软岩隧道基底病害及工程措施

1、软岩隧道基底病害及工程措施* * *（中铁二院工程集团有限责任公nJ,成都610031）摘要:本文依托川藏线上高岩温隧道相关资料，首先调研了现有高地应力的分级，其 次针对高地应力围岩条件下软岩隧道基底病害一一底般，总结其变形的机理和原因，归纳 了底胺的控制措施，为类似的隧道工程提供参考。关键词：隧道底鼓；变形机理：控制措施中图分类号：文献标识码：High stress soft rock tunnel bottom damage and engineering measures* * *（China Railway Eryuan Engineering Group Co. Ltd, Cheng

2、du, Sichuan 610031, China） Abstract： This paper relies on data of high temperature of rock tunnel on the Sichuan Tibet line. Firstly, the classification of high ground stress is investigated. Then the high geostress tunnel bottom soft rock surrounding rock under the condition of the disease - the bo

3、ttom heave. Summarizing the mechanism and reason of the deformation of the floor heave control measures are summarized,This paper provides reference for similar tunnel projects.Key words： Drum at the bottom of the tunnel; Deformation mechanism; The comprehensive measures1.高地应力软岩概述近年来，随着我国交通事业的不断发展，穿

4、越高地应力区软岩隧道越来越多，给我国 隧道设计和施工带来了新的挑战。川藏线主要穿越了青藏高原的四条板块缝合带，板块缝 合带的不良地质构造会对下穿的隧道造成很大的影响，会产生高温高压地下水（地热）、 软岩变形和岩爆风险（高地应力）、活动断裂、斜坡崩滑、泥石流等灾害。其中新都桥林芝段南线国道318线高尔寺山，工卡拉山，剪子湾山等埋深仅几百米 的越岭隧道均出现不同程度的大变形。通过工程类比，由新都桥至理塘越岭深埋隧道多为 砂板岩等软质岩，因此存在大变形的风险较北线高。北线共计存在软岩大变形风险隧道7 座，南线存在软岩大变形风险的隧道为10座。因此控制高地应力软岩隧道基底的变形成 为隧道建设中亟待解决

5、的问题。L1高地应力分级对于地应力的分级，国内外没有统一的标准，目前主要采用3种方法进行分级口。 数值法:工程实践中往往将大于2030MPa的地应力称为高地应力。(2)应力比法:采用水平应力和垂直应力的比值(n)进行分级。n=l1.5时为一般应力, n=l. 52时为较高地应力，n>2时为高地应力。该方法强调了水平应力的作用。(3)强度应力比法:采用岩石单轴抗压强度和最大水平主应力的比值(Rb?max),沪进 行地应力分级，该方法反映了岩体的承压能力。世界部分国家按该方法进行地应力分级结 果见表1-1 o表1- 1世界部分国家地应力分级标准国家、地区及单位强度应力比极高地应力法国隧协日本

6、应用地质协会前苏联顿 巴斯矿区中国TB10003-2021铁路隧道设计规范根据铁路隧道设计规范，初始应 力评估见表l-2o表1- 2初始地应力场评估基准初始地应力状态极高应力硬质岩开挖过程中时有岩爆发生，有岩块弹出，洞壁岩体 发生剥离“新生裂缝多”成洞性差软质岩岩芯常有饼化现象，开挖过程中洞壁岩体有剥 离位移，极为显著，甚至发生大位移持续时间长，不易成洞高应力硬质岩开挖过程中, 可能出现岩爆，洞壁岩体有剥离和掉块现象，新生裂缝较多，成洞性较差主要现象评估 基准 <4高地应力<2 <2 <2.2 47中等地应力24 24 2. 24低地应 力>4 >4 >

7、;4 (RC/?max) ?4 4:7软质岩岩芯时有饼化现象，开挖过程中洞壁岩体位移显 著，持续时间较长，成洞性差岩石单轴饱和抗压强度Rc与定性划分的岩石坚硬程度对应 关系，见表6-3。表6- 3 Rc与定性划分的岩石坚硬程度的对应关系Rc/MPa坚硬程度<5极软岩515软岩1530较软岩3060较坚硬岩>60坚 硬岩2.高地应软岩隧道底胺机理和原因2.1 底般的机理在软岩隧道基底变形中，底鼓往往占据了很大一部分，隧道的底鼓容易引起线路的不 平顺，危害行车安全。根据围岩岩性将隧道底鼓分为四类：膨胀性软岩底鼓；高应力 软岩底鼓；节理化软岩底鼓：复合型软岩底鼓。每类软岩隧道底鼓的机理和

8、特征见表 2-1 。表2- 1软岩隧道底鼓变形机理及特征软岩类型 膨胀性软岩变形机理遇水发生物理，化学反应高应力软岩 节理化软 岩岩石在高应力作用下变形强度低、完整性差、结构而发育复合型软岩高应力-强膨 胀复合软岩高应力-节理化复合软岩高应力-节理化-强膨胀复合软岩2. 2底瞰的原因 (1)隧道围岩强度低隧址区地质条件复杂，且具有一定的地质构造应力作用。泥质粉砂岩、泥岩等围岩条 件下，节理裂隙发育，强度较低。隧道开挖后，原始地应力释放掉一部分，围岩发生卸荷 和应高应力下加剧围岩膨胀 节理、结构而在应力作用下滑移、变形 综合作用拥有多种 变形特征岩爆、片帮、塑性挤入全断而塑性挤入、扩容、掉块片帮

9、、底鼓、塑性挤入 滑移、扩容、崩解变形特征塑性挤入、底鼓力重分布。围岩切向应力增加，塑性圈半 径扩大，变形破坏，由隧道浅部向深部扩展，再加上底部积水，使底部围岩产生不可逆的 物理、化学变化，使岩体软化加I剧:一方面使水在岩体中渗透更加方便；另一方面使围岩裂 隙增大和扩张，变形量加大，产生一定量的底鼓。桃树娅隧道发生底鼓破坏的主要内在因 素是围岩岩性较差3。 （2）软岩遇水软化和膨胀膨胀性软岩（蒙脱石、伊利石等）遇水后会出现泥化、膨胀、崩解和破碎等现象隧道底 板岩体强度会随着地下水的侵蚀进一步降低。隧道底板岩体强度下降后在水平应力作用下 将进一步破坏，此时水更容易渗透至隧道底板更深部的岩层，加剧

10、底板深部岩层的水理作 用，使得底板更大范围内的岩体强度降低，破坏范围进一步扩大。水是引发底鼓的主要环 境因素30（3）软岩的流变软岩具有典型的流变性。在隧道底部围岩压力作用下，隧道底板岩体将向隧道内空发 生整体流动，当该岩体的流变性能超过其抗拉强度极限值时，隧道底板将出现竖向裂隙， 最终发生底鼓。岩体流变引起的底鼓与时间密切相关，并随着时间的增长而增大3。3.高地应力软岩隧道底胺控制措施3. 1底股工程实例表3- 1软岩隧道底胺汇总序号名称1关角铁路隧道4 2海代尔引水隧洞5 3扫石公路隧道4辛普伦隧 道6瑞士-意大利（1906）围岩为石灰质云母一片岩隧道在竣工若干年后，强大的山体压 力再次引

11、起横通道边墙、拱部和隧底破裂、隆起5家竹青铁路隧道7中国南昆线 （1992-1997泥质砂岩、页岩及煤层煤系地层，原始地应力在变形最严重的洞段，底般 80100cm；中国地点中国青藏线（1977）地质简况泥质片岩，最大埋深500m左右工 程情况及大变形特征施工期间，隧底上鼓约1m,通车后不久，隧底便上鼓30cm, 通车 三年以后（1982年11-12月），隧底隆起80cm,通车后，隧底隆起，边墙再次开裂印度（1979）千枚岩、页岩及各类片岩等。薄层泥灰岩）3.2底股控制措施3.2.1传统控制 措施8. 516 MPa根据控制原理的不同，传统的底鼓控制方法可分为加固法与卸压法两大类。加固法主要通过提高底板围岩强度以控制底鼓;卸压法主要是通过切缝等卸压措 施，将巷道及底板的应力向深部转移，降低底板岩层应力，从而达到控制底鼓的目的。底 朦控制方法简介见图3-1,具体的设计方案见表3-28 o底板锚杆底板注浆加固法 封闭式支架混凝土反拱底眼控制方法切缝卸压法打孔卸压法卸压法松动爆破卸压法掘巷卸压法联合支护法图3- 1底瞰控制方法简介表3- 2底瞰防治的不同方案设计9方案1 2 3 4底瞰防治措施底板锚杆底板注浆底板开槽卸压底