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山岭隧道软弱围岩工程地质特性及其施工对策浅析
山岭隧道软弱围岩工程地质特性及其施工对策浅析
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: A

0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] 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~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
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