软岩隧道基底病害工程措施

1、-高地应力软岩地道基底病害及工程措施*（中铁二院工程公司有限责任公司，成都610031）大纲:本文依赖川藏线上高岩温地道有关资料，第一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地道基底病害底臌，总结其变形的机理和原因，归纳了底臌的控制措施，为近似的地道工程供应参照。要点词：地道底鼓；变形机理；控制措施中图分类号：文件表记码：Highstresssoftrocktunnelbottomdamageandengineeringmeasures*(ChinaRailwayEryuanEngineeringGroupCo.Ltd,Chengdu,Sichuan610031,China)A

2、bstract：ThispaperreliesondataofhightemperatureofrocktunnelontheSichuanTibetline.Firstly,theclassificationofhighgroundstressisinvestigated.Thenthehighgeostresstunnelbottomsoftrocksurroundingrockundertheconditionofthedisease-thebottomheave.Summarizingthemechanismandreasonofthedeformationofthefloorheav

3、econtrolmeasuresaresummarized,Thispaperprovidesreferenceforsimilartunnelprojects.Keywords:Drumatthebottomofthetunnel;Deformationmechanism;Thecomprehensivemeasures高地应力软岩归纳近来几年来，随着我国交通事业的不断发展，穿越高地应力区软岩地道越来越多，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地道造成很大的影响，会产生高温高压地下水（地热）、软岩变形和岩爆风险（高地应

4、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地道均出现不同样程度的大变形。经过工程类比，由新都桥至理塘越岭深埋地道多为砂板-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地道7座，南线存在软岩大变形风险的地道为10座。因此控制高地应力软岩地道基底的变形成为地道建-设中亟待解决的问题。1.1高地应力分级对于地应力的分级，国内外没有一致的标准，目前主要采用3种方法进行分级1。数值法:工程实践中常常将大于2030MPa的地应力称为高地应力。应力比法:采用水平应力和垂直应力的比值(n)进行分级。n=11.

5、5时为一般应力，n=1.52时为较高地应力，n2时为高地应力。该方法重申了水平应力的作用。(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（Rbmax）,沪进行地应力分级，该方法反响了岩体的承压能力。世界部分国家按该方法进行地应力分级结果见表1-1。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低地应极高地应力高地应力中等地应力力法国隧协4日本应用地质协会4前苏联顿巴斯矿区4中国TB10003-2005铁路447地道设计规范依照铁路地道设计规范，初始应力评估见表1-2。表1-2初始地应力场评估基准初始地应力状主要现象评估基准态(Rc/max)极高应力硬质岩开挖过程中

6、时有岩爆发生，有岩块弹出，洞4壁岩体发生剥离“再生裂缝多”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，极为显然，甚至发生大位移连续时间长，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4:7和掉块现象，再生裂缝很多，成洞性较差-软质岩岩芯时有饼化现象，开挖过程中洞壁岩体位移显然，连续时间较长，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6-3Rc与定性划分的岩石坚硬程度的对应关系Rc/MPa60坚硬程度极软岩软岩较软岩较坚硬岩坚硬岩高地应软岩地道底臌机理和原因2.1底臌的机理在软岩地道基底变形中，底鼓常常据有了很大一部分，地道

7、的底鼓简单惹起线路的不平顺，危害行车安全。依照围岩岩性将地道底鼓分为四类：膨胀性软岩底鼓；高应力软岩2-底鼓；节理化软岩底鼓；复合型软岩底鼓。每类软岩地道底鼓的机理和特色见表12。表2-1软岩地道底鼓变形机理及特色软岩种类变形机理变形特色膨胀性软岩遇水发生物理，化学塑性挤入、底鼓反响高应力软岩岩石在高应力岩爆、片帮、塑性挤作用下变形入节理化软岩强度低、完满性差、全断而塑性挤入、扩构造而发育容、掉块复合型软岩高应力-强膨胀复合高应力下加剧围岩膨片帮、底鼓、塑性挤软岩胀入高应力-节理化复合节理、构造而在应力滑移、扩容、崩解软岩作用下滑移、变形高应力-节理化-强膨综合作用拥有多种变形特色胀复合软岩2

8、.2底臌的原因（1）地道围岩强度低隧址区地质条件复杂，且拥有必然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。地道开挖后，原始地应力释放掉一部分，围岩发生卸荷和应-力重分布。围岩切向应力增加，塑性圈半径扩大，变形破坏，由地道浅部向深部扩展，再加上底部积水，使底部围岩产生不能逆的物理、化学变化，使岩体消融加剧:一方面使水在岩体中浸透更加方便;另一方面使围岩裂隙增大和扩大，变形量加大，产生必然量的底鼓。桃树娅地道发生底鼓破坏的主要内在因素是围岩岩性较差3。（2）软岩遇水消融和膨胀膨胀性软岩(蒙脱石、伊利石等)遇水后会出现泥化、膨胀、崩解和破碎等现象地道底板岩体强度会随着

9、地下水的损害进一步降低。地道底板岩体强度下降伍在水平应力作用下将进使一步破坏，此时水更简单浸透至地道底板更深部的岩层，加剧底板深部岩层的水理作用，得底板更大范围内的岩体强度降低，破坏范围进一步扩大。水是惹起底鼓的主要环境因素3。（3）软岩的流变软岩拥有典型的流变性。在地道底部围岩压力作用下，地道底板岩体将向地道内空发生整体流动，当该岩体的流变性能高出其抗拉强度极限值时，地道底板将出现竖向裂隙，最后发生底鼓。岩体流变惹起的底鼓与时间亲近有关，并随着时间的增加而增3。大高地应力软岩地道底臌控制措施3.1底臌工程实例表3-1软岩地道底臌汇总序号名称地点地质简况工程情况及大变形特色1施工时期，隧底上鼓

10、约1m，通车关角铁路隧中国青藏泥质片岩，最大后道4线(1977)埋深500m左右不久，隧底便上鼓30cm，2印度通车三年今后(1982年11-月)海代尔引水(1979)千枚岩、页岩及12，隧洞5各样片岩等。隧底隆起80cm，3扫石公路隧中国薄层泥灰岩通车后，隧底隆起，边墙再次开裂道4辛普伦地道6瑞士-意大围岩为石灰质云地道在竣工若干年后，富强的山体利(1906)母-片岩压力再次惹起横通道边墙、拱部和隧底破碎、隆起5家竹青铁路中国南昆泥质砂岩、页岩在变形最严重的洞段，底臌80地道7线及煤层煤系地100cm；(1992-1997层，原始地应力-)8.516MPa3.2底臌控制措施传统控制措施依照控

11、制原理的不同样，传统的底鼓控制方法可分为加固法与卸压法两大类。加固法主要经过提高底板围岩强度以控制底鼓;卸压法主若是经过切缝等卸压措施，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。底臌控制方法简介见图3-1，详尽的设计方案见表3-28。底板锚杆底板注浆加固法封闭式支架混凝土反拱底臌控制方切缝卸压法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底臌控制方法简介3-2底臌防治的不同样方案设9表计方案底臌防治措施主要技术参数1底板锚杆9根长522mm间距为0.60.8mm的高强度锚杆，2底板注浆向底板下3m范围内的岩层注入水泥浆液3底板开槽卸压卸压槽长度4m

12、,槽宽0.5m4250mm.拱高800底板设置反拱反拱形状为圆弧形，反拱设计厚度为mm，曲率半径为5357mm5底板下35m范围进行超前钻孔爆药壶爆破卸压破6爆破卸压与注浆方案5与方案2联合加固联合-7超挖锚注回填技对底板下深度1.6m范围内的岩体进行超挖，在巷道底部打术长度1.5m锚管，同时进行注浆，最后用C40混凝土对超挖部分进行回填加固巷道帮角控制底鼓巷道围岩是一个互有关系的有机整体，一个部位的变形常常惹起另一部位的变形。提高一个部位的强度(加固法)可能对控制该部位的变形有利，但可能惹起其他部位的变形加大:降低一个部位的强度(卸压法)可能有利于控制该部位的变形，但也可能对控制其他部位的变

13、形不利。因此，在选择底鼓控制方法时不能够捉襟见肘，而要全面考虑，保证在控制底鼓的同时使巷道其他部位不失稳10。数值模拟和相似资料实验表示:巷道底角处平时是应力集中程度高的部位，也是塑性区发展最快、范围最大的部位;当巷道两帮围岩强度不高时，两帮也是塑性区较大的部位。围岩塑性区产生今后，其范围大小对巷道围岩变形量与底鼓量影响很大。巷道底角和两帮围岩塑性区大，由此产生的围岩塑性变形大、粘塑性流变和扩容膨胀变形也就愈大，这将对巷道底鼓产生严重的影响。因此，为了控制巷道变形与底鼓，开巷后应尽早加固巷道柔弱围岩的帮和底角，作用是:减弱巷道角部应力集中程度，并在两帮和底角赶忙增强围岩的强度，控制塑性区的发展

14、，以便防范和减少因底板围岩塑性变形、粘塑性流动和破碎围岩体积膨胀而造成的底鼓。提高巷道两帮与底角围岩的自承能力。减小两帮的塑性变形及由于两帮破碎围岩压缩下沉造成的底板向巷道空间的滑移量、体积膨胀量，从而减少巷道底鼓。加固帮、角包括底角注浆、底角锚杆及加大帮锚杆部署密度、提高锚杆强度、加大锚杆长度等措施。由于该方法基本上不用对巷道底板直接施工，且工程量不大，因此，尽管该方法提出的时间不长，还是获取了大力实行。从现场实践情况看，该方法控制底鼓的收效较好。4.结论本文经过调研的手段，现得出以下结论。（1）地道开挖后围岩应力变化造成地道底板岩层卸载产生弹塑性变形向巷道内鼓起;地道拱脚在垂直应力作用下挤

15、压底板，使底板受水平应力作用向地道内鼓起;同时软岩的流变性以致底鼓量随时间延长而增。2）软岩的强度较低，会以致地道开挖后，原始地应力释放掉一部分，围岩发生卸荷和应力重分布。膨胀性软岩(蒙脱石、伊利石等)遇水后会出现膨胀。则是出现底臌的重要原-因。岩体流变惹起的底鼓随着时间的增加而增大。3）经过加固帮角能够防范传统方法的一些弊端，配合注浆加固和卸压的方法能够起到比较理想的收效。参照文件1张梅,何志军,张民庆,肖广智,任诚敏.高地应力软岩地道变形控制设计与施工技术J.现代地道技术,2012,06:13-22+69.2师亚龙,陈礼伟,裴涛涛,李春林.软岩地道底鼓机理及底鼓量计算方法J.铁道建筑,2014,05:54-56.王洪立,王玉白,胡冠英.巷道底臌的原因及防治措施J.煤矿安全,2005,08:43-45.苏舟,曾继练.娘拥水电站地热成因及解决方法J.技术与市场,2012,08:138.4万飞.关角专长铁路地道不良地质致灾机理D.北京交通大6杨长顺.及控制技术研究学,2014.高地温地道通风降温计算方法及A.中国土木工程学会、上海土木工程学会、上海城建地道股份应用有限公司.地下交通工程与工程安全第五届中国国际地道工程C.中国土木工程学会、上海土商议会文集木工程学会、上海城建地道股份有:,2011:11.限公司5姜云.公路地道围岩大变