软弱围岩隧道大变形机理及控制措施研究

软弱围岩隧道大变形机理及控制措施研究

摘要: 软弱围岩大变形是隧道修建过程中常见的灾害。本文结合青峰隧道工程，对软弱围岩隧道大变形施工处治技术进行分析，在分析大变形产生原因的基础上，提出合理的施工方法和处治措施，对软弱围岩隧道施工具有参考意义。

关键词：隧道、处理措施、大变形、软弱围岩

Study on Mechanism and Treating Methods of Large Deformation of Tunnel in Soft Surrounding Rock

Abstract：The large deformationof soft rock tunnelconstructionisa commongeologicaldisasters. Combined with the Qingfeng tunnel, the reasons of large deformation were analysed. Feasible construction methods and techniques for soft rock tunnels are suggested which can be taken for reference by soft rock tunnel construction.

Keywords: tunnel; treating methods; large deformation; soft rock

1 引言

随着我国高速公路的建设的快速发展，在山岭地区修建的公路隧道越来越多，我国在复杂的地质条件下的隧道修建技术也得到了飞速发展。

当隧道穿越高地应力、浅埋偏压区域以及软弱破碎围岩体时，易产生围岩大变形等相关地质灾害。大变形的危害程度大，处治费用高且方法复杂，因此，针对实际工程准确分析大变形发生的机理，控制变形的进一步扩大，采取合适的处理方案解决初期支护变形过大的问题就显得尤为重要。

本文以谷竹高速公路青峰隧道为工程依托，对其在施工过程中的大变形问题处理方案进行归纳总结，为以后类似工程提供具有参考价值和指导作用的结论和建议。

2 工程概况

青峰隧道位于湖北省房县青峰镇，青峰断裂带因著名地质学家李四光命名而闻名。穿越青峰断裂带的青峰隧道，施工难度大。隧道长1943m，最大埋深约164.7m。岩性主要为强风化绢云母片岩、千枚岩，片状构造，手捏即碎，部分手捏成团，可塑性强。成分为石英、长石、云母、高岭石等，地下水类型主要为松散岩类孔隙水及基岩裂隙水。

该隧道施工过程中频繁遭遇围岩大变形、塌方等工程问题，使该隧道工期严重滞后，成为谷竹高速的工期控制性工程。

3 初支大变形特征及原因分析

3.1 大变形发生过程

由于连续大雨，进口段左线ZK75+519至ZK75+500段，初期支护多处渗水，呈线状，埋深为44m，掌子面开挖体前方ZK75+548处为山体冲沟，埋深为30m。根据现场拱顶测点ZK75+512、+517和+520数据显示，此段初支沉降、收敛值较变化速率以及累积值均较大，部分初期支护出现侵限。

图1 初支侵限示意图

图2 初支裂缝

3.2 大变形原因分析

隧道产生大变形的原因是多方面的，结合该隧道的地质水文情况，得出青峰隧道出现大变形的原因如下：

1、青峰断裂带、逆断层

青峰断裂是武当山推覆构造系中的一个重要组成部分。可将包括青峰断裂在内的推覆构造单元划分成四个带，自南而北依次为前缘叠瓦带、主滑脱面青峰断裂带、中央褶皱带和后缘拉张带。青峰断裂是武当山推覆体之主滑脱面，它呈东西向展布，西自竹山，东经房县、青峰再至盛家康而被掩盖，长约180km，南北最宽可达2km。

青峰断裂主要特点：它由数条逆冲断层和破碎带组成，带内劈理化、片理化和糜棱岩化明显，小型褶皱、塑性流变褶皱、小型挤压透镜体和细碎裂岩以及小型断裂带等都比较发育。

受青峰断裂带影响，青峰隧道存在断层破碎带，宽度约45米，走向约297°近直立，断层走向与线路走向呈小角度相交，交角约30°，该逆断层水平挤压对

隧道影响较大，存在明显的构造应力。

2、隧道偏压

通过地表观测及前期勘查，隧道施工中左右洞埋深偏差较大，隧道穿越S305省道，隧道坡体较陡。隧道存在严重地形偏压，主要压力和变形在右侧，同一断面也是右侧围岩破碎、软弱。隧道围岩整体呈片状结构，产状成45°～60°，薄片状，围岩自身产生推力、挤压力，导致隧道单侧压力较明显。

3、软岩特性

隧道岩性主要为强风化绢云母片岩、千枚岩，片状构造，手捏即碎，部分手捏成团，可塑性强。岩石主要矿物成分为绢云母、绿泥石、石英、长石、云母、高岭石等。片理发育，节理、裂隙发育～较发育，围岩破碎。结构面光滑、张开、夹泥，结合程度差、自稳性差、易松弛掉块。局部存在软弱夹泥层，含有石英脉。局部水量较大，呈滴水状。岩石遇水后迅速软化，呈软流塑状。

从隧道掌子面对围岩取样分析其常由绢云母、长石、高岭石风化而成，遇水软化膨胀，失水收缩，体积变化大，涨缩可反复交替。复杂的地质构造背景形成的云母片岩是塌方形成的内在原因，水文地质条件是围岩初支变形破坏的诱发主导因素。

4、地下水丰富

青峰隧道绝大部分地段围岩地下水饱和，大多掌子面湿润，甚至滴水，局部线状流水等，绢云母含量较高，存在一定的膨胀性。隧道埋深相对较浅，地表水与隧道联通性较好，围岩稳定性受雨季影响明显，局部存在泥质软弱结构面，水的存在不仅使岩石强度降低，还进一步弱化结构面粘聚力，导致围岩变形增大。

5、设计标准较低

该隧道初支、衬砌设计参数较弱，隧道围岩揭示后90%设计低于围岩等级；

4 大变形处理方案

4.1 大变形处理原则

在采取变形处理技术方案时，应以“确保当前，兼顾后续”为原则。以“自稳塌体，固结岩体”的步序逐步揭露、逐段稳固，使各种支护结构协同作用、，在实现处理坍塌、大变形的同时，加强超前支护保障后续施工。

同时，隧道坍塌、大变形后，不要急于扰动岩体及变形段，因为各种扰动对岩体稳定性有很大影响，随时可能出现小的坍塌体。所以，要任变形段塌穴自由坍塌一段时间直至达到自然稳定方可进行下步处理。