山岭隧道软弱围岩工程地质特性和其施工对策浅谈

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1、山岭隧道软弱围岩工程地质特性和其施工对策浅谈　　摘要：如何在软弱围岩地质条件下又好又快地修建长大隧道工程是当前隧道工程界面临的重要课题之一。尤其是当隧道穿越高地应力软弱围岩时，常常形成大变形等地质灾害，严重影响施工安全和进度。本文通过对软弱围岩工程地质特性、软岩隧道变形机理及变形控制基本理念分析，并结合相关工程实例提出软岩隧道施工对策。文章得出的结论可为同类地质条件下隧道工程设计和施工提供参考。关键词：软弱围岩隧道高地应力地质特性对策中图分类号：U45文献标识码：A0前言随着我国铁路及公路建设事业的大发展，长大山岭隧道不断出现。近年来隧道工程穿越软岩地层的工程实

2、例也越来越多。如何在软弱围岩地质条件下又好又快地修建长大隧道工程是当前隧道工程界面临的重要课题之一。尤其是当隧道穿越高地应力软弱围岩时，常常形成大变形等地质灾害，严重影响施工安全和进度。文献[1]、[2]针对深埋高地应力条件下软岩隧道结构变形控制进行了研究。文献[3]、[4]12针对高地应力条件下隧道工程辅助坑道施工期间支护变形开裂的整治措施进行了研究。预防和治理隧道大变形已成为一项世界级难题。1、软弱围岩工程地质特性围岩是指受隧道开挖影响而发生应力状态改变的周围岩土体。根据岩土体的强度可将围岩分为坚硬围岩和软弱围岩两大类。按照围岩级别划分，软弱围岩多划分为Ⅳ～

3、Ⅵ级围岩。软弱围岩一般有以下突出特点：（1）岩石强度低。根据我国《工程岩体分级标准》、《铁路隧道设计规范》等规范标准，一般将单轴饱和抗压强度低于30MPa的岩石称为软质岩或软岩。软质岩主要包括未成岩的岩石、已风化的岩石以及含有软弱矿物的岩石。典型岩石有泥岩、砂岩、千枚岩、炭质板岩及绢云母片岩等。（2）岩体破碎。受地质构造影响严重的坚硬岩石也可称为软弱围岩。若硬质岩石受到强烈的构造运动影响，导致节理、裂隙、断层等结构面发育，造成围岩强度降低、自稳性变差。（3）围岩赋存环境差。隧道围岩一旦赋存于富水、高地应力等不良地质环境中将极易引起涌水、塌方等地质灾害。赋存于这些

4、不良地质环境下的围岩也可称为软弱围岩。2、软岩隧道变形机理12由于隧道开挖不可避免要对围岩产生扰动，隧道开挖打破了原有的应力平衡状态，会出现应力重新分布和动态调整。由于软岩强度低、对工程扰动及其敏感，在受拉和受压条件下将产生塑性区，使围岩和支护结构产生变形。软弱围岩隧道开挖后突出表现在围岩松弛压力大，初期支护承受压力大。按照结构力学的基本原理，我们不妨把隧道初期支护看作是由锚杆、钢筋网、喷射砼、钢架等支护手段组成的复合体。该复合体是具有一定强度和刚度的承载结构。软岩隧道的开挖过程同时也是扰动围岩对初期支护结构的逐级逐次加载过程。当作用在初期支护上的围岩扰动荷载未

5、超出结构本身的极限承载力的时候，结构将处于稳定状态，同时支护结构会因为荷载的不断增加发生变形。一旦围岩扰动产生的荷载超出初期支护结构极限承载力，支护结构将会失稳破坏，突出表现在钢架扭曲、喷层开裂掉块，结构变形出现突变等。由以上分析可以看出，软弱围岩大变形是指在隧道开挖形成凌空面以后围岩受自重应力及构造应力的影响发生朝向隧道净空的变形。这是复杂应力条件下软弱围岩本身固有的特性，属于客观因素。隧道支护结构大变形是指由于支护参数、施工方法选择不当，结构强度和刚度不足以抵抗较高的围岩压力而出现大变形和结构破坏，属于主观因素。3、地应力对软岩隧道工程的影响3.1地应力基本

6、概念12地应力是存在于地壳中的未受工程扰动的天然应力，也称岩体初始应力、绝对应力或原岩应力。地质力学认为﹐地壳内的应力活动是使地壳克服阻力﹑不断运动发展的原因﹔地壳各处发生的一切形变﹐如褶皱﹑断裂(见节理﹑断层)等都是地应力作用的结果。通常地壳内各点的应力状态不尽相同﹐并且应力随(地表以下)深度的增加而线性地增加。由于所处的构造部位和地理位置不同﹐各处的应力增加的梯度也不相同。重力和构造应力是地应力的主要组成因素。经研究初始应力的分布有以下主要规律：（1）岩体的初始应力绝大部分是以水平应力为主的三向不等压的空间应力场，三个主应力的大小和方向是随着时间和空间变化的

7、，是一个非稳定的应力场。（2）实测的垂直应力基本上等于上覆岩体重量。即：σv＝γH＝0.027Hσv为垂直原岩应力（MPa）；H为计算点到地表的垂直距离（m）。（3）水平应力普遍大于垂直应力。3.2高地应力定义不同国家对高地应力的定义是很悬殊的。工程实践中往往将大于20～30MPa的硬质岩体内的初始应力称为高地应力。一般认为，所谓高地应力是指初始应力特别是它们的水平初始应力分量大大超过其上覆盖层的岩体的质量。12《工程岩体分类标准》（GB50218-1994）中规定：（1）Rb/σh，max＝4～7时为高地应力，岩芯有饼化现象，开挖过程中洞壁岩体位移显著，持续时

8、间长，成洞性差。（2）R