过 ５ ０ ｃ ｍ 确 布 超 过 岩 体 强 度 时 岩 体 屈 服 的 结 果 。Ａ １ ９ ９ ３ ） 对这 一过 程 中岩石 变形 的力学 机制 进行 了研 定为大变形） ，围 岩变 形 量 介 于 ２ ０ ～ ４ ０ ｃ ｍ 之 间 ，可 （ 认 为是 正 常变 形 至大 变形 的 过渡 阶段 圜。由此 可见 ， 究 ，将 围岩挤 出的力学 机制 分为 以下 三大类 ： （ １ ） 完全的剪切破坏。在连续的塑性岩体及发育 目前学术界和工程界对 围岩大变形 尚无统一的定义
１ ９ ９ ４ ） 及何满潮（ １ ９ ９ ７ ） 等众多国内外学者均在这方面 关 ；卞 国 忠从 围 岩 变 形 量 上 给 大 变 形 作 了 界 定 ， （ 进行 过 深入 的研究 翻 。 即 ：若 围岩变 形 量超 过正 常 规定 （ ２ ０ ｃ ｍ ） 的２ 倍（ 即＞ 从 总体 上 讲 ，围岩 挤 出是 开 挖 引起 的应 力重 分 ４ ０ ｃ ｍ ） 时 ，可 把 围岩变 形 视 为 大变 形 ｆ 南 昆 线 家竹 箐
软岩隧道大变形成因分析及处置措施
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。
软岩隧道支护研究现状及存在的问题
软岩隧道支护研究现状及存在的问题摘要：随着我国基础设施建设的蓬勃发展，公路隧道占比越来越高，软岩隧道越来越多，软弱围岩隧道支护参数选取多依靠工程类比和工程经验，影响工程成本。
本文分析了软岩公路隧道研究现状，隧道初期支护研究现状，分析了目前软岩隧道存在的问题，为软岩隧道的设计提供参考。
关键词：软弱围岩隧道初期支护1前言当前我国基础设施建设正经历着前所未有的蓬勃发展阶段，隧道越来越多的出现在公路、铁路、城市等的建设中。
随着我国隧道建设越来越多，隧道支护技术也已经取得了较大的进步，但由于软岩特有的强度低、大变形等特性，软岩隧道的支护仍存在一些问题。
且在软弱围岩隧道设计过程中支护参数的选取多依靠工程类比和工程经验，影响了隧道工程的安全性和经济性。
在新奥法中，初期支护与围岩共同承载围岩压力，并限制围岩的变形，对隧道的稳定具有决定性作用。
由于初期支护在隧道建设过程中的巨大影响，科学合理的选择支护参数变得极为重要。
当前在选择软岩隧道初期支护的参数时主要依靠的是经验及工程类比，但由于软岩地质条件较为复杂，类比和经验往往无法兼得隧道的安全与经济。
设计者出于对安全储备的考虑，往往选择较大的支护参数，虽然安全性得到了保障，但却造成了极大的资源浪费。
如何在经济合理又安全可靠的前提下进行隧道初期支护参数的设计，是目前软岩隧道领域尚待完善的课题。
2软岩公路隧道研究现状近些年来，随着地下工程的普及，越来越多的学者开始致力于软岩隧道的研究。
在实验方面，张东、李永靖等研究了软岩的蠕变理论，揭示了软岩的蠕变具有非线性这一特点，并根据实验结果创建了软岩的非线性蠕变方程，通过理论研究，得出了控制软岩蠕变变形的根本方法；其他学者则通过研究不同类型软岩的物质组成成分及微观结构，得出了软岩具有大变形、膨胀性、崩解性和流变性等特点，使人们深入认识了软岩的形成机理和特性。
在工程应用方面，国内的学者依托诸多工程实例及数值模拟，在软岩的治理上取得了不少成果。
煤矿软岩工程技术现状及展望_何满潮
地质时代 抗压强度 M Pa
古生代软岩 > 20
地质力学化学参数
比表面积 交换容量 液限
塑限 干燥饱和 粘土矿物
m2 /g- 1 meg /· ( 100g )- 1 /%
/% 吸水率 , /%
< 100
< 20
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
< 25
< 15
< 50
高 岭石为主 少 量伊利石
亲水性 弱亲水
膨胀性 弱膨胀
中生代软岩 10～ 20 199～ 300
中国煤炭第 25卷第 8期 1999年 8月
表的多个学派。 90年代以后 ,除了煤炭系统又有新 的研究成果之外 ,我国的三峡工程、小浪底工程、大 规模的城市现代化高层建筑、城市地下工程、道路交 通的建设 ,使得软岩滑坡问题、软岩隧硐及隧硐群稳 定问题、软岩基坑问题的研究进行的十分广泛和深 入 ,并取得了长足发展。作为全国性软岩工程技术研 究繁荣的标志是 1995年“中国岩石力学与工程学会 软岩工程专业委员会”的诞生 ,和 1996年“煤矿软岩 工程技术研究推广中心”的成立 ,这一切都有力地推 动我国煤矿软岩工程技术的研究 ,并取得了一系列 科研成果。
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临界深度 ;软岩具有五个力学属性 ,可塑性、膨胀性、 崩解性、流变性和易扰动性。 3. 4 煤矿膨胀性软岩的地质力学化学特征 [23, 25 ]
我国学者通过大量地质调查和力学化学试验 , 确定了我国煤矿膨胀性软岩的地质力学化学的一般 特征如表 1所示。
表 1 我 国煤矿膨胀性软岩的物理力学一般特征
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5. 1 工程类比方案设计 类比的根据是系统的可靠的基础资料 ,主要包 括围岩的地质、水文、工程地质资料 ,岩石的物理、化 学、力学性质以及工程环境资料 ,类似地质条件相邻 矿井的支护及围岩变形的有关资料 ,在对这些资料、 工程条件分析的基础上进行类比方案设计。 5. 2 理论计算进行参数校核 目的是验算一下从总体上看类比法选取的支架 类型和参数是否符合围岩变形规律。 着重要求验算 巷道周边位移预计 ,支架的最大反力及支护结构力 学参数。 理论验算是在根据围岩和工程环境的有关 资料确定软岩类别、岩体结构、地压类型的基础上 , 正确确定力学模型和计算方法。目前比较方便的是 , 可以借助于电子计算机进行辅助计算。 5. 3 施工监测与反馈设计 根据现场试验巷道的观测数据 ,进行有关工程 参数的反馈设计十分重要。因此 ,巷道开工后立即加 以监测是十分必要的 ,监测的主要内容: ( 1)岩石的 物理力学性质确定 ; ( 2)巷道收敛变形规律 ; ( 3)巷道 围岩施加于支护上的实际压力 ; ( 4)典型地段的巷道 深部位移。 利用上述 4部分实测资料分析整理后调 整工程设计参数 ,使设计更为完善。 值得指出的是 ,近几年软岩工程正面临着从小 变形岩土工程向大变形岩土工程飞跃 ,高边坡工程、 深基坑工程和深埋隧道工程大变形岩土工程大量涌 现。 若仍然沿用常规设计 ,就可能出现失稳、塌方等 事故。深刻的理论原因是高边坡区别于中小边坡、深 基 坑区 别 于浅 基 坑、 深 埋隧 道 区 别 于浅 埋 隧 道的 显 著力学标志是大变形、大地压、难支护。近年来 ,屡屡 出现的岩土工程恶性事故也在呼唤着岩土工程设计
软岩的地质特征及其研究现状与发展方向
第一章软岩的地质特征及其研究现状与发展方向软岩，虽然这个名词在工程界已为人们所熟知，但实际上人们对软岩的概念还是模糊的，怎样才算软？软岩的定义又是什么？在本章中将尽可能给出明确的说明。
软岩在世界上分布非常广泛，泥岩与页岩就占地球表面所有岩石的50%左右。
它与工程建设息息相关，特别是对大坝、遂洞、边坡的稳定性起控制作用，如丹江口、葛洲坝、铜街子、小浪底、恒仁、、上犹江、朱庄等大型水电工程坝基都存在软岩类的软弱夹层，其中葛洲坝工程是一个典型，坝基下埋藏产状近水平的软弱夹层有50多层，为探明软弱夹层成因类型和分布规律，采用小口径钻孔、大口径钻孔、平洞、探井、钻孔彩色电视与地球物理勘探以及现场地应力测量等方法；达开水库输水隧道软岩引起的坍方占坍方量的70%；四川中江县马鞍山遂洞粘土岩膨胀导致变形与垮坍；贵州各地区边坡滑动灾害中由软弱层引起约占60%。
在世界沙上有关水工建筑物事故的统计中，由于软岩的存在而引发的，可以举出如下一些较突出的实例：美国圣佛兰西斯坝，因粘土胶结的沙砾岩被水浸润软化而引起滑动；美国俄亥河26号坝，沿坝基下5cm厚的页岩层发生滑动；美国奥斯丁重力圬工坝，沿石灰岩内的页岩夹层而滑动；法国布泽坝，沿坝基龟裂的红色砂岩上的粘土层发生滑动；印度的堤格拉坝，在砂页岩互层中发生滑动等等。
因此，探讨软岩的成因类型与空间展布规律、物质成分与结构特征、软岩与围岩的接触形态、地质时代与强度的关系都是研究软岩特殊工程性质和优化工程治理的致关重要问题。
软岩的分类及特征是作为工程环境和对象的软岩发挥工程功能的物理基础，为此，本章将对其作较详细的叙述。
一、软岩分类软岩的分类是当前国际力学与基础工程界、岩石力学与工程地质界所关注的问题；许多研究者认为，软岩是介于松散介质和坚硬岩石之间的岩类。
它可以来源于松散介质沉积作用，成岩作用向坚硬岩石过渡的岩类，也可以来源于坚硬岩经构造作用或风化作用向松散介质转化的岩类。
例如蓄厚增提出图1-1的软岩形成基本模式。
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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。
地质条件为凝灰岩及泥岩互层，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R=0.4-1.7MPa，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0.05-0.06。
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、泥岩及为钙质、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及硅质砂板岩。
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初期支护钢架及临时支撑采用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对需换拱段及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及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：隧道及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）。
在连续的塑性岩体及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）。
一般发生在千枚岩及云母片岩等变质岩或泥岩、油页岩、。