隧道软岩大变形机理及控制研究

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1、隧道软岩大变形机理及控制研究摘要：本文通过理论研究、现场监测及室内试验，了解了该隧道大变形特征，探究了大变形发生的机理，提出了主要控制措施，为其它大变形隧道安全施工提供借鉴。Abstract：Throughthetheoreticalresearch,fieldmonitoringandlaboratorytest,thispaperunderstandsthecharacteristicsoflargedeformationofthetunnel，exploresthemechanismoflargedeformationandputsforwardthemaincontrolme

2、asurestoprovidereferencesforthesafetyconstruct!onofothertunnelswithlargedeformation.关键词：隧道;软岩大变形;变形机理;控制措施Keywords：tunnenlargedeformationofsoftrock;deformationmechanism;controlmeasures0引言当隧道工程穿越高地应力、浅埋偏压、松散破碎或者具有膨胀性质的软岩区域时，围岩大变形极易岀现而且危害极大，其破坏支护结构、侵入断面限界，若处理不当还会造成塌方，甚至导致施工人员伤亡。南昆铁路家竹簣隧道（跨度9.34m）

3、390m的大变形段延误铺轨达4个半月之久，类似的还有青藏线关角隧道、宝中线木寨岭隧道及堡子梁隧道、国道317线鹏捣山公路隧道，给工程建设造成极大的困难。1工程概况十（堰）房（县）高速公路通省隧道为上下行分离式的双向四车道高速公路隧道，主要岩性为武当群片岩，绢云母含量高，构造破碎，岩体软弱。隧道施工过程中多段产生大变形，表现为沿拱架形成多条环向裂缝，裂缝呈上窄下宽趋势，拱脚裂缝最大宽度达30cmo掌子面开挖时岩体结构面发育，共有三组明显结构面。从侧壁变形裂缝中可见岩体完全破碎成块状，有一定构造挤压迹象，片理面及节理面光滑，胶结程度差。2软岩大变形特征通过现场观察和监测，总结出通省隧道软

4、岩大变形特点：①变形破坏方式多：变形破坏方式一般有拱顶下沉、侵入挤压，隧道表现出强烈的整体收敛和破坏，变形破坏机理复杂。②变形量大：拱顶下沉和水平位移大于10cm,有的高达20cm,有时还出现隧道一侧变形偏大，一侧变形小，变形的不对称，使得隧道轮廓发生严重破坏。③变形速率高：软岩隧道收敛速率可以高达35mm/do④持续时间长：由于该区域软岩具有强烈的流变性和低强度，软岩隧道掘进后，围岩的应力重分布持续时间长，软岩隧道变形破坏持续时间很长。3软岩大变形机理3.1岩性对大变形的影响通省隧道所处区域经历过多次构造过程，且隧道埋深大，在地质构造和地应力的作用下，隧道岩体破碎、力学性能差，单轴

5、抗压强度一般小于lOMPa,4)值约10〜20°,C值一般0〜O.OIMPao软弱破碎围岩的塑性破坏计算与其它岩土存在明显区别，设塑性圈内径向应力为or0,切向应力为。90,塑性区内围岩处于极限平衡状态，即?滓■二■?滓■+■(1)由于围岩内原始应力为均匀应力，洞室为圆形,其力学平衡方程为「■+?滓■・？滓・二0(2)解得？滓・=ccot?渍(3)将(3)代入(1)整理得式中，a为洞室半径。?滓・=ccotl■■-!(4)可见，软弱破碎岩体开挖后，塑性圈内应力已与原岩应力场。无关，只与围岩体的C、？渍值有关，而C、？渍值是岩性的一个重要表征参数，因而说明了岩性在围岩大变形机理中起着重

6、要作用。3.2地应力对大变形的影响为了解围岩压力情况，在隧道中埋设了多组振弦式压力盒，如图1。通过监测数据得知衬砌上的围岩压力值都不大，最大在6MPa左右,70%在2〜4MPa之间,小部分小于2MPa;但是考虑监测断面岩体力学性能较差，抗压强度较小，当用抗压强度除以围岩压力时，结果60%介于2〜4之间，尽管该值不是严格意义上的围岩强度比值，但可以做个参考，查相关地应力分级表格属于中等应力，可见，应力在大变形中起到的作用也是不容忽视的。3.3水对大变形的影响通省隧道地质构造复杂,断层破碎带多、节理裂隙发育。由于水的冲蚀作用，可冲走结构面的充填物或使夹层泥化，因而使得结构面间的摩擦阻力降

7、低;由于水的化学作用可使岩石中某些可溶性物质被溶蚀，因而使得岩石孔隙度增加，岩石强度降低。3.4偏压偏压引起的原因在于隧道开挖后的应力重分布。在开挖扰动前，主应力方向（。1）平行于山坡面，其在水平方向的分力产生偏压。开挖前后主应力方向及开挖后断面上应力分布情况见图203.5时间因素影响①岩体的流变性质：所谓流变性质指围岩变形在应力不变情况下不断增长（蠕变）或在变形约束情况下，应力随时间降低（松弛），以及围岩强度随时间降低的性质。②时间的增长加剧了围岩的弱化