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(完整版)高等岩石力学高地应力区隧道岩体工程问题邓荣贵

高等岩石力学

高地应力区隧道岩体工程问题

指导教师：邓荣贵教授

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学号：

1研究背景 (1)

2 高地应力区隧道硬岩岩爆工程问题 (2)

2.1 岩爆现象的认识 (2)

2.2 岩爆分类研究 (2)

2.3 岩爆强度分级研究 (3)

2.4 岩爆形成机理研究 (3)

2.5 岩爆预测研究 (5)

2.5.1 强度理论预测 (6)

2.5.2 能量理论预测 (7)

2.5.3 刚度冲击理论预测 (8)

2.5.4 数学预测 (9)

2.5.5 损伤理论 (9)

2.5.6 以探测技术为基础的岩爆预测 (10)

2.5.7 根据特殊的地质现象进行宏观预测 (10)

2.6 岩爆的防治研究 (11)

2.6.1 改善围岩的物理力学特性 (11)

2.6.2 改善围岩应力条件 (11)

2.6.3 加固围岩 (11)

2.6.4 改进施工工艺 (11)

3 高地应力区软弱围岩隧道工程大变形问题 (12)

3.1 大变形现象 (12)

3.2 大变形的机理与分类研究 (13)

3.3 大变形预测 (16)

3.3.1 挤出预测 (16)

3.3.2 膨胀变形预测 (19)

3.4 大变形防治 (20)

4 存在的问题 (23)

5 学习高等岩石力学的思考 (24)

5.1 收获 (24)

5.2 对课程的希望和建议 (26)

1研究背景

目前，隧道工程己经向“长、大、深、难”方向发展。因而，由于地质灾害、大断面、高地应力、围岩软弱、硬岩、节理裂隙发育、涌水突泥、瓦斯等问题，越来越多的隧道工程的设计与施工遇到了巨大的困难。其中，高地应力、软弱围岩大变形和硬岩岩爆问题是经常遇到且最难解决的问题。

对于埋深大或构造应力复杂的高地应力隧道，开挖后围岩受到高地应力作用的特殊作用，岩体被挤压、拉裂从而产生松弛、蠕变，往往会产生岩爆、大变形等诸多问题。工程中，软弱围岩是指在工程力作用下能产生显著塑性变形的工程岩体，具有软、弱、松、散等低强度的特点，承受荷载的能力极低。在一定地应力水平(或埋深)条件下，对软岩(当围岩级别较高时)隧道施工极易发生塌方及较大的塑性变形。岩爆一般是地下工开挖过程中在高地应力条件下，硬脆性围岩因开挖卸荷导致洞壁应力分异，储存于岩体中的弹性应变能突然释放，因而产生爆裂松脱、剥落、弹射甚至抛掷现象的一种动力失稳地质灾害。它直接威胁施工人员、设备的安全，影响工程进度，己成为世界性的地下工程难题之一。

在塑性围岩中，高地应力的存在将导致围岩产生塑性挤出，洞身变形，初期支护严重破坏；拱顶下沉，拱脚、边墙被挤压移位，喷混凝土开裂。因此有必要对隧道大变形进行研究，以便于进行合理的设计，减少投资。

深埋特长隧道工期长、造价高，施工难度大，且多为穿越山岭等地质构造复杂区域，有深埋特长隧道特有的高地应力、硬岩岩爆、围岩大变形、高压涌水等关键问题。在深埋特长隧道的修建中，正确的判断和预测隧道修建中的各个关键地质问题，是关系到隧道修建成败或投资控制的关键因素。

分析预测岩爆及围岩大变形的关键一方面是岩体力学性质，特别是在高地应力条件下岩石的力学性质如何是其中的核心问题。

国内外许多专家学者已对高地应力、软弱围岩、硬岩等问题做了大量研究工作，但在地下工程计算理论中仍然存在不少问题。尤其是对于我国西北地区广泛存在的高地应力、软弱围岩等特殊地质条件下的结构荷载问题，很难通过理论方法获得解析解。比如，在高地应力软岩隧道中，理论与数值分析中围岩参数和本构模型选取等常常具有经验性或难以确定性，计算所得开挖支护后围岩与结构的受力变形规律难以符合工程实际等。针对这一现实问题，结合工程中出现的问题

和实际需求，在大量调研国内外资料基础上，在高地应力软岩条件下，目前国内外关于从原岩应力场过渡到开挖后的应力状态变化的研究成果较少，有深入研究的必要。

2 高地应力区隧道硬岩岩爆工程问题

2.1 岩爆现象的认识

岩爆是岩体具有高地应力的一种重要地质标志,学术界从多方面对岩爆的进行定义。概括起来，岩爆的概念包括有以下几种观点：（1）伴随有地震发生并以突然或猛烈发生方式对地下开挖的破坏。（2）只要岩体破坏时有声响，产生片帮、爆裂剥落甚至弹射等现象，有新鲜破裂面即可称为岩爆；（3）认为只有产生弹射、抛掷性破坏才能称为岩爆，而将无动力弹射现象的破裂归属于静态下的脆性破坏。

可以看出，人们对岩爆的定义有多种说法，尚无一致认识，大多侧重于产生岩爆的特征进行描述。本人认为，岩爆的定义应包含岩爆的原因，可以将岩爆定义为：岩爆是地下工程开挖过程中，围岩在高地应力条件下，因开挖卸荷导致岩体内储存的弹性应变能大于因克服岩体产生新的裂隙而消耗的应变能，使岩块脱离母体甚至产生弹射抛掷现象的一种动力失稳的地质灾害。

2.2 岩爆分类研究

岩爆分类是岩爆预测和防治的基本依据之一，目前，学术界对岩爆划分方案各有侧重，差异较大，尚未达成共识。有的研究侧重于从岩爆特征进行划分，例如有汪泽斌根据国内外34个地下工程岩爆特征，将岩爆划分为破裂松脱型、爆裂弹射型、爆炸抛突型、冲击地压型、远围岩地震型和断裂地震型六大类；武警水电指挥部对岩爆分类有两种标准：一是按破裂程度将岩爆分为破裂松弛型和爆脱型两大类，二是按规模将岩爆划分为零星岩爆（发生岩爆段长0.5~10m）、成片岩爆（发生岩爆段长10~20m）和连续岩爆（发生岩爆段长>20m）三大类；王兰生教授等将岩爆类型划分为爆裂松脱型、爆裂剥落型、爆裂弹射型和抛掷型四大类；郭志也根据岩爆岩体破坏方式，将岩爆划分为爆裂弹射型、片状剥落型和洞壁跨塌型三大类。而有的侧重于从岩爆的应力作用方式进行分类，例如谭以安和左文智、张齐桂从形成岩爆的应力作用方式出发，将岩爆类型划分为水平应力

型、垂直应力型、混合应力型三大类和若干亚类。徐林生将岩爆类型划分为自重应力型、构造应力型、变异应力型和综合应力型四大类和八个亚类。

本人认为，岩爆分类最终是为岩爆防治方案提供依据，根据岩爆的特征进行分类更容易与防治方案对应，因此更倾向依据岩爆特征进行分类，不论分成几大类，关键是需要与防治方案设计能够很好地对应。

2.3 岩爆强度分级研究

至今为止,对岩爆烈度划分做过研究工作的国外学者有[苏]H.M 佩图霍夫(1972)、[苏]H.M 屠尔昌宁诺夫(1979)、[挪威]拉森斯(1974)、[德国]G ·布霍依诺(1981)等等。德国学者G ·布霍依诺1981年根据岩爆发生时对工程的危害程度，将岩爆烈度划分为轻微损害、中等损害、严重损害三级；挪威岩爆权威人士拉森斯根据岩爆发生时的声响特征、围岩爆裂破坏特征等将岩爆烈度划分为0~3四级。我国谭以安博士依据岩爆危害程度及其几何形态征、发生时的力学和声学特征、破坏方式及破坏过程、破坏程度将岩爆烈度划分为弱、中等、强烈、极强四级;交通部第一公路设计院、铁道部第二勘测设计院则在谭以安博士划分方式基础上将围岩条件和应力条件引入后将岩爆烈度划分为微弱、中等、剧烈三级；王兰生教授依据岩爆危害程度及其发生时的声响特征、运动持征、爆裂岩块形态特征、断口特征、岩爆发生部位、岩爆时效特征、影响深度及b R νσ比值等，将岩

爆烈度划分为轻微、中等、强烈、剧烈四级。

王兰生教授的划分依据考虑了岩爆特征及岩石特性及环境应力条件等，划分依据比较充分，但是b R νσ，比值与岩爆烈度的对应关系在不同区域需要进行适当修正。

2.4 岩爆形成机理研究

从前面国内外学者对岩爆的研究得知岩爆的影响因素多而复杂，岩爆的发生与工程地质因素、工程环境因素和人为开挖因素的作用相关。目前岩爆的发生机制还不完全清楚，国内外学者对岩爆的形成机制有很多研究，形成了各种有代表的理论，现将几种理论综述如下：王清海等认为岩爆的力学机制实质都是在高压应力条件下出现的压致拉裂破坏，即相对于地下工程洞室而言的切向应力作用下的一种剧烈破坏形式。因此无论是劈裂成板，还是弯曲鼓折，都是压致拉裂破坏

的结果。而弹射现象和抛射现象只是压致拉裂破坏后,岩体内蓄积的弹性应变剩余能量进一步释放的结果。

E.Hoek、Zoback教授等认为，岩爆是高地应力区洞室围岩剪切破坏作用的产物。国内，许迎年等分别通过先开孔和后开孔两种方式进行的岩爆模拟试验也得出“岩爆”围岩总体为剪切破坏。杨淑清教授等通过天生桥二级水电站引水隧洞相似材料岩爆机制物理模拟试验,总结出岩爆造成围岩劈裂破坏和剪切破坏二种机制。并且认为它们是二种应力水平的产物,即劈裂破坏属脆性断裂,而剪切破坏是岩石应力达到峰值强度状态时的破坏;周德培等〔洲通过太平骚隧洞岩爆特征分析认为当发生小规模岩爆时属于劈裂破坏,而发生大规模岩爆时属于剪切破坏。谷明成通过对秦岭隧道内的岩石进行室内试验认为岩爆的形成发生过程中既有张性劈裂破坏，也有剪切破坏，是以劈裂破坏为主的张剪复合型破坏机理。李育枢等洲根据大量的岩爆岩石断口微观形貌观察，总结其微观断裂方式主要有3类，即拉张破坏、剪切破坏和拉剪复合破坏。王兰生教授等将岩爆作用与岩石在三向应力条件下的压缩变形破坏全过程加以对照，认为岩爆力学机制可以归纳为压致拉裂、压致剪切拉裂、弯曲鼓折三种基本形式，也可以多种组合方式出现。

国外霍依诺提出的夹持煤体理论认为,煤体处于顶底板夹持之中,夹持特性决定了煤体一围岩系统的力学性质,认为煤体一围岩交界处超过极限平衡值将产生岩爆。

Cook等人在总结了南非十五年来的岩爆研究与防治的基础上于20世纪60年代提出了能量理论。他认为围岩震动等现象需要大量能量，而这样大的能量仅来自被破坏矿体本身是不够的，一定与周围的介质有关。岩爆发生后，围岩—矿体力学系统的平衡状态被打破，转变到新的平衡状态，若其力学平衡破坏时所释放的能量大于所消耗的各种能量时，即产生岩爆。

Cook和Hojem设计制造了刚性试验机，首次得到了大理石的全程应力—应变曲线。认为试样产生猛烈破坏的原因是由于试件刚度大于试验机刚度所致。Cook将所得到的结论用于解释矿山发生的岩爆现象，在一定程度上揭示了岩爆的实质。

国外Dyskin和Germanovich提出，平行于自由表面生长的裂纹被自由表面控制，达到一定长度后便发生非稳定生长，这种非稳定扩展可以导致岩石以薄层

的形式脱离母岩。Hsiung认为，诱发岩爆的条件包括高地应力、岩体的高强度及存在自由表面。国内，李广平认为岩爆是围岩在洞室开挖过程中发生应力调整时，岩体中的预存裂纹扩展而引起岩体发生宏观脆性断裂的结果。谭以安认为岩爆是一渐进破坏过程，其形成过程可分为“劈裂成板一剪断成块一块片弹射”三个阶段。王敏强、侯发亮〔祠采用脆性弹簧支承下的板梁失稳力学模式对锦屏水电站长探酮岩爆进行分析认为岩爆的破坏面属于板裂化结构，当临空面岩层(板梁)与内层之间的弹簧拉力或相对位移达到一定值时出现离层，但是由于应力的重新分配和内岩层约束扼制了离层的迅速扩散。板梁上的无弹性支承段随变形增长，裂隙扩大，剩余弹性支承迅速断裂，导致岩片脱离母岩。

岩爆实录资料表明，现有的静力学岩爆机理理论还不能对若干重要的岩爆问题做出合理解释。如秦岭隧道TBM施工时并未发生岩爆，但是采用矿山法施工的隧道却发生了岩爆。我国天生桥、太平驿、二滩及挪威Sima等大型水电站引水隧洞及川藏路二郎山、福建九华山、重庆陆家岭公路隧道的岩爆一般在爆破以后的一定时间段内发生，强度随着时间的推移而减弱。这些都说明岩爆的发生与爆破的动力响应有关。岩爆的动力学机理方面，动力干扰对岩爆的贡献越来越引起人们的关注。

综上所述，由于影响岩爆的因素较多，迄今为止人们对其形成机理的认识还没有统一。但是可以看出学者们对岩爆的机理研究从力学特性方面来看可以分为静力学机理和动力学机理。从岩爆破坏形势上来看分为剪切破坏和张拉破坏。通过对大量学者的研究成果进行综合分析看出，引起岩爆最根本的因素是岩石的强度及地应力量级和开挖等外荷载的扰动，因此岩爆的机理可以概括为处在一定应力环境中的硬脆性岩石，在外力扰动下使得围岩中积聚的应变能大于克服岩体破坏吸收的能量后使岩石以张拉或剪切破坏或张剪复合破坏的形式脱离母岩的一种动力破坏。岩爆的预测应该根据岩爆的机理主要从岩石的特性及地应力大小及能量转移三个主要方面进行分析。

2.5 岩爆预测研究

岩爆灾害影响因素众多，由此也决定了岩爆预测的多样性及复杂性，目前国内外学者己从强度、刚度、能量、稳定、断裂、损伤、分形和突变等方面对岩爆进行分析，提出各种的假设和判据，得出了十余种判别指标，并取得了一些成果

主要体现在以下几方面：

2.5.1 强度理论预测

b R θσ (应力强度比)判据法：这是国内外运用得最多的一种判据，因此国内

外学者做了很多工作，提出了多种评判方法。Turchaninov 根据科拉半岛希宾地块的矿井建设经验，提出了岩爆活动性由洞室切向应力θσ，和轴向应力L σ之和与R σ之比值确定，Russenes 应用有限元计算和Kirsch 方程：max 133θσσσ=-，计算洞壁最大切向应力max θσ，利用max θσ及其岩样上点荷载强度s I 值，他绘制出

岩爆烈度与隧道洞壁max θσ和s I 的关系图，用于预测岩爆和判定岩爆等级。国内

的徐林生、王元汉等人根据国内实际情况对其评判依据进行了修正，姜晨光等根据洞窟的侧壁水平应力c σ和拱顶竖向应力D σ及岩体极限压碎强度x σ ,的关系提

出当C D x σσσ=≥时，就有可能发生岩爆的极限应力均衡法。但该方法不能对

岩爆的烈度进行判别，具体各种判据的评判依据可见表2-1。

表2-1 国内外岩爆判据表

b l R σ(强度应力比)判据法：考虑到采用强度应力比预测岩爆不容易得到洞

壁的切向应力θσ，有学者将岩石单轴饱和抗压强度b R 与最大主应力1σ的比值来

预测岩爆，陶振宇在总结多个工程经验的基础上，修正了曾采用的Barton 法,提出了将岩石单轴抗压强度C R 与最大主应力1σ之比值作为岩爆判据。其评判依据

见表2-1。从强度理论表达式不难看出，它主要是考虑的是岩石的力学特性和地应力

的关系，表达式简单，并在工程中取得了一定的成果。但是该理论并未考虑能量的积聚和转移，即是只能阐明岩体是否破坏，不能回答岩石的破坏是稳定破坏还是失稳破坏。岩石的抗压强度主要是通过室内单轴试验得到，离散性很大，特别是当有微裂隙发育影响岩石的抗压强度时从公式可以得到抗压强度越低岩爆烈度反而越大，笔者认为强度理论应该限定岩石的抗压强度在一定的范围内或者说应该考虑岩体的结构面的影响，再进行岩爆烈度预测会更接近实际情况。

2.5.2 能量理论预测

波兰A.Q.Kidybinski 提出采用岩爆弹性应变能指数（et W ）判据法判断和预

测岩爆，其测定方法是：用岩石单轴抗压强度试验，将试件加载到其峰值强度的70~80%，然后卸载。达到峰值强度以前积累的弹性应变能sp ψ和耗损的弹性应变

能st ψ之比值，定义为岩爆倾向性指数et W （sp ψ、st ψ为加、卸载应力—应变曲线

下包围的面积），示意图见图2-1。其评判依据为2et W <无岩爆，

2.0 5.0et W ≤<轻微到中等岩爆， 5.0et W ≥为强烈岩爆。根据单轴压缩条件下岩石达到峰值强

度以前所储存的弹性能W 的大小来预测岩爆。2(2)et c s W E σ=，式中c σ为单轴抗

压强度，MPa ；s E 瓦为卸载切线弹性模量，MPa 。40W < k /mm3为弱岩爆；

40100W ≤

图2-1 单轴卸荷应力一应变曲线

能量理论的基本观点可总结为：围岩系统在其力学平衡遭到破坏时，如果岩体所释放的能量大于岩体破坏所消耗的各种能量，即认为产生岩爆。能量理论在一定程度上反映了岩爆的实质，评判依据简单，作为定性预测起到了一定的积极作用，但是能量理论考虑到在岩石的破坏过程中还伴随着有其它的能量释放（如声能、热能等），因此用此观点得出的结论往往放大了岩爆的烈度。另外采用的评判依据是室内岩石单轴加卸载试验得到，因岩石为各向异性，试验数据的离散性很大，往往不易得到理想的卸载曲线，加上岩石处在三向应力环境中，采用单轴试验与实际工作条件存在一定的差异，因此也注定了其应用的局限性。

2.5.3 刚度冲击理论预测

Cook 和Hojem 认为当广义岩石力学系统中非破裂体的刚度K 小于破裂体的瞬时刚度s K 将会产生岩爆。刚度理论揭示了岩爆发生的原因，对于工程实践具有

重要的指导意义。但刚度理论没有反映出岩爆力学系统的动力过程。有些文献中指出应用岩石的脆性指数预测岩爆，即岩石峰值强度前的总变形f L 了与永久变

形b L 之比来描述，脆性指数越大，岩爆越强烈，具体对应关系见表1-2。另一种

表示方法就是用岩石的单轴抗压强度R σ与岩石的单轴抗拉强度t σ的比值B 来表示。唐礼忠分析了前两种方法的不足，提出一种新的预测方法，评价指标()()r T f b B σεε=?，

其中f ε为峰值前的总应变，b ε为峰值后的总应变。具体对应关系见表2-2。

表2-2 刚度冲击理论岩爆判据表

可以看出刚度冲击理论表达式简单、直观，它主要考虑的是引起岩爆发生的内因岩石特性，而且没有反映岩爆的力学系统的动力过程，特别是刚度理论中结构的刚度无统一的计算式，而冲击理论中岩石特别是硬脆性岩石的峰值强度以后的曲线不易得到，所以这一理论的应用受到了限制。

2.5.4 数学预测

模糊数学综合评判预测：岩爆是受多种因素制约的模糊问题，其内在联系很难用一个精确的数学公式加以表达；谭以安、王元汉、谢学斌等人采用模糊数学综合评判方法，选取影响岩爆的一些因素(诸如地应力大小、岩石抗压和抗拉强度、岩石弹性能量指数、岩体结构与水文地质特征等)，对岩爆的发生与否及其烈度级别进行预测，并取得了一些成果。宫凤强等引入马氏距离，建立距离判别分析模型对隧道岩爆进行预测，但是并不能对岩爆的烈度大小进行预测。

BP神经网络预测法：BP网络是误差逆传播网络的简称。它由输入层、隐层和输出层组成，每层有若干个神经元组成。输入层用来接受外界信息，输出层对输入层信息进行判别和决策，中间的隐层用来表示和存贮信息。采用人工神经网络进行岩爆预测，能够使实测的资料个别误差不会对预测结果产生很大的影响,同时方法可以综合考虑更多的影响因素，国内外学者从积累的工程实例中抽取岩爆模式特征，建立输入模式输出模式对，采用自学习的方法建立从输入模式到输出模式的非线性映射，并进行推广，由网络推理出待识别岩石岩爆发生的可能性和烈度。

统计分析宏观预测法：钟云光等认为，根据前述岩爆的特征、产生的规律及结合人工听声等大量的观察统计，及时进行分析可以预测岩爆发生的部位、在断面上的位置、发生时间、破坏面特征、岩爆块的大小等。

谢和平、Coughlin利用分形几何和损伤力学研究了岩爆诱发的微地震，当接近一个主岩爆时，微地震事件的集聚程度明显增加，并相应地出现分形维数值的减小。最低的分形维数值通常出现在一个主岩爆临近产生之时。这样，分形维数的变化就有可能用来进行岩爆的预测预报。单哓云等认为，岩爆过程释放能量的一部分以声波形式传播，这种现象称为岩石声发射，可以利用突变理论对声发射参数进行处理，建立岩爆预测预报模型，从而对岩爆进行预测。

2.5.5 损伤理论

1982年Krajcinovie就提出了一种统计损伤模型，刘小明、潘一山等人认为岩石弹性模量E和峰后降模量λ之比是决定洞室稳定性的重要参数，Eλ越小，即岩石脆性越强，发生岩爆的临界载荷越小，相应的临界损伤区深度也越小，洞室就越容易发生岩爆。而Eλ越大，即岩石脆性越弱，塑性越强，则发生岩爆的

临界载荷越大，相应的临界损伤区越大。当E λ=∞，即对应于理想弹塑性材料,临界载荷*P =∞，即不能发生岩爆。同样临界载荷随摩擦角功的变化也有类似的规律。

2.5.6 以探测技术为基础的岩爆预测

根据付小敏和刘正雄资料，无论是室内试验，还是现场初步监测结果，都表明：声发射信号急剧增加超前岩体（石）的变形破坏，根据这一特点，可以将岩体声发射技术推广应用到岩爆监测预报中去。在国外，Mansurov 等提出采用AE 技术来预测岩爆。另外也可以采用地质雷达、红外线及微震观测配合地质人员作地质预测预报工作。

2.5.7 根据特殊的地质现象进行宏观预测

岩爆的发生不仅取决于地应力条件，而且还与岩性及其分布特征、岩体结构、断裂和地下水状况等其它特殊地质现象有关。这些特殊的地质现象诸如：钻孔岩芯饼裂现象；现场大剪试验或表面应力解除时，岩体四周被解除后，底部会自动断裂，甚至会被弹起，并伴有断裂声；应力一应变曲线异常等。侯发亮认为，岩爆虽然多发生在水平构造应力较大的地区，但如果洞室埋深较大，即使没有构造应力，由于上覆岩体效应，洞室也可能会发生岩爆，并提出只有自重应力情况下

的岩爆发生的临界埋深为[0.38(1)]/[(34)

]cr b H R μμγ=--，式中μ为泊松比；γ为岩石重度。李忠、谭以安认为只有结构面发育适中的岩体，才能在岩体中聚集大于岩爆所需的能量，结构面太少或过多都不易产生岩爆，根据岩爆实录提出节理数为4-6条最易发生岩爆。

以上诸多岩爆预测判据在实际工程中被广泛应用，并取得了一定的效果。然而，岩爆的产生是多种因素共同作用的结果，仅对影响岩爆发生的某一个因素进行讨论，必然会产生片面性和局限性。因此岩爆的预测要综合多个因素进行讨论，笔者认为岩爆的产生有岩石特性决定的内因及环境条件及外力扰动的外因，因此进行岩爆预测主要考虑的几个核心理论是强度理论、能量理论、刚度冲击理论，其它大部分理论是该三个理论的延伸或发展，但是如何利用该三个理论对岩爆进行预测还没有一个好的关系式，或者说并没有一个理论能够在某一方面完全解释岩爆。这就决定了借助计算机的多因素综合模糊数学综合评判方法及人工神经网

络预测岩爆将会被广泛应用到生产实践中，关键是需要运用各种理论解决好各因素的权重分配问题。

2.6 岩爆的防治研究

针对岩爆的发生机制，采用针对性的防治措施，可以防止岩爆发生或降低岩爆烈度级别。目前施工中常从以下几方面考虑：

2.6.1 改善围岩的物理力学特性

主要措施是爆破后立即向掌子面及附近洞壁喷洒高压水或利用炮眼及锚杆孔向岩体深部注水，目的是降低围岩强度，增强其塑性，减弱其脆性，释放应变能并将最大切向应力向围岩深部转移,降低岩体积聚应变能的能力，最终降低岩爆的剧烈程度。

2.6.2 改善围岩应力条件

根据国内外施工的工程经验，岩爆地段采用钻爆法施工时，如果采用短进尺掘进，减少药量，控制光爆效果，可减少围岩表层应力集中现象。轻微、中等岩爆段尽可能采用全断面一次开挖成型的施工方法，以减少对围岩的扰动，降低应力集中程度。强烈以上的岩爆地段，必要时也可采用分步开挖的方法，以降低岩爆的破坏程度，但在施工中应尽量减少爆破震动触发岩爆的可能性。采取超前钻孔应力解除、松动爆破或震动爆破等方法，可以使围岩应力降低，能量在开挖前释放。

2.6.3 加固围岩

对不同烈度的岩爆一般采用不同的加固处理措施。山民江太平驿水电站地下开挖工程和二郎山公路隧道岩爆地段采取了锚喷支护的方法加固围岩，在施工实践中取得了良好的效果。福建九华山隧道洞内缓爆型岩爆的地段，主要采用喷浆法处理，采用较高标号的混凝土，将隧道表层破裂岩体联固；隧道洞内速爆型岩爆的地段，则主要采用喷射混凝土或钢纤维混凝土结合布设系统锚杆的处理方法。喷射混凝土或钢纤维混凝土则要等岩爆的两个破坏阶段结束后才能开始，一般喷射三次，在未喷射混凝土前，临时加挂高强度尼龙绳网来降低岩爆产生的破坏力，在施工中取得了良好的效果。

2.6.4 改进施工工艺

该方法主要用于隧道中预计可能发生岩爆的洞段内，通过人工进行垂直于掌

子面的超深钻孔施爆作业，在掌子面内形成一个相当深度的破碎带，以减轻掌子面上的压力，从而降低岩爆发生的可能性和影响范围。采用光面爆破，减少周边孔径，使用小药卷和高端毫秒雷管，降低同段起爆药量，尽量消除隧道内爆破作业诱发岩爆的因素，并使开挖掌子面周边基本圆顺，减少隧道壁上岩体表面聚能结构的数目，尤其要避免出现棱角状突起或凹面，以防止产生新的局部应力和能量的聚集。并对于隧道壁中己经松动的岩块基石清除，减少岩爆岩块的数量。

3 高地应力区软弱围岩隧道工程大变形问题

隧道工程围岩大变形作为一种严重的地质灾害，对隧道工程建设产生严重的影响，一旦发生围岩大变形，将给工程建设带来相当大的损失，引起了国内外学者的广泛关注，国内外学者在理论和生产实践中做了不少的探索工作，但由于现场地质岩体状况复杂性，大变形理论的研究不尽成熟，目前的研究工作主要在以下方面。

3.1 大变形现象

对于大变形的定义，徐则民等根据大变形的6个特征对大变形进行了概括描述，何满潮认为大变形可分为弹性大变形和塑性大变形，软岩的大变形问题是一个塑性大变形问题，塑性大变形区别于弹性大变形和小变形的显著标志是前者与过程紧密相关，喻渝从围岩变形量上给大变形作了界定，认为围岩变形量超过正常规定的2倍，围岩变形为大变形。然而翁汉民认为，不能从变形量的绝对值大小来定义大变形问题，而其本质是由剪应力产生的岩体的剪切变形发生错动、断裂分离破坏,岩体将向地下空洞方向产生压挤推变形来定义大变形。张祉道认为当采用常规支护的隧道由于地应力较高而使其初期支护发生程度不同的破坏且位移值与洞壁半径之比达到一定值时，就叫发生了大变形。Saari也是根据隧道的切向收敛值与隧道初始轮廓线的比值，即用隧道的相对变形量来定义大变形，并提出了评价标准。

由此，可以看出，对于围岩大变形的定义国内外还并没有完全统一的定义，笔者认为，定义大变形应该同时考虑围岩的绝对变形量和相对变形量，绝对的变形量应该与隧道的不同建筑限界的要求而定，而相对变形量可以考虑隧道的变形

与洞径的关系，这样才能更好地为大变形预测和设计提供依据。

3.2 大变形的机理与分类研究

现有的研究表明，发生大变形的围岩一般被称为软岩、挤出性围岩或膨胀岩。相应的分类主要体现在以下几个方面：软岩在高地应力作用下的挤出剪切变沁，膨胀性岩石在遇水条件后发生膨胀变形后挤出变形，施工期的大变形及长期的结构流变。

张祉道认为大变形的机理是在软岩中开挖隧道后应力发生重分布，在应力调整过程中其应力水平大于围岩体的强度后发生塑性剪切变形。刘泉声等根据Terzighi的有效应力原理认为深部岩体处于很高的水头压力作用下，围岩体内渗透压力很高。在断层、破碎带及节理裂隙发育地段，由于巷道开挖后形成出水口，致使巷道表面一定深度范围内水流速度大大加快，孔隙压力降低幅度很大，围岩体内有效应力大大提高，因而使得这些地段本来就软弱的岩体产生破坏失稳。卿三惠等根据乌鞘岭特长隧道大变形的实例分析认为大变形与高地应力、围岩强度、支护措施及施工方法等因素有关。认为围岩压力超过岩石（岩体）的极限抗压强度时，岩石（岩体）将发生变形破坏。并认为，深埋高地应力及软弱围岩是隧道产生大变形的内因，初期支护力度不足及施工方法不当等是外因，两者共同作用产生了隧道围岩大变形。何满潮等根据各种类型的大变形总结后认为其变形机理是围岩与支护结构强度和刚度不祸合，大变形失稳是一个渐近过程，是先从一个或几个关键部位发生变形破坏，再逐渐扩展到整个工程破坏。提出应将软岩从地质软岩和工程软岩分别定义。并按照软岩产生塑性变形的机制不同将软岩分为膨胀性软岩(或称低强度软岩)、高应力软岩、节理化软岩和复合型软岩，并在此基础上又分了13种亚类。张志强、王明华等也对含软弱夹层岩体对洞室稳定性影响进行了分析。

陈宗基教授认为围岩收敛变形机理应包括塑性楔体、流动变形、围岩膨胀、扩容、挠曲五个方面。郭敲良等通过对乌鞘岭隧道变形情况进行研究后，认为隧道围岩大变形是在较高的构造应力与上覆重力共同作用下，软弱围岩不能承受该作用力，由于软弱岩层的自身承载强度很低，而高压作用下的流变性较强，因而导致持续性的大变形。姜耀东等根据现场观测、物理模拟和数值模拟总结出软岩巷道底鼓的机理为：整个巷道都位于松软碎裂的岩体内时，由于围岩应力重新分

布和远场应力的作用，底板破碎岩体的挤压流动性底鼓或在高应力下使底板岩层形成剪切破坏楔块的剪切错动性底鼓和底板为膨胀岩时，遇水膨胀的膨胀性底鼓。吴和平等认为在软弱岩层或不良岩层中开挖隧道或巷道，软岩本身存在流变变形的特性，失稳破坏与时间因素有关，是软岩蠕变导致岩体内裂缝扩展，最终导致围岩的破坏失稳。

郭富利等结合宜万铁路堡镇隧道分析了含有软弱夹层围岩变形破坏的原因,认为大变形破坏的机理是软弱夹层与较好岩体的弹性模量、厚度不同，弯曲程度不同，导致两种岩层发生离层，在高地应力的作用下，最终发生破坏。

李永林润对二郎山隧道的大变形分析后认为大变形与小变形破坏的区别在变形破坏机理上就存在性质差别，大变形的机理是隧道开挖后软弱围岩从弹性状态向弹塑性状态发展，在高应力作用下再出现破碎台降和剪切台阶并最终导致大变形失稳。

由此可以看出，大变形产生机理主要有膨胀性围岩遇水膨胀剪切挤出作用、高地应力作用下软岩塑性变形和局部水压及气压力的作用，或是单因素的作用，或是多因素的共同作用。可以说岩性条件是发生大变形的内因，而地应力条件及开挖卸荷作用是外因。

大变形都是发生在软岩隧道或相对软岩隧道中，但是，至今岩石工程学界仍未就软岩的概念达成共识，软岩的定义有十几种之多。有的指岩石，如国际岩石力学学会定义的软岩是指单轴抗压强度为0.5~25MPa的一类岩石，如泥岩、砂页岩及泥灰岩和变质岩类的片岩、板岩、千枚岩、蛇纹岩、页岩、煤系地层等类岩石称之为软岩；有的指岩体，如1984年煤矿矿压名词讨论会（昆明）将软岩定义为“强度低、空隙大、胶结程度差、受结构面切割及风化影响或含有大量易膨胀粘土矿物的松、散、软、弱岩层（体）”。有的学者定义的软岩除了强度低的岩体外还包括了高度碎裂化岩体,如断层破碎带岩体等。

大变形是相对正常变形而言的，不同的国家规定了设计的预留变形量，如表

3-1所示，有的国家和地区还基于此提出了大变形的分级标准。

表3-1 挤压性隧道的大变形预留变形量

喻渝从变形量出发,取预留变形量的0.8倍作为正常变形值的上限，取上述正常值的2倍作为大变形的上限。刘志春的分级标准考虑的因素较全面，结合乌鞘岭隧道的特点将大变形分级标准分为设计和施工两个阶段，在设计阶段根据围岩力学参数及地应力测试结果，确定了大变形的分级标准如表3-2所示，在施工阶段结合围岩物理力学指标、现场量测及理论分析结果，分别考虑相对变形、强度应力比、原始地应力、弹性模量、综合系数及围岩支护特征采用综合指标确定大变形标准如表3-3所示。

表3-2 设计阶段大变形分级标准

国内外的学者从影响大变形的多种因素出发，根据预测的大变形特征进行了多种分类标准，主要的分级标准如表3-4表3-7，但是本人认为，大变形的分级应该与大变形的定义统一，应该与隧道的建筑限界要求为参考进行分类。

表3-3 施工阶段大变形分级标准

3.3 大变形预测

围岩大变形的预测是大变形研究中最重要的内容，尽管在这方面的研究己经积累了一些研究成果，然而，这方面的研究仍然是大变形研究领域中最薄弱的环节。导致围岩大变形的主要因素是岩石物理力学特性、岩体结构和围岩应力集中程度，其中软弱岩体，或者断层岩及破碎带，并且围岩集中应力较高的围岩容易出现大变形。基于此，隧道围岩大变形可能性的预测分析主要有两种方法：一是根据隧道围岩类别及其力学特性和围岩应力集中值，利用塑性理论和流变理论分析围岩流动变形量值，预测围岩产生大变形的可能性；二是建立软弱围岩及其附近相对坚硬围岩共同构成的结构力学模型，利用弹塑性和粘弹塑性数值模拟计算围岩流动变形量值，预测围岩产生大变形的可能性。大变形的预测方法总结起来可分为挤出预测和膨胀预测两大类。

3.3.1 挤出预测

Muirwood提出用坚固系数来预测隧道围岩稳定性（挤出），坚固系数被定义

γ的比值。后来，这一参数在日本被用以为单轴抗压强度和上覆围岩自重应力H

进行软岩隧道围岩切应力或垂直土应力与单轴抗压强度的比值。

Saari把挤出现象视为岩石的弹—粘—塑性行为，并以此为基础进行了一些

ε来识别和预测数值分析，对某些特殊情况给出了收敛解，提出用隧道的切应变

岩石挤出，发生挤出的临界应变值为1%。

隧道高地应力的特点分析以及处理建议

隧道高地应力的特点分析以及处理建议摘要：针对工程施工中的隧道高地应力的力学进行了探究和分析，并针对隧道高地应力的挤压变形之特性，对隧道施工的过程中高地应力引起的隧道变形进行了详细分析。介绍了大变形的机理，另外，对典型的地段也进行了清晰的研究，并确定出了大变形地段合理、安全、经济的支护参数。以宜巴高速公路的峡口隧道段为例，详细的介绍了应对隧道高地应力特点的有效的施工措施和技术对策等，可确切保证隧道施工的安全性。峡口隧道高地应力的施工实践给隧道高地应力区域的施工保留了有意义和价值的技术经验，可供类似的隧道工程借鉴。关键词：隧道高地应力力学分析大变形施工技术 abstract: based on engineering construction of the tunnel of high geostress mechanical study and analysis, and in the light of the tunnel of high geostress extrusion of the characteristics of tunnel construction process of the high ground stress caused by the deformation are analyzed in detail. introduces the mechanism of the large deformation, in addition, the typical area were also clear research, and determine the large deformation area the reasonable, safe and economic support parameters. with appropriate and highway tunnel segment of the throat for example, detailed introduces the characteristics of the high geostress tunnel to effective

隧道工程建设标准及施工技术

第四章隧道工程建设标准及施工技术第一节隧道工程设计要求客运专线铁路的隧道设计是由限界、构造尺寸、使用空间和缓解及消减高速列车进入隧道诱发的空气动力学效应两方面的要求确定的。研究表明，以上两方面要求中，后者起控制作用，但隧道工程设计及施工过程中以隧道横断面的限界、构造尺寸、使用空间为控制要点。一、隧道横断面有效净空尺寸的选择在确定隧道横断面有效净空尺寸之前，首先要正确地选择隧道设计参数。高速列车进入隧道时产生的空气动力学效应，与人的生理反应和乘客的舒适度相联系。这就要制定压力波动程度的评估办法及确定相应的阈值，目前较通用的评估参数是相应于某一指定短时间内的压力变化值，如3s或4s内最大压力变化值。我国拟采用压力波动的临界值(控制标准)为3.0Kpa/3s。根据ORE提出的压力波动与隧道阻塞比关系可以推算出满足舒适度要求时，阻塞比β宜取为：当V=250km/h时，β=0.14；当V=350 km/h时，β=0.11。隧道横断面形式一般为园形(部分或全部)、具有或没有仰拱的马蹄形断面。而影响隧道横断面尺寸的因素有： (1)建筑限界； (2)电气化铁路接触网的标准限界及接触网支承点和接触网链形悬挂的安装范围； (3)线路数量：是双线单洞还是单线双洞； (4)线间距； (5)线路轨道横断面； (6)需要保留的空间如安全空间，施工作业工作空间等； (7)空气动力学影响； (8)与线路设备的结构相适应。二、客运专线隧道与普通铁路隧道的不同点 1．当高速列车在隧道中运行时要遇到空气动力学问题，为了降低及缓解空气动力学效应，除了采用密封车辆及减小车辆横断面积外，必须采取有力的结构工程措施，增大隧道有效净空面积及在洞口增设缓冲结构；另外还有其它辅助措施，如在复线上双孔单线隧道设置一系列横通道；以及在隧道内适当位置修建通风竖井、斜井或横洞。 2．客运专线隧道的横断面较大，受力比较复杂，且列车运行速度较高，隧道维修有一定的时间限制，复合衬砌和整体式衬砌比喷锚衬砌安全，且永久性好，故一般不采用喷锚衬

施工技术指南

关于《高速公路标准化施工技术指南》（隧道部分）审查意见经对陕西省交通建设集团《高速公路标准化施工技术指南》（隧道部分2010版）的审查，认为该指南编写目标明确，结构基本合理，内容基本齐全，现就有关方面提出以下建议意见。一、本《指南》隧道部分本次提出版本一个是山岭隧道部分，另一个是黄土隧道部分，从其内容结构内容上看前者偏向技术指南，后者偏向作业指导书，从上级交给的任务和集团指导神府高速公路管理处展开的《隧道施工作业指导书》评审会上编写的文本名称我施工作业指导书，但本次看到的文本名称均为技术指南。本人认为，技术指南是在规范的基础上，增加了具有独到之处的技术要求，包括原则、基本要求、材料、工序、工艺、成品保护及检验等；作业指导书结构差不多，应着重在材料、机械、工序、工艺等方面内容更细，还应有具体的施工组织人员及机械等资源配置，建议主持编写单位十分明确编写对象的名称，以便做到文、题恰如其分。二、从已提出的两部分隧道施工作业指导书名称上看，一是山岭隧道、另一是黄土隧道，山岭对应的是平原、微丘，黄土对应石质，二者在工程性质口径上有些含混不清。建议将山岭隧道名称改为石质隧道，以便概念统一，便于编写与使用。三、因为本隧道技术指南出于同一项工作，建议不按分册

安排，以《高速公路隧道工程施工技术指南》统一名称编写，建议将隧道（含石质、黄土隧道）的实施原则性要求内容统一编入总则篇，将属于隧道（含石质、黄土隧道）有关统一要求的内容编入基本要求篇，再将工法（CD法、CRD法、双侧壁导洞法、三台阶七步开挖法、弧形导坑预留核心土法等）、监控量测等后面按石质、黄土隧道分述所能共同用到的有关工法和工序要求等内容作为基本要求篇后的一个增加篇章，而后再将其他工序工艺按照既有的编写格式进行逐一分述，在该部分编写中如若遇到前面已有的内容，可直接指向前面内容名称（或编号），以体现编辑思路清晰文本简捷明了避免重复累赘。四、建议在版本修改时，以山岭隧道施工技术指南为主线，将黄土隧道施工技术指南中在前者缺少的内容合理的添加进去，如后面定为指南，可将每一工程项目的劳动组织和机具设备条目去掉（机具设备可调整到工程项目其他条目中去），建议对具体项目施工质量检验，进一步具体数据化，更具操作性。五、整个施工子项目编写得已经较全了，建议将隧道中心排水沟、电缆沟槽、路面、边沟以及隧道装修等也是比较重要的工程子细目补充编入，以达到文本的完善。六、建议对集团前面已经编写了“高速公路施工精细化范本”，该范本亦将成为高速公路建设施工的规范化要求的一个重要组成部分，建议在编本指南（作业指导书）的有关章节中给

高地应力下硬岩岩爆与软岩大变形专项方案

八台山隧道高地应力下硬岩岩爆与软岩大变形专项方案一、工程概况 1、概况城口至万源快速公路通道工程采用二级公路标准，设计速度为60公里/小时；路基宽度为12米。城口至万源快速公路通道CW10合同段位于四川万源堰塘乡布袋溪村，里程为K46+000～K48+640，全长2.640km。本合同段主要工程内容为八台山隧道主洞2480m/0.5座，避难通道2450m/0.5座，1-4*3m 钢筋砼盖板涵一座，路基土石方5115m3。八台山隧道主洞起止里程K43+205～K48+480，全长5275m,避难通道起止里程YK43+206～YK48+450，全长5244m。属特长隧道。其中主洞K46+000～K46+480段、避难通道起止里程YK46+000～YK48+450，位于CW10合同段内，是本合同段的控制性工程。 2、地形地貌八台山隧道进口位于重庆市城口县双河乡干坝子河村、出口位于四川万源堰塘乡布袋溪村。隧道穿越的八台山，受地质构造控制，山脊由东向西横亘，山脊两侧为面积较小的山湾。形成山丘、山脊与沟谷相间形态，以山丘为中心形成向四周发育的“爪”状山沟；隧道轴线地面最高点位于洞身段K44+610的山脊顶部，标高为1797.74m,一般地面标高740.0～1596.2m，最低点位于隧道进口的溪沟底部，标高731.50m左右，相

对高差856.2m.隧道区地貌形态为构造剥蚀、溶蚀中山地貌单元区。 3、工程地质八台山隧道地质复杂，裂隙倾角大，多为陡倾裂隙，节理面较平直，呈微张～张开状，宽1-50㎜不等，裂隙面附褐色铁质膜，局部为泥质充填。由洞口向洞身地质条件依次为: （1）出口段位于一斜坡上，地表覆盖有第四系崩坡积块石土，基岩为三叠系下统嘉陵江组的盐溶角砾岩。角砾状结构、岩溶发育。（2）本隧道洞身段主要为III～V级围岩，构成III级围岩的地层岩性以灰岩为主，呈中厚层状。跨度5米，跨度5～10米，可稳定数月，可发生局部块状位移及小～中塌方；构成IV级围岩的地层岩性以大冶组、栖霞组灰岩为主，呈薄～中厚层状。一般无自稳能力，数日～数月内可发生松动变形及小塌方，进而发展为中～大塌方，有明显的塑性流动变形和挤压破坏；构成V级围岩的地层岩性以页岩、炭质页岩、泥质粉砂岩为主，呈薄～中厚层状。岩体受地质构造及风化作用影响较重，裂隙较发育，呈碎、裂状，松散结构，易坍塌，围岩无自稳能力，跨度5米或更小时，可稳定数日。（3）不良地质： ①岩溶八台山隧道主洞K46+560～K47+990段、避难通道K46+560～ K47+990段为富水地段且岩溶特别发育，极易发生突水、突泥情况。 ②煤层、煤线与瓦斯隧道穿越二叠系上统吴家坪组含煤地层，该区域煤层厚0.3～

隧道工程施工技术模板

隧道工程施工技术

隧道工程施工技术交底一、工程概况本合同工程共有分离式隧道两座, 其中: 兰头隧道左洞长 200m( 含明洞10m) , 右洞长235m( 含明洞10m) ; 塔石岭隧道左洞利用原53省道( 丽浦线) , 塔石岭隧道右洞长1105m( 含明洞 10m) 。隧道设计均为左右分离式, 兰头隧道左、右线中心相距30～35m, 塔石岭隧道左、右线中心相距40m。兰头隧道左洞围岩类别为: Ⅱ类围岩55m, Ⅲ类围岩42.5m, Ⅳ围岩102.5m; 右线隧道围岩类别为: Ⅱ类围岩79m, Ⅲ类围岩10m, Ⅳ类围岩146m。塔石岭隧道右洞围岩类别为: Ⅱ类围岩154m, Ⅲ类围岩81m, Ⅳ围岩870m。左右线隧道相距较近, 洞口施工时要采取弱爆破、设立防护网、临时限制左洞通行的方法, 保证行车安全和防止飞石破坏既有的道路、房屋等设施。二、总体施工方案根据本隧道情况, 采取”弱爆破、短进尺、少扰动、早喷锚、勤量测、紧封闭”的技术措施, 用风钻及台车打眼, 装载机配合自

卸汽车出碴。采用TZ系列子午加速式轴流通风机, φ1350mm软管压入式通风。砼集中拌和, 罐车运送, 泵送入模, 可调整体式模板台车进行二次砼的衬砌。根据本工程的设计, 针对不同围岩类别, 分别采取以下施工方案: 1、对于Ⅱ类围岩( 除过明洞段) 对于明洞段, 先按设计开挖, 开挖采用风钻打眼, 岩石开裂机松动岩石, 挖掘机配合自卸汽车运碴。开挖后应及时进行明洞砼的浇灌、回填土的施工, 以保证边坡的稳定。对于洞中的Ⅱ类围岩, 临时加固措施为: 管棚注浆＋Φ25中空锚杆( 长3.5m, 间距0.75m×1.0m) ＋Φ6.5钢筋网( 15cm×15cm) ＋喷射砼厚25cm＋16＃工字钢拱架( 间距0.75m) 作为初期支护。初期支护完成后, 进行监控量测, 围岩变形基本稳定后, 及时进行防水层、仰拱及C30钢筋砼二次衬砌。 2、Ⅲ类围岩( 中风化岩层) 主要采取风钻打眼, 正台阶法开挖。拱部根据围岩情况采取用Φ22超前钢筋砂浆锚杆加固( 长3.0m, 间距1.2m×1.2m) +Φ25中空锚杆(长3.0m,间距1.2x1.2m)+Φ6.5钢筋网( 15cm×15cm) ＋喷射砼厚15cm作为初期支护, 初期支护完成后, 进行监控量测, 围岩变形基本稳定后, 及时进行防水层、仰拱及C30钢筋砼二次衬砌。

浅谈高地应力软弱围岩流变施工技术

浅谈高地应力软弱围岩流变施工技术发表时间：2018-07-12T15:04:34.293Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第7期作者：祝扬军[导读] 在隧道的施工过程中，较为显著的地质问题就是高地应力软弱围岩流变的问题了祝扬军中铁隧道集团四处有限公司广西南宁 530007 摘要：在隧道的施工过程中，较为显著的地质问题就是高地应力软弱围岩流变的问题了，围岩在变形的时候会给隧道复合式的衬砌带来非常非常严重的破坏。通过对模型以及断层变形的观察与分析，本文简单的总结出了一些关于围岩流变的规律，提出了相应的治理措施，为改变隧道成功通过不良地段提供了一些技术指导工作。关键词：隧道；流变；高地应力软弱围岩近一些年来，公路铁路的建设在我国蒸蒸日上，隧道在修建的过程时，穿越高地应力软弱围岩地段的情况时有发生。在隧道的施工过程中，最主要的地质问题就是高地应力的软弱围岩流变问题。软弱围岩在施工的过程中是需要进行一定的加固处理的。根据实践的证明，合理有效的对四周环境进行良好的加固与支挡的保护措施，可以很好的降低围岩因时间以及在外力的作用下，发生的物体流动与变形程度。从而对隧道在安全质量上有了很大的保证。本文通过在实际当中的观测以及对模型的分析，所得出的结果可以很好的为高地应力软弱围岩流变问题提供技术方面的专业指导，从而进一步的去完善地下工程的施工技术工作。 1 工程的简单概况丽香铁路二标地处青藏高原东南边缘、横断山脉中段，属溶蚀、剥蚀、峡谷地貌，地质条件极为复杂，高海拔、高地震烈度、高地应力，施工难度非常大。其中中义隧道长14795米，下穿玉龙雪山，其出口平导与二号横洞正洞之间施工地段因受玉龙雪山西麓断裂带的影响，高地应力软岩大变形给隧道施工带来了超乎想象的困难。该段岩性为玄武岩、凝灰岩及砂、页岩，断裂带主要为断层角砾、胶结较差，岩体破碎，遇水软化，强风化，结构属于中薄层。埋深最大达1200米，地应力极高，隧道在施工的过程中对围岩产生一定的扰动，从而对围岩的应力平衡造成很严重的破坏，初期支护及二衬随着地应力的释放、恢复与调整的过程当中发生因挤压而变形的不良情况。 2 围岩流变规律 2.1 隧道穿越断层时围岩的流变规律通过对数据的观察与监测，发现隧道在穿越断层时软弱围岩流变问题的一些基本规律：在变形的前期，因正常受力的钢架及喷射混凝土变形，随着时间的不断加长，围岩流变的情况并没有任何减小的迹象，而且经过长时间的变形，导致初期支护严重变形，甚至是钢拱架的扭曲以及部分地方断裂、以及喷层的剥落及开裂掉块情况。 2.2 高地应力隧道变形规律高地应力隧道变形量基本上可达到几十厘米有时甚至会达到上百厘米以上，没有什么稳定的趋势。根据一些实地监测的证明，隧道大变形情况一般不是发生在埋深700米时，而通常情况下是在上覆掩体大概200米到300米之间就可能会发生了，在埋深300米与500米之间时就会有非常大的变形情况发生，而且会非常地严重。这时原设计的支护型式就根本满足不了相应的要求了，过大的地应力很容易就会造成拱部溃损情况，支护变形严重或者加剧情况。 3 高地应力区施工技术 3.1 高地应力的施工原则在高地应力地区施工时应该先进行探测、然后采用超前管棚或者是超前导管注浆来加固地层；在根据不同的地层情况，选择不同的开挖长度，减少坍塌的情况发生；在钻孔钻好后装填炸药，这时药量一定要适中或者少装一些，如果药量过多爆破时会对围岩造成严重损伤，甚至会造成坍方；按照一定的顺序对初期支护进行施工；再进行采用快封闭及早衬砌、以及坚持监控的量测资料然后进行反馈去指导施工，要在所有的地面及洞内进行埋设监控点，然后通过埋设这些监控点进行掌握洞内以及地表因为开挖及外力产生的位置移动情况来进行指导施工的原则，在以初期支护和超前预支作为重点。 3.2 开挖断面的选择隧道断面在地应力的作用下各种形状是不同的，因其形状不同，所以四周受力的情况也不相同。如果隧道的四周受力均匀的话，不会出现应力的集中区，这时所形成的压力拱就会很好的将隧道的整体稳定性提升至一个台阶。经过有施工过程的不断试验以及其他的一些相关类似工程得出的结论，隧道在高地应力区运用圆形断面能够比其他的断面更能及时有效的其抗御地应力情况。一般圆形地面在使用台阶法进行开挖时，一定要设置锁脚锚杆、钢支撑；在下部开挖时，混凝土一定要紧跟其后，从而保证初期支护的结构能够快速的形成封闭受力环来进行保护围岩的自稳能力。 3.3 加固围岩在高地应力的作用下，能够引起工程不稳的主要内在原因就是软弱围岩的变形情况，虽然，高地应力情况是我们没有办法来进行改变的，但是对于软弱围岩我们可以采取一些相应的方式来进行加固处理，比如深孔预注浆以及合理设置长锚杆的方式。但是话又说回来，在费用方面深孔预注浆方式是耗费比较大的，如果在遇到阻水性比较好、压密性又比较高的情况下，这对围岩的效果就不会很理想；相对来说长锚杆的适用范围就会比较广泛，通常情况下长度为4米至12米之间，具体的长度可以根据围岩的松弛圈半径来进行确定，一定要选择合适的长度，否则长度过短起不到什么有效的作用，长度过长施工时会非常困难，延长循环时间。也可以针对实际工程情况，将两种方式结合使用，效果会更加明显。 3.4 变形留够隧道在高地应力的作用下，开挖一定会引起支护结构的变形情况，所以在开挖时一定要留有足够的变形量。在进行预留变形量的时候，一定要根据实际情况宁可多留一些，也不要留的不够，如果留的超量可以加大二次衬砌的厚度，如果变形量留的不够，在变形后的支护结构中进行二次衬砌的时候就会严重影响到混凝土的厚度不够，以至需要进行初期支护拆换。

高地应力隧道陡倾层状围岩大变形控制技术

高地应力隧道陡倾层状围岩大变形控制技术研究摘要：依托兰渝铁路陡倾层状岩体隧道工程实践，考虑隧道施工期围岩变形时空效应，建立三维粘弹塑性有限元数值计算模型，对围岩变形常规控制措施进行优化研究，提出高地应力隧道陡倾围岩大变形控制思路与要点，得到合理的台阶长度、锚杆布设以及初期支护闭合时机，研究结论可为类似工程实践提供借鉴与参考。关键词：高地应力；隧道；陡倾层状围岩；大变形控制技术 abstract: according to the tunnel engineering practice of steep layered rock in lanyu railway, this paper explains the surrounding rock deformation effect ofconstruction period. establishing the three-dimensional elasto-viscoplastic finite element numerical calculation model conducts the optimization research on the the conventional control measures of the rock deformation, proposes highlands stress ideas and points of tunnel steep surrounding rock mass deformation control and get a reasonable step length, bolt layout and initial support closing timing,providing reference for the similar engineering practice. key words: highlands stress; tunnel; steep layered rockmass; large deformation control technology 中图分类号：tu74文献标识码：a 文章编号：2095-2104（2012）

超深埋隧道高地应力岩爆地段施工技术

超深埋隧道高地应力岩爆地段施工技术发表时间：2019-03-01T10:51:21.297Z 来源：《防护工程》2018年第35期作者：刘华礼[导读] 本文基于此探讨超深埋隧道高地应力岩爆地段施工技术。中铁六局集团有限公司交通工程分公司北京 100000 摘要：随着地下资源的开发，交通隧道工程建设不断走向地下深部。已建地下工程中，锦屏二级水电站引水隧洞、新建二郎山隧道、国家油气能源地下储存库、拉林铁路桑珠岭隧道等诸多工程埋深超过千米，这些深埋地下工程围岩地应力均处于较高水平。金鸡岭隧道为高应力硬岩隧道段，该隧道为双线隧道，埋深深，施工时易产生变形、岩爆等施工风险。本文基于此探讨超深埋隧道高地应力岩爆地段施工技术。关键词：超深埋隧道；高地应力；岩爆；施工技术 1前言在隧道建设过程中，隧道开挖稳定性会受到复杂地质的影响，例如高地下水压、岩溶、采空区、软岩大变形及岩爆等。在高地应力条件下，结构完整的脆性硬岩在开挖卸荷后，由于某些因素的诱发而发生动力失稳的现象，即岩爆。目前，如何控制岩爆是岩石力学与工程界共同面临的一个难题。为保证隧道开挖稳定性，加固围岩、弱化围岩、应力转移等防治理念被提出，进而形成了岩爆支护、区域防范和局部解危等岩爆控制措施。在地下洞室开挖后，围岩支护作为最直接有效的岩爆支护措施，引起了工程领域各界人士的关注，得到了越来越多的研究。在实际岩爆隧道中，特别是工期较紧的隧道施工中，如何在防治岩爆的基础上达到快速施工的目的是交通隧道等地下工程施工所面临的长期性难题。 2岩爆隧道支护现状岩爆的发生取决于岩石的强度、完整性、所处的初始地应力条件和周围地下水情况。根据岩爆的特征和相关性质将岩爆分为3个等级弱岩爆,中等岩爆 ,强烈岩爆。3个等级中，弱岩爆对施工的影响极小，基本上不会对人员和机械造成威胁，实际施工时基本不用采取特殊措施进行处理；中等岩爆持续时间较长，对机械、施工人员的安全及心理造成严重影响，基于加固围岩的思想，目前常采用钢支撑和喷－锚－网(钢筋网)的整体支护方式对隧道中等岩爆区段进行支护，在施工过程中根据实际情况可能还要采用防护网等被动的临时支护措施；强烈岩爆极具危险性，在加强支护的同时还要采用多种辅助措施(如超前应力施工释放孔等)弱化围岩，降低岩爆发生的频率和能量。 3工程概况金鸡岭隧道进口里程为DK196+353，出口里程为DK200+771.31，全长4418.31m，为双线隧道，隧道最大埋深291.3m。隧道工程量大，存在不良地质，施工技术复杂，金鸡岭隧道隧址区DK197+298~DK197+500为极高应力区，开挖时有岩爆发生；DK200+050~DK200+282段为高应力区，开挖过程中可能有岩爆发生，施工中根据岩爆等级采取相应措施，减小岩爆危害，施工难度大。 4超深埋隧道高地应力岩爆段施工技术针对高地应力硬岩易发生岩爆的特点，制定了“早预报、超前支护、短进尺、弱爆破、强支护、快封闭、勤量测，步步为营，稳步前进”的整治原则和总体方案，配合超前小导管等辅助方案。 4.1施工工艺流程高地应力硬岩隧道施工工艺流程如图1所示。图 1 施工工艺流程图超前应力钻孔打设超前应力钻孔，可以有效降低前方掌子面的高地应力，也可以采用注水的方式，降低周围岩体的表面张力，钻孔直径45mm～108mm，深度5m～20m。对轻度岩爆每循环掌子面打设1孔～3孔；中度岩爆每循环掌子面打设4孔～6孔；强烈岩爆每循环掌子面打设6孔～8孔，对掌子面拱顶及两侧起拱线位置要优先布孔，其余孔位可作为加密孔。必要时也可以打设部分径向应力释放孔，钻孔方向应垂直岩面，同时对于强烈岩爆地段可采取超前钻孔内部松动爆破的方法，或用小炮震裂完整岩石的方法，或孔内注水的方法，从而减少应力集中。 4.2超前支护措施针对岩爆类型及大小，提前打应力释放孔或超前摩擦锚杆支护，以达到减弱岩爆的强度。必要时作超前30m～50m导洞，导洞直径不大于5m，可作为岩爆超前预报和释放地应力。在岩爆地段，开挖后及时向掌子面及以后约15m范围内隧道周边进行喷射高压水，在某种程度上可以削弱围岩表面的强度，选取超前探孔向围岩岩体内均匀注高压水，从而提前减小围岩变形能力并将最大切向应力转移到围岩的内部，注高压水的劈裂作用也可以软化硬岩，从而降低硬岩的强度，并可以新产生裂缝或是使既有缝隙更加发展，继而释放围岩内部的弹性应变能量。也可以提前在掌子面有概率导致岩爆的位置有规律地钻少许空眼，不设置锚杆，而采取注水的方式，可以释放部分压力，可以避免硬岩达到极限强度而导致岩爆。 4.3开挖施工工艺

高地应力下硬岩岩爆与软岩大变形专项方案

特长隧道施工技术难点和解决措施

特长隧道施工技术难点和解决措施叶俊豪摘要：随着社会发展，隧道施工技术不断更新，如何在特长隧道施工中快速施工，防止涌水、塌方、爆炸等恶性事故发生，就特长隧道施工技术难点和解决措施进行阐述。关键词：特长隧道施工，技术难点，措施一、引言随着国家基础设施建设的不断深入，高速公路建设重心已由沿海发达地区向西、北部，平原地带向山岭重丘地带转移，这就意味着高速公路建设隧道密集程度的加大，出现的特长隧道越来越多，且地质条件越来越复杂，可能出现的地质灾害越来越多。在此，以我单位承建的中条山隧道为例，中条山特长隧道是运城至灵宝高速公路的一部分，隧道全长9670米，左右分离式路基，复合式衬砌结构，地质设计上以Ⅲ级围岩为主，但施工过程中围岩变化复杂，各类型围岩交替出现，地质条件较为复杂，因此以中条山隧道施工为例，对于熟悉掌握特长隧道施工要点，如何确保特长隧道施工安全，防止涌水、塌方、岩爆等恶性群死群伤事故的发生，又获得应有的经济效益，值得深入思考。二、特长隧道的突出技术难点 1、隧道长，地质更加复杂，施工通风更加

困难，通风方案的选择成为控制安全及进度关键技术。 2、特长隧道施工中，工期往往成为关键，进度压力通常较大。 3、岩爆特长隧道由于贯穿山体比较长，因此埋深普遍较深，可能存在岩爆，岩爆的发生主要由地应力和岩性两个决定因素，在埋深大于200米的地段，在混合麻岩段，极其容易形成岩爆，岩爆对施工人员的安全威胁较大，其中爆炸抛射型岩爆对机械和施工人员的安全威胁较大，对隧道的破坏也有一定的影响。 4、塌方这是任何隧道施工中，在不良地质段极其容易发生的施工，造成的群死群伤的事故教训的比较多。 5、涌水特长隧道在施工过程中可能存在涌水现象，对施工人员安全威胁较大。 6、车辆伤害因特长隧道施工作业面路线长且集中，施工车辆较多，且因路线过长驾驶员极容易形成视

齐岳山隧道高地应力地段施工技术研究

建造技术 J I A N Z H A O J I S H U 刘文军:齐岳山隧道高地应力地段施工技术研究 876 年第23卷第6期收稿日期:2009 09 22;修改日期:2009 10 21 作者简介:刘文军(1979-),男,安徽广德人,硕士,中铁十五局集团有限公司工程师.齐岳山隧道高地应力地段施工技术研究刘文军 (中铁十五局集团有限公司,河南洛阳 471013) 摘要:针对宜万铁路齐岳山隧道高地应力地段的施工技术难题,在分析隧道高地应力表现特征及原位测试结果的基础上,详细阐述了该地段所采取的预先释放应变能,!钢架、锚、网、喷?综合支护及时紧跟的施工技术,成功应用了!先放后抗,先柔后刚?,有效控制了拱顶岩层松弛、脱落,确保了隧道的施工安全,为在类似地质环境条件下隧道工程施工积累了经验。关键词:隧道;高地应力;施工技术中图分类号:U 459.1;U455 文献标识码:A 文章编号:1673 5781(2009)06 0876 03 随着我国隧道施工技术的迅速进步,隧道已经向长大、深埋方向发展,在深埋隧道开挖施工过程中,围岩应力产生重新分布,在高地应力作用下,岩体被拉裂、松弛后从拱顶及拱脚部位脱离母体而坠落,直接威胁着施工人员、设备的安全,影响施工进度,通过分析、研究高地应力特征,介绍施工技术,为解决类似难题积累经验[1 6]。 1 工程概况宜(昌)万(州)铁路齐岳山特长隧道,位于湖北省利川县谋道镇境内,全长10.528km,地处鄂西构造溶蚀侵蚀中高山区,地质极为复杂,集溶洞、暗河、高压富水断层破碎带、瓦斯、煤层、高地应力和石膏岩地层等多种不良地质于一身,是全线8座I 级风险隧道之一,出口段穿越箭竹沟向斜,主要地层为三叠系须家河组、侏罗系珍珠冲组、自流井组、新田沟组、上沙溪庙组、下沙溪庙组等碎屑岩。主要岩性为泥岩、页岩、粉砂岩、砂岩及少量生物碎屑灰岩。隧道与山脊凹线呈大角度相交,山坡陡峻,坡面侵蚀严重,大小沟谷发育。 2 隧道高地应力特征隧道正洞掘进至371km +046m ~+096m 段、平导掘进至370km+878m~371km +125m 段时,开挖后1~18h,岩体内部发出!吭吭?的闷响声,随后围岩表面出现裂缝,岩体自母体剥落,剥落面较平整。一般发生在距离掌子面12m 范围内,以拱部为主,发展一定时间后,拱顶形成倒!V ?形凹坑或梯形凹坑,主要呈板状和片状,最大块达160cm #110cm #60cm 。在距掌子面近30m 已喷射混凝土处,亦能听到!吭吭?的岩体内部闷响声。上述两段隧道埋深360~450m,围岩为侏罗系中上沙溪庙组紫红色泥岩,岩层产状近水平,薄-中厚层状,层间结合较好,节理裂隙不发育,无地下水出露。为掌握隧道高地应力特征,采用钻孔应力解除法(孔径变形法)在隧道平行导坑线路左侧边墙布置2组测点进行测试,测试结果如表1所列。表1 隧道高地应力测试结果测点号测点位置围岩项目 1 2 3应力/M Pa 14.057.0 4.98S1 371km +090m 泥岩方向/(?)N51.55E N39.15W N48.21E 倾角/(?)+27.31+1.36-62.64应力/M Pa 13.0210.28 5.24S2 370km +940m 泥岩方向/(?)N66.57E N52.17W N18.06W 倾角/(?) +13.11 +64.16 -21.84 注:主应力方向为主应力投影方向;倾角中!+?为仰角,!-?为俯角。

高地应力软岩大变形隧道施工技术

高地应力软岩大变形隧道施工技术中铁十四局集团第四工程有限公司石贞峰摘要：堡镇隧道为宜万铁路第二长隧、七大控制工程之一，也是全线施工难度最大的隧道之一。堡镇隧道围岩属于高地应力软岩，在施工中发生高地应力软岩大变形。结合软岩的岩性分析情况，采用科研引导、稳扎稳打的方针，制定了详细的施工方案，在施工过程中探索、研究出了控制软岩大变形的施工技术。关键词：堡镇隧道高地应力软岩大变形施工技术 1 工程概况堡镇隧道左线全长11565m，右线全长11599m，线间距30m, 右线初期设计为平导，作为左线辅助施工通道，后期再将平导扩挖形成右线隧道。是宜万铁路第二长隧、七大控制工程之一，也是全线唯一的高地应力软岩长隧。十四局承担左线进口段5641m、右线进口段5622m的施工任务。隧道穿越岩层主要为粉砂质页岩、泥质页岩，呈灰黑色，多软弱泥质夹层带，白色云母夹层，强度极低。大部分页岩呈薄层状，层厚3～10cm，分层清晰,产状扭曲，挤压现象明显，岩体破碎，强度很低，手捏呈粉末状，遇水膨胀；顺层发育，有光滑顺层面，层间多夹软泥质夹层，节理、层理发育、切割严重，围岩整体性很差，隧道左边拱存在顺层软弱面，右侧边墙有楔形掉块，爆破后滑坍、掉块严重。根据国标《工程岩体分级标准》，该区属高应力区，产生大的位移和变形。洞内初期支护局部开裂，顺层坍塌，节理发育，软岩变形等，凡专家预测的复杂地质均已出现。在施工中发生多次高地应力作用下较大变形中，仅8#横通道处拱顶沉降最大就达15cm，收敛32.5cm，超过预留变形量，并侵入二次衬砌。 2 施工方案针对高地应力软岩大变形的特点，我们制定了“超前支护、初支加强、合理变形、先放后抗、先柔后刚、刚柔并济、及时封闭、底部加强、改善结构、地质预报”的整治原则和总体方案，配合平导超前等辅助方案较好的解决了此项难题。 2.1 总体方案介绍 (1)采用超前小导管支护，开挖后及时封闭围岩；加强初期支护的刚度，采用型钢拱架封闭成环；为达到稳固围岩的目的，系统锚杆采用中空注浆锚杆加固地层，锚杆长度应稍大于塑性区的厚度。 (2)加大预留变形量。为了防止喷层变形后侵入二次衬砌的净空，开挖时即加大预留变形量，另外采取了不均衡预留变形量技术。 (3)施工支护采用“先柔后刚，先放后抗、刚柔并济”原则，使初期支护能适应大变形的特点。 (4)及时封闭仰拱、特别是仰拱初支，是减小变形、提高围岩稳定性的措施之一；另外加大仰拱厚度，增大仰拱曲率，也有利于改善受力状况。 (5)改善隧道结构形状，加大边墙曲率，根据围岩实际和监控量测数据，采用受力结构最为合理的“鸭蛋”型断面；改善结构另一措施是提高二次衬砌的刚度，即加大二次衬砌厚

隧道工程施工工艺

隧道工程施工工艺一、总体方案（一）施工原则采用大型施工机械配套施工，开挖出渣机械配套作业线、初期支护砼机械配套作业线与二次衬砌砼施工作业线相配合一条龙作业。软弱围岩坚持“短进尺、弱（不）爆破、快封闭、强支护、紧衬砌”的原则，开挖后仰拱及时跟上封闭成环。施工中进行超前地质预报，采用先进的量测探测技术对围岩提前做出判断，拟定相应的施工方案。（二）施工布置隧道根据施工现场场面状况，采用单向掘进，隧道进口布置一个隧道专业机械化施工队。洞内施工开挖、出渣初期支护与二次衬砌模筑砼平行作业。隧道路面待贯通后从洞口反向施工。根据地形地貌及工期要求，本隧道不设施工支洞。（三）总体方案根据磐南隧道围岩情况、及断面设计，结合本承包人现有技术装备力量和多年的隧道施工经验，确定Ⅲ类围岩采用正台阶开挖法施工，Ⅳ类采用全断面开挖法施工。隧道出渣采用侧翻装载机装车，自卸汽车运输。初期支护施作及时可靠，衬砌砼采用机械化作业，二次衬砌采用砼输送车、输送泵和全断面液压衬砌台车相配合的方案。施工过程中加强监测，及时处理分析数据，高速支护参数。开挖前做好超前地质预报、探测工作，根据围岩情况采取相应的施工方案。二、隧道施工测量控制为保证隧道贯通精度，拟定如下测量控制方案： 1、地表平面控制（1）为保证洞口投点的相对精度，平面控制网根据设计提供的控制点和实地地形情况布设精密控制网，并保证洞口附近有二个或二个以上的精密控制网点。（2）地表控制网经过多次复测，复测无误后方可引线进洞的测量工作。 2、洞口联系测量为保证地面控制测量精度很好地传递到洞内，采用如下洞口控制测量方案：（1）在洞口仰坡完成及洞口施工至设计标高后，在洞口埋设二个稳固的导线控

隧道工程施工技术方案

隧道工程施工技术方案本项目全线共设置隧道2座，分离式长隧道1座长2200m，双联拱隧道1座长415m。隧道设计标准公路等级：高速；汽车荷载等级：公路—Ⅰ级；地震：设防烈度Ⅷ度，地震动峰值加速度为0.20g ；设计速度：100km/h；车道数：双向六车道；行车道净空：限界净高为5m。隧道施工方法及工艺 4.4.1控制测量 ⑴施工前平面控制网复测施工前根据设计院和建设单位技术部门现场进行的交接测量控制桩橛点及办理的相关手续，组织测量人员对交接的导线网点和水准基点进行闭合复核测量，复核导线点的坐标和水准基点高程的准确性，测量结果经过平差后与所交的控制点结果进行对比，完全无误后作为施工用控制点。隧道每掘进1km或雨季前后各进行洞内外导线控制点联测一次。 ⑵平面控制附合导线测设洞内布置双导线，形成闭合导线，利用全站仪、精密水准仪等测量仪器，精确控制隧道施工。洞口导线点位使用不锈钢钢筋（顶上刻十字线）埋于洞口附近坚固稳定的地面上，并用混凝土固定桩位，点与点之间通视良好。点位布置完毕后，利用设计院交接的导线网GPS点（已知）作基准点，以三维坐标法，使用全站仪引测附合导线上各点的精确坐标值（并经平差），使用精密水准仪从高等级的2个BM 点测定导线上各点的准确高程（并经平差）。水平角的观测正倒镜六个测回中误差≤±1.8″，每条附合导线长度必须往返观测各三次读数，在允许值内取均值，导线全长闭合差≤±1/80000。 ⑶高程控制

高程控制点的布设利用平面控制点的埋石作为高程控制点，如特殊需要时进行加密，加密的水准点精度不低于高程控制点的精度，其布置形式为附合水准线路。精密水准点的复测采用S1等级水准仪对所交精密水准点进行复测，往返测量。观测精度符合偶然误差±2mm，全中误差±4mm，往返闭合差≤±8mm（L 为往返测段路线段长，以km计）。两次观测误差超限时重测。当重测结果与原测成果比较不超过限值时，取三次成果的平均值。 4.4.2施工测量根据本合同段隧道特点在各施工洞口各配备一个测量班，每个测量班均由1名测量工程师、4名测量技工组成，共同完成测量工作。测量班依据工作内容配置测量仪器。测量作业程序流程见图所示。 ⑴洞口测量根据隧道洞口的设计结构和洞口地形标高，详细计算洞口边仰坡开挖边线的坐标和各桩中心坐标。利用附合导线与以上计算坐标的相对关系，使用全站仪在地面上放出洞口边仰坡开挖轮廓线，十米桩中心坐标点位，以放出的坐标点为中心放出开挖边线桩，控制洞口边仰坡的开挖。测量作业程序流程图 ⑵洞身测量隧道洞身施工测量根据隧道设计文件，精确计算出线路百米桩的坐标及结构的相关尺寸和标高，并按每10m编制出所有隧道标高表。测量工程师利用洞内测量控制点，及时向开挖面传递中线和高程；由测量班用断面测量仪测设隧道开挖轮廓线、支护钢架架立前后和二次衬砌立模前后轮廓尺寸，进行复核，确认准确后方可进行下道工序施工，并对混凝土净空断面应用激光隧道限界检测仪检查。在洞内进行施工放样时随时配带气压标、温度计，随时根据实际情况对仪器进行气压、温度的修正。

高地应力软岩大变形隧道施工技术刘国平

高地应力软岩大变形隧道施工技术刘国平发表时间：2018-02-26T10:12:45.293Z 来源：《建筑学研究前沿》2017年第28期作者：刘国平[导读] 不断加强高地应力软岩大变形隧道施工技术，从而最大限度降低软岩大变形对隧道施工产生的影响。中铁隧道局集团二处有限公司河北燕郊 065201 摘要：我国幅员辽阔、地形复杂多样。在进行铁路建设时，受到各种地形的影响，隧道施工也会受到影响，尤其是高地应力软岩的大变形，会导致初期支护的开裂，甚至发生塌方，更严重的会造成永久性支护破坏。本论文以高地应力软岩大变形为基本出发点，详细论述了高地应力软岩变形的主要特征，并在此基础上提出了隧道施工的控制措施，为业内人士提供了一定的参考。关键词：高地应力；软岩；隧道施工；近年，随着社会经济的发展，对于铁路、公路的需求也在不断提高，这就要求我国的铁路、隧道建设中，不断要提高其建设质量，还要增加建设数量。然而在隧道工程的进程中，会不可避免地受到地质条件的影响。其中，高地应力软岩大变形就是隧道工程施工中，最大的障碍，只有提升隧道施工技术，才能从根本上保证隧道工程的工程质量。一、软岩概况软岩，是一种在特定环境下形成的，具有显著塑性变形的复杂的岩石力学介质。通常，软岩可分为地质软岩与工程软岩两大类。其中，地质软岩，包括泥岩、粉砂岩、泥质矿岩和页岩这四大类，主要是在大自然的作用下，而天然形成的复杂地质。这类地质软岩具有强度低、空隙大、胶结程度差、受构造面切割及风化影响显著等特点；而工程软岩，则强调了软岩所承受的工程力，主要是在工程力的作用下，而使得岩石发生了显著性的变化。软岩，由于其特性不同，以及产生显著的塑性变形的机理不同，可将其分为膨胀性软岩、节理化软岩、复合型软岩和高应力软岩四大类。其中，高应力软岩根据高应力的类型，又可细分为自重应力软岩和构造应力软岩；而根据高应力的水平，又可分为三个等级，即高应力软岩、超高应力软岩和极高应力软岩。（如表1）表1：高应力软岩分级级别应力水平/MPa 高应力软岩 25-50 超高应力软岩 50-75 极高应力软岩 >75 二、软岩变形以及破坏特性（一）软岩变形特征在隧道工程的作用下，软岩承受了一定的工程力，从而使得岩石发生变形，产生巨大的变化。在隧道施工工程中，软岩变形是评价软岩稳定性的一项重要指标，也是工程设计人员在进行隧道工程设计时，而遵循的基本准则之一。通常，当隧道工程开始施工之后，其周围的软岩会发生一些重要的改变，大致要经历三个阶段：1、弹性应变阶段，2、弹性变形和塑性变形两个阶段共同的阶段，3、蠕变为主，蠕变、塑性变形共存阶段。在隧道施工过程中，软岩所经历的三个变化阶段中，具有以下三种显著的特点：第一，变形量大主要是指在隧道工程开始施工之后，就会产生显著的塑性应变，这是软岩在隧道施工中最主要的特征。据相关的检测数据表明，在隧道施工的作用下，软岩的洞壁可出现数百、乃至一千毫米的位移。在软岩塑性应变的作用下，在隧道施工中就会表现出初期支护严重破裂，如混凝土开裂脱落、钢架扭曲等。第二，变形速度快在隧道施工开始之后，原本坚硬的围岩会迅速发生变形，在发生一系列的变形之后，又会迅速走向稳定的状态，其变形速率非常小；而软若的围岩在隧道施工开始之后，其变形速率又会迅速增加，特别是在初期变形速率会增大。第三，变形时间长软岩不仅初期的变形速率快，而且持续的时间比较长，具有明显的入变形特征。第四，围岩变形具有明显的阶段性在隧道施工过程中，围岩的变形具有明显的阶段性。据某隧道工程施工检测的数据分析，在施工中，随着施工阶段的不同，围岩的变形也各有不同。当上台阶开挖时，拱顶出现下沉，且下沉量约占总下沉量的45%左右，而引起的水平收敛约为50%；当中台阶开挖时，拱顶下沉总量约为总下沉总量的35%；而引起的水平收敛约为40%。从数据中可以看出，在隧道施工过程中，围岩的变形有明显的阶段性。同时，可看出，在施工过程中，加强对隧道开挖的上、中台阶时，加强对其控制十分有必要。（二）软岩破坏特征在隧道施工过程中，随着爆破、中台阶和下台阶的落地、以及仰拱开挖时会导致岩体大变形，同时，在岩体大变形的情况下，也会对隧道工程带来严重的影响。岩体大变形，就会导致隧道工程施工出现初期支护的开裂的现象。在这种情况下，如果初期支护变形侵限的问题处理不当，就会给围岩造成更大的影响，从而产生失稳、甚至坍塌的现象。三、高地应力软岩大变形隧道施工技术就目前而言，我国高地应力软岩隧道施工案例非常多，例如：中缅油气管道的博南山隧道、兰渝铁道的木寨岭隧道等。可以说，在所有的高地应力软岩的隧道施工过程中，面临的最大难题就是软岩大变形，以及随之而产生的初期支护开裂现象，甚至塌方。这就要求相关技术人员在施工过程中，必须不断提高高地应力软岩大变形的隧道施工技术。

(完整版)高等岩石力学高地应力区隧道岩体工程问题邓荣贵

隧道高地应力的特点分析以及处理建议

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施工技术指南

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隧道工程施工技术模板

浅谈高地应力软弱围岩流变施工技术

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高地应力软岩大变形隧道施工技术 刘国平

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