高地应力隧道稳定性及岩爆、大变形灾害防治(李天斌,孟陆波,王兰生)思维导图
高地应力层状软岩隧道大变形预测分级研究
高地应力层状软岩隧道大变形预测分级研究
高地应力层状软岩隧道大变形预测分级研究
陈子全;何川;吴迪;代聪;杨文波;徐国文
【期刊名称】《西南交通大学学报》
【年(卷),期】2018(053)006
【摘要】为探明高地应力层状软岩隧道的非对称变形破坏规律及其支护结构的非对称受力特性,结合碳质千枚岩力学特性与变形破坏机制的各向异性特性,对层状软岩隧道围岩的非对称变形破坏特征进行了分析.在93座典型高地应力层状软岩隧道变形数据的基础上,系统性地分析了隧道拱顶沉降、水平收敛、最大变形量与地应力、岩体抗压强度、隧道埋深之间的关系.研究结果表明:高地应力层状软岩隧道的变形量与最大地应力、岩体抗压强度、埋深的分布较为离散,在一定地应力、岩体强度或埋深条件下,隧道变形量既存在于高值区间,也存在于低值区间;隧道变形量随地应力的增大、岩体强度的降低、埋深的升高逐渐向高值区间靠拢,高地应力层状软岩隧道大变形是高地应力、软弱围岩、层理弱面耦合作用的结果;基于隧道最大变形量与隧道强度应力比的幂指数变化规律,提出了高地应力层状软岩隧道的大变形预测分级指标.
【总页数】8页(1237-1244)
【关键词】高地应力;层状软岩;变形破坏规律;大变形;预测分级指标
【作者】陈子全;何川;吴迪;代聪;杨文波;徐国文
【作者单位】西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室,四川成都610031;西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室,四川成都610031;西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室,四川成都610031;西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室,四川成都610031;西南交通大学交通隧道工程教育部重点实。
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。
0024-05高地应力大变形隧道台阶法开挖过程中围岩变形分析
４ 计算模型
４ ． １ 模型的确定 针对台阶法开挖过程中的力学效应， 采用连续介 质模型， 并采用 Ｆ Ｌ Ａ Ｃ３ Ｄ软件对隧道周围地层变形规
一般认为： 隧道在较大的构造应力与高地应力作 用下， 其拱顶及两侧易发生破坏
［ ３ ］
， 为了抑制这种破
坏， 支护设计应采用以提高围岩自身强度为主的支护 控制系统， 阻止应力场所引起岩层运动的发展， 以保证 支护后的隧道稳定。因此， 解决大变形给隧道施工带
收稿日期： ２ ０ ０ ９－ ０ ６－ ２ ７ ；修回日期： ２ ０ ０ ９－ ０ ９－ ０ １
２ ５
。 律等进行数值模拟分析。其计算模型如图 ３
１ 工程概况
＃ 乌鞘岭隧道 ９ 斜井正洞段， 最大埋深约 １０ ５ ０ ｍ ，
分布有 ４条大的区域性断层（ Ｆ ４～Ｆ ７ ） ， 其地质条件、 地应力复杂。在岭脊地段， 隧道穿越志留系的板岩夹 千枚岩， 围岩破碎、 岩石单轴抗压强度极低、 原始地应 力与岩石强度之比较高， 洞室自稳能力极差， 变形大。 施工过程中控制大变形是隧道施工的关键， 而了解施 工过程中围岩变形规律对选择开挖方式、 支护形式、 支 护参数及支护时机尤为重要。
作者简介：王明胜（ １ ９ ７ ６ —） ， 安徽舒城人， ２ ０ ０ ０年毕业于西南交通大学土木工程专业， 本科， 工程师， 现主要从事科研、 工法、 专利开发管理工作。
增刊 ２ 王明胜 ： 高地应力大变形隧道台阶法开挖过程中围岩变形分析
３ ， ６ ］ 的地址条件进行专门研究是非常必要的 ［ 。
０ 引言
近年来， 随着我国铁路、 公路建设的不断发展， 隧 道工程已经向长大、 深埋方向发展， 穿越高地应力区且 地质环境恶劣的软弱围岩长大隧道工程已不可避免。 在高地应力区修建隧道工程， 最大的难题就是大变形
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
专题十一高地应力软岩隧道大变形控制技术(乌鞘岭隧道岭脊
(4)支护破坏形式多样
喷层开裂、剥落；型钢拱架或格栅发生扭曲；底 部隆起；支护侵限；衬砌严重开裂等。
(5)围岩破坏范围大
高地应力使坑道周边围岩的塑性区增加，破坏范 围增大。特别是支护不及时或结构刚度、强度不当时 围岩破坏范围可达5倍洞径。
16
2.4 大变形机理
2.4.1 洞室周边产生塑性区的条件
14
(3)变形持续时间长
由于软弱围岩具有较高的流变性质和低强度，开 挖后应力重分布的持续时间长。变形的收敛持续时间 也较长。短者数十天，长者数百天，一般也需百多天。 家竹箐隧道收敛时间在百天以上。日本惠那山隧道时 间大于300天，阿尔贝格隧道收敛时间为100~150d。 乌鞘岭隧道大变形区段变形持续时间达120d，一般要 40~50d。
2.5
3
强度应力比
图2-18 F7洞壁位移随强度应力比的变化规律
24
2.5 乌鞘岭隧道大变形规律 2.5.1 实测位移规律
(1)变形沿隧道纵向分布
变形/mm
900
800
影响带
700
600
+290
500
400
300
200
100
0
YDK170+250
YDK170+250
F4断层 主带
+440
+500
YDK170+500
(c)局部水压及气压力的作用
当支护和衬砌封闭较好，周边局部地下水升高或 有地下气体(瓦斯等)作用时，支护也会前半生大变形。 但随着支护开裂，水或气溢出，压力减小，变形也就 停止，这种现象并不多见。
11
(3)围岩破坏形式
①纯剪切破坏 ②弯曲破坏 ③剪切或滑动破坏
王明年教授-高地应力隧道大变形机理及控制措施
5-10
0.25-0.5 15-35
3-6
较大
洞周位移明显， 喷混凝土层严 弯曲型、软岩 中等 洞底局部有隆 重开裂，掉块， 塑流型、膨胀 10-15 (Ⅱ级) 起现象，变形 局部钢架变形， 型 持续时间长 锚杆垫板凹陷
0.150.25
35-50
6-10
大
现象同上，但 洞周变形强烈， 大面积发生， 强烈 洞底有明显隆 且产生锚杆拉 (Ⅲ级) 起现象，流变 断及钢架变形 特征很明显 扭曲现象
大变形是相对正常变形而言，正常支护位移上限取为预留变形量的0.8倍，即单线 隧道13cm、双线隧道25cm，高地应力隧道位移上限取为正常支护位移上限的2倍， 即单线隧道25cm、双线隧道50cm。
…………..
主要包括3种类型：
①高地应力作用下的挤压变形；②膨胀性围岩的膨胀变形；③断层破碎带的松弛变形
隧道塑性区、洞壁位移的3个影响因素 围岩强度应力比、围岩强度
塑性区半径与强度应力比、围岩强度的关系（朱永全）
强度应力比与隧道洞壁变形的关系（朱永全）
兰渝铁路毛羽山隧道
双线铁路隧道 薄层状碳质板岩地层，区域原岩应力较 大且以水平构造应力为主 最大水平主应力近22MPa
（李廷春，毛羽山隧道高地应力软岩大变形施工控制技术）
最大收敛值1200 mm 成因4点： ① 区域原岩应力较大，且与隧道线路走向大 角度相交 ② 围岩岩质软弱 ③ 支护强度不足 ④ 施工方法不当
西南交通大学 Southwest Jiaotong University
高地应力隧道大变形机理及 控制措施
主讲人：王明年 教授、博导 电 话：13808029798 E-mail：1653325765@
一建知识点思维导图-市政
一级建造师市政公用工程管理与实务思维导图沥青路面结构组成特点P2 ★★泥混凝土路面构造特点P5 ★★沥青混合料组成与材料P7 ★★不同形式挡土墙的结构特点P13 ★★城镇道路路基施工技术P15 ★★★城镇道路路基压实作业要点P17 ★★★岩土分类与不良土质处理方法★★P20不同无机结合料稳定基层特性★★P23城镇道路基层施工技术P25 ★★★无机结合料基层施工质量检查与验收P351 ★★★土工合成材料的应用P26 ★沥青混合料面层施工技术P29 ★★★改性沥青混合料面层施工技术P33 ★★★沥青混合料面层施工质量检查与验收★★水泥混凝土路面施工技术P35 ★★水泥混凝土面层施工质量检查与验收P353 ★★冬、雨期施工质量保证措施P355 ★★★冬期施工冬期施工高温期施工压实度的检测方法与评定标准P357 ★★城市桥梁结构组成与类型P41 ★★模板、支拱架的设计、制作、安装与拆除★★★P44模板、支架施工安全措施★★★P431钢筋施工技术★★P47混凝土施工技术P49 ★★预应力混凝土施工技术P51 ★★★预应力混凝土施工技术★★★P54预应力张拉施工质量事故预防措施P365 ★★桥面防水系统施工技术★★P57桥梁支座、伸缩装置安装技术P61 ★★各类围堰施工要求P67 ★★桩基础施工方法与设备选择P69 ★★★钻孔灌注桩施工质量事故预防措施P358 ★★桩基施工安全措施P428 ★★大体积混凝土浇筑施工质量检查与验收P362 ★★★装配式梁板施工技术★★★P75装配式梁板施工技术★★★P75现浇预应力混凝土连续梁施工技术★★★P79钢梁制作与安装要求P82 ★★箱涵顶进施工技术P93 ★★★箱涵顶进施工安全措施P432 ★★地铁车站结构与施工方法P96 ★★地铁区间隧道结构与施工方法P105 ★★地铁车站工程施工质量检查与验收P369 ★★地下水控制★★★P116地下水控制★★★P116深基坑支护结构与边坡防护P121 ★★★基槽土方开挖及基坑变形控制P131 ★★★地基加固处理方法P134 ★★防止基坑坍塌、淹埋的安全措施P424 ★★★地下管线安全保护措施P426 ★★★盾构机选型要点P139★盾构施工条件与现场布置P146 ★盾构施工阶段划分及始发与接收施工技术P148★★盾构掘进技术P152 ★★★盾构掘进技术P152 ★★★盾构法施工地层变形控制措施P161 ★★★盾构隧道施工质量检查与验收P374 ★喷锚暗挖掘进方式选择P164 ★★★工作井施工技术P169 ★★★超前预支护、加固施工技术P171 ★★★超前预支护、加固施工技术P171 ★★★喷锚支护施工技术P175 ★★★衬砌及防水层施工要求P179喷锚支护施工质量检查与验收P371 ★★暗挖法施工安全措施P442 ★★★厂站工程结构与施工方法P181 ★★给水工程滤池与滤板施工质量检查与验收P379★现浇水池施工技术P189 ★★★给水排水构筑物防渗漏措施P377 ★★★装配式水池施工技术P193 ★★★构筑物满水试验的规定P194 ★★★水池施工抗浮措施P199 ★★沉井施工技术P195 ★★开槽管道施工技术P200 ★★★不开槽管道施工方法选择P203 ★★★非开挖管道施工质量检查与验收P405 ★★非开挖管道施工质量检查与验收P405 ★★城市非开挖管道施工安全措施P445 ★★给排水管道功能性试验P206 ★★★柔性管道回填施工质量检查与验收P396 ★★★供热管道施工与安装要求P214 ★★供热管道施工与安装要求P214 ★★供热管网附件及供热站设施安装P222 ★★供热管道功能性试验的规定P229 ★★燃气管道的分类P231 ★★燃气管道施工与安装要求★★★P211燃气管道施工与安装要求P236 ★★★燃气管道施工与安装要求P236 ★★★燃气管道功能性试验的规定P241 ★★★城市燃气、供热管道施工质量检查与验收P391 ★★综合管廊工程★★P244城市管廊施工质量检查与验收P398 ★★填埋区防渗层施工技术P249 ★★HDPE膜防渗层施工技术P251 ★★监控量测P273 ★★★市政公用工程招标投标管理P279 ★★★市政公用工程招标投标管理P279 ★★★3.招标人不得以不合理的条件限制、排斥（潜在）投标人：（1）向（潜在）投标人提供有差别的项目信息；（2）要求特定行政区域或特定行业的业绩、奖项作为加分条件或中标条件；（3）对不同投标人采取不同的资格审查或评定标准；（4）限定特定的专利、商标、品牌、原产地或供应商；（5）限定投标人所有制形式或组织形式。
隧道施工中的岩爆及时预测
隧道施工中的岩爆及时预测金志仁;徐文胜;范海波;王元汉【摘要】岩爆是高地应力条件下隧道及地下洞室开挖中围岩因卸荷而发生的岩片爆裂松脱、剥落、弹射的地质灾害.本文研究了岩爆形成机制和岩爆的主要影响因素,指出岩爆的发生主要与岩石性质、地质条件和应力状况有关.为了避免或减少岩爆造成的损失,需要正确预测岩爆,其中重要工作是及时测量地应力的大小和岩石抗压强度.针对高地应力条件下隧道及地下洞室施工过程中,经常发生岩爆的地质灾害,需要进行及时的预测预报,预报要求快捷、简便、实用.其中岩石抗压强度采用点荷载强度仪容易进行确定,主要困难是如何及时进行地应力测量.本文改进了门塞式应力恢复法,推导了切向应力的计算公式,确定了公式中的等效应力系数.将该方法应用于大广南高速公路鄂赣隧道施工过程中的岩爆预测预报,预测结果与实际情况符合较好,有效地指导了岩爆的防治,并减少了相应的损失.【期刊名称】《土木工程与管理学报》【年(卷),期】2011(028)002【总页数】5页(P39-43)【关键词】岩爆;预报;隧道施工;门塞式应力恢复法;地应力;抗压强度【作者】金志仁;徐文胜;范海波;王元汉【作者单位】湖南城市学院土木工程学院,湖南益阳 413000;华中科技大学土木工程与力学学院,湖北武汉 430074;华中科技大学土木工程与力学学院,湖北武汉430074;华中科技大学土木工程与力学学院,湖北武汉 430074【正文语种】中文【中图分类】O38;O241;TU45岩爆是高地应力条件下隧道及地下洞室开挖中围岩因卸荷而发生的岩片爆裂松脱、剥落、弹射的地质灾害。
在国内外许多地下矿山工程、地下水电工程、铁路、公路隧道中均有报道［1，2］。
岩爆的发生直接威胁到施工过程，需要进行及时预测预报。
岩爆研究在理论分析、实验研究、数值计算和现场测试等方面进行了许多工作，从强度理论、刚度理论、能量理论、岩爆倾向理论等提出了多种岩爆判据和分级方法［3～8］。
隧道高地应力软弱围岩大变形控制技术研究
隧道高地应力软弱围岩大变形控制技术研究摘要：在隧道施工过程中，受高地盈利软围岩等相关断层带地质因素的影响，经常会发生围岩挤压变形情况，增大空间位移，并延长变形周期，为施工带来严重的负面影响。
基于此，本文通过实际案例工程进行分析，明确现阶段隧道高地应力软弱围岩大变形控制技术的有效应用策略，以供参考。
关键词：隧道；高地应力软围岩；大变形；控制技术引言：随着时代不断发展，我国铁路行业逐渐创新，大量的铁路建设工程被提出，以满足当前的交通需求。
但在实际的施工过程中，受其工程自身的性质影响，不同区域的地质情况差异性较大，需要施工人员有效的克服外界因素的影响进行施工，尤其是部分软弱围岩隧道工程，以此来提升施工整体质量。
一、工程案例分析本文以我国甘肃省某隧道工程为例，该工程为双洞单线分离式特长隧道，隧道总长为19千米，受区域影响，该地区的地质条件较为复杂，如包括断裂带、背斜以及斜向构造等，在实际的施工过程中，直接影响容易发生变形，影响工程的质量。
据相关数据显示，隧道洞身需要穿过的板岩区占总长度的46％，总计各类软岩长度占总长度的84％，为施工带来较大的难度，甚至造成严重的围岩滑塌事故，影响工程的开展。
在施工区域，主要的地层岩性为二叠系板岩夹碳质板岩，导致其围岩受地质构造的影响较大，岩体极破碎，层间结合较差，整体稳定性不高。
在施工过程中，由于围岩地质自身的性质影响，断层带围岩及其破碎，主要采取人工开挖形式，施工进度较为缓慢。
在实际的运行过程中，经常出现喷射混凝土开裂、拱架扭曲变形以及掉块情况，进而影响当前的整体施工质量。
同时，在进行开挖过程中，由于其自身的性质影响，围岩极不稳定，容易发生变形，最终导致支护结构变形，出现侵限情况，二次砌衬出现开裂[1]。
二、隧道高地应力软弱围岩大变形控制技术应用在进行隧道施工过程中，工作人员应结合实际情况对软弱围岩变形情况进行合理的分析，并灵活应用合理的技术进行施工，逐渐更新施工理念，有效的控制围岩大变形情况，提升工程整体质量，具体来说，主要包括以下几方面：（一）新奥法组织施工灵活应用新奥法进行施工，可以从根本上促使施工效率等得到提升，并灵活利用当前的技术理念进行创新，以满足实际的施工要求。
岩爆的成因及防治措施
岩爆的成因及防治措施岩爆是高地应力区的地下工程在开挖过程中或开挖完毕后，由于弹性变形能的瞬间释放而产生爆裂、松脱、剥落、弹射甚至抛掷现象的一种动力失稳地质现象。
岩爆是地下工程施工的一大地质灾害，由于它的破坏性很大，常常给施工安全、岩体及建筑物的稳定带来很多的问题，甚至会造成重大工程事故。
本文将岩爆发生的若干因素及其防治措施作一些讨论。
标签：岩爆影响因素防治措施1引言随着世界经济的发展，人类对各种矿产资源、能源的需求日益增加，且越来越多的地下工程在修建，岩爆灾害也频繁发生。
在地下工程开挖过程中，岩爆是围岩各种失稳现象中最强烈的一种，由于其突发性和强大的破坏性，不仅威胁施工人员和设备安全，而且还严重影响工程进度和工程造价，现在已成为是世界性的地下工程难题之一，引起了国内外的普遍关注，并促进了岩爆研究的进展。
2岩爆的成因2.1岩爆的分类从工程实践出发，考虑岩爆的危害方式、危害程度以及防治对策等，按破裂程度岩爆可分为以下几种。
2.1.1破裂松弛型围岩成块状、板状或片状爆裂，爆裂响声微弱，破裂的岩块少部分与洞壁母岩断开，但弹射距离很小，顶板岩爆的石块主要是坠落。
2.1.2爆裂弹射型岩爆的岩块完全脱离母岩，经安全处理后留下岩爆破裂坑。
岩爆发生时的爆裂声响如枪声，弹射的岩块最大不超过1/3m3，也有粉末状的岩粉喷射。
主要危害是弹射的岩片伤人，对机械设备无多大影响。
2.1.3爆炸抛射型有巨石抛射，声响如炮弹，抛石体积几立方米至数十立方米，抛射距离数米至二十米，对机械、支撑造成大的破坏。
2.2岩爆的发生机制岩爆是高地应力的产物，其机制一般描述为：岩爆是具有大量弹性应变能储备的硬质脆性岩体由于洞室开挖，径向约束卸除，环向应力骤然增加，能量进一步集中，在集中应力作用下，产生突发性胀剪脆性破坏。
弹性应变能伴随声响和震动部分得以消耗。
同时，剩余能量转化的动能使围岩急剧动态失稳，造成岩片（块）脱离母体，获得有效弹射，猛然向临空方向抛（弹）射。
二郎山隧道在高地应力条件下大变形破坏机理的研究及治理原则
文章编号:0451-0712(2000)12-0002-04二郎山隧道在高地应力条件下大变形破坏机理的研究及治理原则李永林(四川省交通厅高速公路管理局 成都市 610041) [摘要] 该文分析了经典小变形理论在大变形中运用的不合理性,阐明了大变形发生的基本条件和破坏机理,提出了以剪切变形产生破坏、断裂分段是围岩大变形的形质准则;以岩体内的应变(应力)流线产生“台阶”现象作为工程研究中产生大变形的判别依据;用锚杆穿越剪切错动分离面,阻止“台阶”处剪切错动分离面的产生和发展,作为治理大变形的主要工程手段。
关键词 二郎山隧道 高地应力 大变形文献标识码:B 川藏公路的咽喉工程二郎山隧道为山体深埋特长隧道,地处二郎山断裂带高应力梯度带边缘,同时,又急速转向大相岭地块腹地应力平稳带的过渡地带。
经采用水压致裂法测量,其成果表明:二郎山隧道处于高地应力区内,最大水平主应力>50 M Pa。
工程实践证明,在高地应力地区开挖地下洞室,软质岩段将产生塑性大变形。
尽管对大变形的预测,国内外学者已做过不少的研究工作,但对高地应力理论的研究不尽成熟,加之地质岩体状况复杂多变,测试手段有限,到目前,尚无统一的判别依据和分级标准。
为了顺利建成二郎山隧道,对软弱围岩在高地应力条件下大变形的发生和破坏机理进行系统的理论分析和研究是非常必要的。
1 研究内容高地应力对深埋隧道工程影响是十分显著的。
到目前为止,由于高地应力而形成的软岩大变形的概念、大变形产生的机理、大变形的定义和判别标准、大变形的治理方法等等,都没有统一的认识,并且以小变形理论为基础,来研究和分析大变形显然不合理。
因此,着重采用以下的研究内容和方法:(1)采用特征线方法理论研究在高地应力条件下的围岩变形规律。
推导在非静水应力场条件下(Κ≠1),服从M oh r—Cou lom n屈服准则,及不相关联塑性流动势的软弱围岩,圆形隧道平面变形问题的塑性区位移场数学表达式以及分布形状和范围。
桐木隧道高地应力下硬岩岩爆与软岩大变形专项方案(恢复).
桐木隧道高地应力下硬岩岩爆与软岩大变形专项方案1、编制依据1）、本项目招标文件及设计图纸、工程量清单。
2）、本项目招标补遗书和答疑书。
3）、蒙西华中铁路股份有限公司编制的《新建蒙西至华中地区铁路煤运通道工程项目管理规定》4）、国家有关方针政策和国家、中国铁路总公司（原铁道部）现行铁路技术标准，设计规范，施工规范，施工指南，验收标准和相关规定等。
5）、现场踏勘调查的相关资料。
6）、我单位的技术力量、设备能力等。
2、工程概况桐木隧道位于江西省宜丰县方溪镇，隧道进出口里程分别为DK1702+770、DK1708+142，隧道全长5372m，为单洞单线隧道，隧道最大埋深282m，本隧道设置斜井1座，位于线路右侧，斜井与正线相交于DK1705+480处，与正线大里程夹角123.5°，斜井长度为737m。
表2.1-1 主要工程数量表3、自然条件及工程环境3.1、地形、地貌隧道区域地貌主要为剥蚀低山区，最高海拔590m，山脉、沟谷大致呈WE向展布，地形起伏较大，相对高差200~400m,自然坡度多在30~45°之间，局部陡峻，植被发育，多为高大茂密乔木、杉树和毛竹。
山间谷底多狭长。
倾斜，为荒地。
3.2、水文地质（1）地下水的类型隧道区地下水类型主要为松散岩类风化层孔隙潜水、基岩裂隙水与构造裂隙水，受大气降水及地表水补给，向低洼处排泄。
基岩裂隙水分布与强~弱风化基岩裂隙中。
隧址区多为变质岩和侵入岩，弱风化岩岩体较完整，地下水不发育；岩性侵入接触带、节理密集带地下水较发育。
构造裂隙水主要发育在断层中，地下水发育。
（2）γδ22a 雪峰期晚期花岗闪长岩岩体中存在区域裂隙中浅循环的裂隙潜水，岩石富水性中等。
Ptsh元古界双娇山群千枚岩存在沿层理和片理裂隙浅循环的裂隙潜水和沿构造断裂带深循环的裂隙脉状水，岩石富水性较差。
（3）地下水位，补、径、排特征大气降水为隧址区地表水，地下水的主要补给来源，其动态变化受大气降水影响明显。
隧道高地应力特点分析及处理建议
| 工程前沿 | Engineering Frontiers·34·2020年第18期隧道高地应力特点分析及处理建议韦 猛，童 源，李劲锋（成都理工大学，四川 成都 610059）摘 要：近年来，在社会经济稳步发展的背景下，我国隧道工程事业发展迅速。
但是，在隧道工程实际工作开展过程中，也面临一些较为困难的问题。
比如，隧道高地应力在防控不当的情况下会对隧道工程造成较大的灾害，使施工地段发生大变形、施工地段初期支护效果丧失等，进一步影响隧道工程施工的质量及安全性。
为了提高隧道工程施工质量、保障施工安全，文章根据某隧道工程实例，分析了高地应力隧道变形特点及隧道高应力区域施工稳定性特点，提出了针对隧道高地应力危害的相关处理建议，希望能为相关工程提供参考借鉴。
关键词：隧道；高地应力；处理建议；施工质量中图分类号：U451.2 文献标志码：A 文章编号：2096-2789（2020）18-0034-02作者简介：韦猛，男，副教授，研究方向：隧道与地下工程。
相关研究表明，不同的国家对高地应力的定义存在差异[1]。
高地应力不等于水平地应力，且比垂直地应力大，高地应力属于地质学的范畴，指的是岩石抗压强度和地应力之间的比值。
高地应力对隧道工程造成的灾害非常严重，以硬脆性岩体为例，岩爆对软岩的影响主要表现为洞室大变形。
笔者根据多年的隧道工程施工经验，发现隧道高地应力易影响隧道施工的进度、质量及安全，此类隧道的构造应力易导致隧道受到挤压，进一步产生大变形。
因此，在高地应力隧道施工期间，落实有针对性的处理技术非常关键。
通常情况下，高地应力隧道施工过程中需控制好工程的进度，保证工程能够顺利完工；同时，对隧道大变形地段，需加强施工监管，落实现代化科学施工技术，确保整体隧道施工的质量及安全。
因此，文章围绕隧道高地应力的特点及处理建议进行分析研究具备一定的价值意义。
1 隧道工程项目实况某隧道工程为国内某高速公路当中的一段区域，其左线长度为3163m ，右线长为3177m ，归类为大隧道类型。
成兰铁路高地应力软岩隧道大变形发生机理及控制技术
下沉达１５５
ｃｍ。
（２）变形速率高 奥地利的陶恩隧道最大变形速率高达２００ 一般也达５０～１００
ｍｍ／ｄ。 ｍｍ／ｄ，
（３）变形持续时间长 由于软弱围岩具有较高的流变性质和低强度， 开挖后应力重分布的持续时间长，变形的收敛持续 时间也较长。日本惠那山隧道时间大于３００ （４）支护破坏形式多样 由于原始应力状态因方向而异，围岩也具有各 向异性，初期支护常常不均匀受力，破坏形式也是 多样的。喷层开裂、剥落先在受力较大的部位发 生，锚杆锚固作用失效。型钢拱架或格栅发生扭 曲，坍塌随即发生。衬砌做好后，大变形常使衬砌 严重开裂，挤入净空。底部上鼓使道床严重破坏只 好中断行车。 （５）围岩破坏范围大 高地应力使隧道周边围岩的塑性区增加，破坏 范围增大。特别是支护不及时或结构刚度、强度不 当时围岩破坏范围可达５倍洞径。一般锚杆长度 伸不到弹性区，这常是导致喷锚支护失效的根本 原因。 （６）掌子面挤出位移大，稳定性差 隧道开挖后，高地应力使隧道周边围岩的塑性 区朝开挖面方向扩展，诱发纵向挤出变形明显，常 规封闭掌子面的喷射混凝土不足以抵抗该变形的 发展，致使其多处开裂，掌子面附近的支护体系破 坏严重，有的钢架发生剪切断裂，掌子面难以稳
１５０ ｄ。
ＭＰａ。隧道采用新奥法施工，施工过程中上断
面的净空位移１００～４００ ｎｌｌＴｌ，最大到４１ｌ ｒａｍ；下断 面的净空位移最大为２００ ｍｍ，拱顶下沉为１０～
１００ ｍｍ。
（２）惠那山隧道 日本惠那山隧道长８．６３５ ｋｍ，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１．７～３．０ ＭＰａ，隧道埋 深为４００～４５０ ｍ，原始地应力为１０～１１ ＭＰａ。施工 时在地质最差的地段，拱顶下沉达到９３０ ＩＴｌｌｌｑ，边墙 收敛达到１１２０ ｍｍ，有６００
211038309_隧道围岩稳定性及岩爆段快速施工研究
- 97 -工 程 技 术0 引言隧道工程施工中不可避免地会穿越不良地质体，例如岩溶、软弱围岩和岩爆地层，在这些地层中施工掘进、爆破震动产生的扰动以及施工开挖卸荷效应会使开挖后的隧道围岩极易出现松动、坍塌和应力集中现象，在深埋隧道和高地应力地段的地层中则更易发生岩爆，围岩的应力也以岩爆释放的方式达到新的岩体应力调整和平衡[1]。
岩爆事故随着岩体的破裂、爆裂和弹射，进而会引发大规模的隧道围岩坍塌，这对隧道工程安全而言是极为重大的挑战，因此有必要对高围压地应力段的隧道围岩稳定性进行研究，并提出一种行之有效和快速安全的施工工法，以提高隧道工程施工的工程效益[2]。
1 工程概况新建铁路广州至湛江高速铁路工程大脊山隧道位于广东省云浮市新兴县境内，进口里程为DK137+035，进口为缓坡，横坡坡度10°~20°，出口里程为DK146+641，出口为缓坡，横坡坡度20°~30°，坡面大量分布风化残留孤石，隧道场区为中山地貌，地表起伏较大，相对高差850m 左右，隧道最大埋深约648m，隧道进出、口出覆盖层较厚，区内植被发育，多为灌木林，覆盖面积100%。
场区覆盖层为第四系全新统坡洪积层（Q 4dl+pl ）、残破积层（Q 4dl+el）、下伏基岩为燕山早期黑云母花岗岩（γ52（3）c ），其中坡洪积层主要为③-3软塑状粉质黏土，厚度约1~8m，属II 级普通土；坡残积层主要为粉质黏土，主要分布于山体斜坡上，属II 级普通土；⑨-1花岗岩厚度约40m，属于IV 级软岩石，由于差异风化，因此中间见多层0.5m~2.0m厚的强风化及弱风化层，其总厚度为10m~30m，弱风化带属V 级次坚石。
该隧道埋深较大处为燕山期（γ52（3）c ）黑云母花岗岩，DK140+020~DK141+010段埋深大于500m，最大埋深651m，地应力较高，有发生岩爆的可能，采用应力比法测试结果见表1。
第26讲高地应力(岩爆)硬岩地质PPT课件
施工中针对岩爆采取的主要措施： ➢超前钻孔、灌注高压水； ➢短进尺，强支护； ➢松动爆破和震动爆破； ➢开挖面洒水； ➢喷素混凝土和钢纤维混凝土； ➢挂设钢筋网、复喷； ➢施设短锚杆或加密锚杆。
构造锚杆：普通砂浆锚杆，φ22，长5、6.5m两种， 间距2m，布置于拱部。
f2
C
f1
WETsp/st
Φst
WET 2
无岩爆 0.05Rb O
2WET5 中、低烈度岩爆
Φsp E
WET 5
严重岩爆
P Nε
四、岩爆预测
➢岩爆预测的主要判据 •岩性判据
L/Cks
•临界深度判据
Hcr0.3(31R84b(1))
四、岩爆预测
➢岩爆的现场预测
•微震法(A-E法)
Acoustic—Emission方法，又称为亚声频探测法 或声发射法。
四、岩爆预测
➢岩爆的现场预测
•钻屑法
钻屑法是通过向岩体钻小直径钻孔，根据钻孔过 程中单位孔深排粉量的变化规律和打钻过程中各种 动力现象，了解岩体应力集中状态，达到预报岩爆 的目的。
强度较低的岩体在岩爆危险地段打钻时，钻孔排 粉量剧增，最多可达正常值10倍以上，一般认为排 粉量为正常值的2倍以上时，即有发生岩爆的危险。
防治措施：可停止施工作业，退后100 m待避，可设法远
距离向岩爆区岩面喷射水，待岩爆缓解，基本无岩爆迹象 后进行找顶，撬除已松裂的岩片、岩块，进行喷混凝土。 随后在岩爆区钻孔安装锚杆、挂网喷混凝土。
•较强型岩爆
迹象：一般发生在距工作面8 m～50 m的范围内。除有中
等强度的岩爆迹象外，主要特征：从岩爆开始，约l h-2 h 后，岩爆变剧，声音也较响，可听到岩体内部岩石因断裂 而发出的“嘣、嘣、嘣 ”类似闷炮声响，爆裂下来的岩片 也比较大，厚约10 cm～15 cm以上，长×宽约为60 cm×25 cm以上，最大的岩块将近1m ，爆下来岩石量也较多。一 般达到5~6 m3以上，最大时达到10 m3以上。个别片状岩块 由于受挤压破坏掉下后呈微拱形状；有时岩块在脱离母岩 的瞬间发生爆裂，呈粉碎状弹射下来；有时拌有“嘣嘣” 的巨晌，表面上看起来岩体较完整，其实内部已爆裂，敲 击岩面可听到空响声；在现场还可以看至4在两节理面交 接处岩石受挤压破坏成粉碎现象。
高地应力隧道施工技术
▪ 隧底隆起测点间距30—50m，量测频率1次 /7d。
▪ 结构压力、应力监测读数频率1次/d
10.3、数据分析统计
a、原始施工记录 b、时间—位移时态曲线图 c、回归分析曲线图 d、纵断面汇总图
10.4、回归分析
▪ 指数函数
Pmax——围岩最大地应力
Rb——围岩抗压强度
法国隧道协会 中国分级标准 日本新奥法指南
极高地应力 <2 <4 <2
高地应力 2~4 4~7 2~6
一般地应力 >4 >7 >6
2、软岩隧洞开挖后的应力场变化
2.1、高地应力软岩隧道围岩变化特征
塑性硬化区 弹性区
塑性软化区 塑性流动区
2.2、软岩应力—应变曲线 σ
＝a
e
b t
(t=∞时 μ=a)
▪ 对数函数 ＝a＋ b
1 ln t
(t=∞时 μ=a)
▪ 双曲线函数 ＝ t
a bt
(t=∞时 μ=1/b)
最小二乘法确定变量a、b
以
＝a
e
b t
为例
将函数转化为 lnu=lnr-b/t
令 y=lnu ; a=lnr ; x=-1/t 得y=a+bx
a
1400 1200 1000
800 600 400 200
0
变形量(mm)
3 月2 5 日 3 月3 0 日 4 月5 日 4 月1 5 日 4 月2 5 日
初期支护水平收敛变形纵断面图
7、F7断层支护变形特点
▪ 初期支护一般在第6～8天变形量达到约150mm时， 型钢表面喷射混凝土开始剥落