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

发表时间：2019-06-19T11:03:32.700Z 来源：《基层建设》2019年第8期作者：朱科[导读] 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。中交公路规划设计院有限公司四川成都 610041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。

1.2软岩大变形机理围岩产生大变形破坏取决于岩性，即岩体的性质、构造与结构，其次是围岩的地质环境，即地应力、地下水分布等，与支护参数也有较大的联系。围岩大变形发展机理可以归纳为以下几点：⑴软岩流塑

隧道的开挖会改变围岩的应力状态，围岩的应力状态随开挖而调整，在此过程中岩体中闭合的结构面会不断的张开，产生滑移，岩体进一步破碎，此时地下水进入张开的结构面，进一步弱化岩体的强度，导致岩体呈流塑状态而产生较大的周边收敛。

⑵板梁弯曲

对于呈薄层状的围岩，在开挖后，其顶板变形呈弯曲状态，这一现象在高地应力地区更为明显。隧道的法向应力降低而切向应力增加，层状的岩体发生横向或者纵向挠曲，引起顶板和地板在垂直应力作用下引起顶板下沉和底板的隆起，侧墙在侧向应力作用下产生较大的收敛。

⑶结构性流变结构性流变典型的例子就是金川矿地下巷道大变形，这一问题在高地应力地区较为明显，隧道开挖后的数月乃至数年内，围岩的变形随着时间的增长而增长，呈现出显著的时间效应，这就是结构性流变。

⑷松脱

松脱分为差异性松脱和累进松脱扩展，差异性松脱的代表性工程是位于四川的扯羊隧道，特点是地应力已经释放，围岩呈松散破碎状，变形发展较快，延伸至地表，累进松脱的代表隧道是木寨岭隧道，围岩经过浅表生改造作用，岩体破碎，但是地应力尚未完全释放，呈现松动圈累进扩展的特点。

2 软岩隧道支护设计 2.1软岩变形特点软岩的结构较为疏松、重度小、大孔隙率，弱胶结，节理裂隙发育、易膨胀等特点，软岩隧道开挖后的形变压力与支护设计是软岩工程的重要研究内容，根据对软岩隧道的监测结果，发现隧道在开挖后，围岩呈现出以下规律：围岩的变形与压力呈现出显著的阶段性、空间性；隧道的开挖面的压力分布规律与埋深有关，埋深越大压力越均匀；且易形成松动圈[2]。

2.2 支护结构作用机理软岩隧道的支护设计可以分为锚杆支护、挂网支护、喷混支护、注浆支护、钢架支护、混凝土二次衬砌支护等。

⑴锚杆支护作用机理软岩区，锚杆结构是利用围岩自身的强度来完成支护，其主要的作用有：悬吊作用，即锚杆将松散即将掉落的岩块通过锚杆穿过塑性变形区悬吊在深层稳定而完整的岩体上；组合梁作用，对于层状岩体，锚杆可以将多层岩体连接，通过约束变形提高层间的摩阻力，形成组合梁结构；而加固作用则是将松散的岩体在浆液的作用下，连接挤压在一起，以提高围岩的强度。锚杆的长度应根据塑性区宽度确定，最短长度为1.5倍塑性区宽度[3][4]。

⑵喷混作用机理喷混支护与围岩紧贴，可以一定程度上恢复围岩三维受力的状态，阻止其自由变形；混凝土填充节理裂隙，充填表面凹坑，增强围岩的咬合作用，提高围岩的强度；混凝土覆盖在围岩表面，可以起到防风化和止水的作用。

⑶注浆作用机理

20cm两层，采取边放边抗的原则，其水平收敛得到有力的控制，如图