高地应力软岩隧道大变形控制技术.ppt

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1、高地应力软岩隧道大变形控制技术高地应力软岩隧道大变形控制技术乌鞘岭隧道岭脊地段变形控制技术乌鞘岭隧道岭脊地段变形控制技术乌鞘岭隧道岭脊地段变形控制技术乌鞘岭隧道岭脊地段变形控制技术石家庄铁道学院石家庄铁道学院石家庄铁道学院石家庄铁道学院第一章第一章 乌鞘岭隧道简况乌鞘岭隧道简况 乌乌乌乌鞘鞘鞘鞘岭岭岭岭隧隧隧隧道道道道设设设设计计计计为为为为两两两两座座座座平平平平行行行行的的的的单单单单线线线线隧隧隧隧道道道道，两两两两线线线线间间间间距距距距40m40m，隧隧隧隧道道道道长长长长20.05km20.05km，基基基基本本本本为为为为直直直直线线线线隧隧隧隧道道道道；隧隧隧隧道道道道洞洞洞洞

2、身身身身最最最最大大大大埋埋埋埋深深深深1100m1100m左左左左右右右右。右右右右线线线线隧隧隧隧道道道道总总总总工工工工期期期期2.52.5年。年。年。年。隧隧隧隧道道道道最最最最大大大大埋埋埋埋深深深深约约约约1100m1100m，在在在在岭岭岭岭脊脊脊脊约约约约7km7km范范范范围围围围分分分分布布布布由由由由四四四四条条条条区区区区域域域域性性性性大大大大断断断断层层层层组组组组成成成成的的的的宽宽宽宽大大大大“挤挤挤挤压压压压构构构构造造造造带带带带”，地地地地应应应应力力力力情情情情况况况况十十十十分分分分复复复复杂杂杂杂。在在在在F4F4和和和和F7F7断断断断层层层层及及

3、及及影影影影响响响响带带带带、志志志志留留留留系系系系板板板板岩岩岩岩夹夹夹夹千千千千枚枚枚枚岩岩岩岩地地地地层层层层，围围围围岩岩岩岩破破破破碎碎碎碎，洞洞洞洞室自稳能力极差。室自稳能力极差。室自稳能力极差。室自稳能力极差。隧道辅助坑道设计按工期为隧道辅助坑道设计按工期为隧道辅助坑道设计按工期为隧道辅助坑道设计按工期为2.52.5年考虑，设置年考虑，设置年考虑，设置年考虑，设置有有有有1313座斜井和座斜井和座斜井和座斜井和1 1座竖井的施工方案，在施工中又结座竖井的施工方案，在施工中又结座竖井的施工方案，在施工中又结座竖井的施工方案，在施工中又结合施组安排，又增加一座竖井合施组安排，又增加

4、一座竖井合施组安排，又增加一座竖井合施组安排，又增加一座竖井(主要用于通风主要用于通风主要用于通风主要用于通风)和和和和一座横洞，在一座横洞，在一座横洞，在一座横洞，在20042004年年年年4 4月月月月F7F7断层，又增设左、右线断层，又增设左、右线断层，又增设左、右线断层，又增设左、右线迂回导坑。迂回导坑。迂回导坑。迂回导坑。隧道施工进入隧道施工进入F7工程活动性断层以后，发现工程活动性断层以后，发现初期支护变形速率加剧，初期支护出现掉块、开初期支护变形速率加剧，初期支护出现掉块、开裂和挤压破坏等现象，隧道最大拱顶下沉和水平裂和挤压破坏等现象，隧道最大拱顶下沉和水平收敛分别达收敛分别达1

5、209mm和和1053mm，一般在，一般在300700mm左右，初期变形速率一般在左右，初期变形速率一般在3035mm/d。图图1-21-2 F7F7断层支护变形情况断层支护变形情况 隧隧隧隧道道道道衬衬衬衬砌砌砌砌结结结结构构构构采采采采用用用用复复复复合合合合式式式式衬衬衬衬砌砌砌砌，在在在在本本本本隧隧隧隧道道道道最最最最大大大大的的的的F7F7活活活活动动动动性性性性断断断断层层层层地地地地段段段段(宽宽宽宽度度度度 800m800m)，考考考考虑虑虑虑断断断断层层层层活活活活动动动动性性性性及及及及岩岩岩岩体体体体十十十十分分分分破破破破碎碎碎碎，按按按按圆圆圆圆形形形形结结结结构构

6、构构断断断断面面面面(图图图图1-31-3)进行设计进行设计进行设计进行设计 图图1-3 F7断层圆形断面断层圆形断面 其他地段根据围岩性质隧道采用椭圆形其他地段根据围岩性质隧道采用椭圆形其他地段根据围岩性质隧道采用椭圆形其他地段根据围岩性质隧道采用椭圆形(图图图图1-41-4)。图图1-4 椭圆形断面椭圆形断面第二章第二章 大变形机理大变形机理 软软软软岩岩岩岩指指指指强强强强度度度度低低低低、孔孔孔孔隙隙隙隙度度度度大大大大、胶胶胶胶结结结结程程程程度度度度差差差差、受受受受构构构构造造造造面面面面切切切切割割割割及及及及风风风风化化化化影影影影响响响响显显显显著著著著的的的的裂裂裂裂隙隙

7、隙隙岩岩岩岩体体体体或或或或含含含含有有有有大大大大量量量量膨膨膨膨胀胀胀胀性性性性粘粘粘粘土土土土矿矿矿矿物物物物的的的的松松松松、散散散散、软软软软、弱弱弱弱岩岩岩岩层层层层，单单单单轴轴轴轴抗抗抗抗压压压压强度小于强度小于强度小于强度小于25MPa25MPa的岩石。的岩石。的岩石。的岩石。2.1 2.1 高地应力、软岩的概念高地应力、软岩的概念高地应力、软岩的概念高地应力、软岩的概念 (1)(1)软岩软岩软岩软岩 高高高高地地地地应应应应力力力力是是是是一一一一个个个个相相相相对对对对的的的的概概概概念念念念，它它它它是是是是相相相相对对对对于于于于围围围围岩岩岩岩强强强强度度度度(R

8、Rb b)而而而而言言言言的的的的。也也也也就就就就是是是是说说说说，当当当当围围围围岩岩岩岩内内内内部部部部的的的的最最最最大大大大地地地地应应应应力力力力 maxmax与与与与围围围围岩岩岩岩强强强强度度度度的的的的比比比比值值值值R Rb b/maxmax达达达达到到到到某某某某一一一一水水水水平时，才能称为高地应力或极高应力，即：平时，才能称为高地应力或极高应力，即：平时，才能称为高地应力或极高应力，即：平时，才能称为高地应力或极高应力，即：(2)(2)高地应力高地应力高地应力高地应力 围岩强度应力比围岩强度应力比围岩强度应力比围岩强度应力比=(2-1)(2-1)各各各各级级级级围围围

9、围岩岩岩岩在在在在正正正正常常常常施施施施工工工工条条条条件件件件下下下下都都都都会会会会产产产产生生生生一一一一定定定定的的的的变变变变形形形形，隧隧隧隧道道道道施施施施工工工工规规规规范范范范、新新新新奥奥奥奥法法法法指指指指南南南南及及及及衬衬衬衬砌砌砌砌标标标标准准准准设设设设计计计计等等等等对对对对各各各各级级级级围围围围岩岩岩岩及及及及各各各各种种种种支支支支护护护护结结结结构构构构都都都都规规规规定定定定有有有有不不不不同同同同的的的的预预预预留留留留变变变变形形形形量量量量以以以以容容容容纳这些变形纳这些变形纳这些变形纳这些变形 。2.2 2.2 隧道大变形的概念隧道大变形的概

10、念隧道大变形的概念隧道大变形的概念 围围围围岩岩岩岩变变变变形形形形量量量量超超超超过过过过正正正正常常常常规规规规定定定定(20cm)(20cm)的的的的2 2倍倍倍倍(即即即即40cm)40cm)时，可把围岩变形视为大变形时，可把围岩变形视为大变形时，可把围岩变形视为大变形时，可把围岩变形视为大变形 。(a)(a)膨胀岩的作膨胀岩的作膨胀岩的作膨胀岩的作用用用用 (1)(1)大变形的成因大变形的成因大变形的成因大变形的成因 具具具具有有有有膨膨膨膨胀胀胀胀岩岩岩岩的的的的围围围围岩岩岩岩在在在在一一一一定定定定条条条条件件件件下下下下体体体体积积积积膨膨膨膨胀胀胀胀，如如如如粘粘粘粘土土土

11、土类类类类矿矿矿矿物物物物、蒙蒙蒙蒙脱脱脱脱石石石石、高高高高岭岭岭岭土土土土、伊伊伊伊利利利利石石石石、绿绿绿绿泥泥泥泥石石石石等等等等吸吸吸吸水水水水后后后后体体体体积积积积可可可可膨膨膨膨胀胀胀胀10%20%10%20%。硬硬硬硬石石石石膏膏膏膏遇遇遇遇水水水水体体体体积积积积可可可可增增增增大大大大60%60%，芒芒芒芒硝硝硝硝遇遇遇遇水水水水体体体体积积积积增增增增加加加加135%135%。有有有有的的的的膨膨膨膨胀胀胀胀力力力力可可可可达达达达2545kPa2545kPa。围围围围岩岩岩岩膨膨膨膨胀胀胀胀使使使使隧隧隧隧道道道道周周周周边边边边产产产产生大变形。生大变形。生大变形。

12、生大变形。(b)(b)高地应力作用下的软岩隧道挤压变形高地应力作用下的软岩隧道挤压变形高地应力作用下的软岩隧道挤压变形高地应力作用下的软岩隧道挤压变形 研研研研究究究究表表表表明明明明，当当当当强强强强度度度度应应应应力力力力比比比比小小小小于于于于0.30.50.30.5时时时时，即即即即能能能能产产产产生生生生比比比比正正正正常常常常隧隧隧隧道道道道开开开开挖挖挖挖大大大大一一一一倍倍倍倍以以以以上上上上的的的的变变变变形形形形。此此此此时时时时洞洞洞洞周周周周将将将将出出出出现现现现大大大大范范范范围围围围的的的的塑塑塑塑性性性性区区区区，随随随随着着着着开开开开挖挖挖挖引引引引起起起起

13、围围围围岩岩岩岩质质质质点点点点的的的的移移移移动动动动，加加加加上上上上塑塑塑塑性性性性区区区区的的的的“剪剪剪剪胀胀胀胀”作作作作用用用用，洞洞洞洞周周周周将将将将产产产产生生生生很很很很大大大大位位位位移移移移。圆圆圆圆形形形形隧隧隧隧道道道道弹弹弹弹塑塑塑塑性性性性解解解解析析析析解解解解也也也也表表表表明明明明，当当当当强强强强度度度度应应应应力力力力比比比比小小小小于于于于2 2时时时时洞洞洞洞周周周周将将将将产产产产生生生生塑塑塑塑性性性性区区区区，强强强强度度度度应应应应力力力力比比比比越越越越小小小小则则则则塑塑塑塑性性性性区区区区越越越越大大大大。高高高高地地地地应应应应力

14、力力力是是是是大大大大变变变变形形形形的的的的一个重要原因。这又称为高地应力的挤压作用。一个重要原因。这又称为高地应力的挤压作用。一个重要原因。这又称为高地应力的挤压作用。一个重要原因。这又称为高地应力的挤压作用。国外几座典型的大变形隧道如：国外几座典型的大变形隧道如：国外几座典型的大变形隧道如：国外几座典型的大变形隧道如：奥地利的陶恩隧道奥地利的陶恩隧道奥地利的陶恩隧道奥地利的陶恩隧道(长长长长6400m6400m，强度应力比，强度应力比，强度应力比，强度应力比 0.050.06)0.050.06)；奥地利的阿尔贝格隧道奥地利的阿尔贝格隧道奥地利的阿尔贝格隧道奥地利的阿尔贝格隧道(长长长长3

15、980m3980m，强度应，强度应，强度应，强度应力比力比力比力比0.10.2)0.10.2)；日本的惠那山隧道日本的惠那山隧道日本的惠那山隧道日本的惠那山隧道IIII号线号线号线号线(长长长长8635m8635m，强度，强度，强度，强度应力比应力比应力比应力比0.10.33)0.10.33)；我我我我国国国国南南南南昆昆昆昆线线线线著著著著名名名名的的的的家家家家竹竹竹竹箐箐箐箐隧隧隧隧道道道道(长长长长4990m4990m，强度应力比，强度应力比，强度应力比，强度应力比0.10.2)0.10.2)都属于高地应力挤压性大变形。都属于高地应力挤压性大变形。都属于高地应力挤压性大变形。都属于高地

16、应力挤压性大变形。(c)(c)局部水压及气压力的作用局部水压及气压力的作用局部水压及气压力的作用局部水压及气压力的作用 当当当当支支支支护护护护和和和和衬衬衬衬砌砌砌砌封封封封闭闭闭闭较较较较好好好好，周周周周边边边边局局局局部部部部地地地地下下下下水水水水升升升升高高高高或或或或有有有有地地地地下下下下气气气气体体体体(瓦瓦瓦瓦斯斯斯斯等等等等)作作作作用用用用时时时时，支支支支护护护护也也也也会会会会前前前前半半半半生生生生大大大大变变变变形形形形。但但但但随随随随着着着着支支支支护护护护开开开开裂裂裂裂，水水水水或或或或气气气气溢溢溢溢出出出出，压压压压力力力力减小，变形也就停止，这种现

17、象并不多见。减小，变形也就停止，这种现象并不多见。减小，变形也就停止，这种现象并不多见。减小，变形也就停止，这种现象并不多见。纯剪切破坏纯剪切破坏纯剪切破坏纯剪切破坏(2)(2)围岩破坏形式围岩破坏形式围岩破坏形式围岩破坏形式 弯曲破坏弯曲破坏弯曲破坏弯曲破坏 剪切或滑动破坏剪切或滑动破坏剪切或滑动破坏剪切或滑动破坏 图图2-1 挤出岩体中隧道破坏类型挤出岩体中隧道破坏类型(a)纯剪切破坏纯剪切破坏(b)弯曲破坏弯曲破坏(c)剪切或滑动破坏剪切或滑动破坏 最最最最大大大大变变变变形形形形可可可可达达达达数数数数10cm10cm至至至至100cm100cm以以以以上上上上。家家家家竹竹竹竹箐箐箐

18、箐隧隧隧隧道道道道初初初初期期期期支支支支护护护护周周周周边边边边位位位位移移移移曾曾曾曾达达达达210cm210cm，一一一一般般般般80100cm80100cm，拱拱拱拱顶顶顶顶下下下下沉沉沉沉6080cm6080cm，隧隧隧隧道道道道隆隆隆隆起起起起80cm80cm。堡堡堡堡子子子子梁梁梁梁隧隧隧隧道道道道排排排排架架架架下下下下沉沉沉沉120cm120cm，边边边边墙墙墙墙向向向向下下下下挤挤挤挤进进进进3040cm3040cm。关关关关角角角角隧隧隧隧道道道道底底底底鼓鼓鼓鼓约约约约100cm100cm，边边边边墙墙墙墙向向向向内内内内挤挤挤挤很很很很大大大大。乌乌乌乌鞘鞘鞘鞘岭岭岭

19、岭隧隧隧隧道道道道岭岭岭岭脊脊脊脊段段段段最最最最大大大大水水水水平平平平收收收收敛敛敛敛达达达达1209mm1209mm，最最最最大大大大拱拱拱拱顶顶顶顶下下下下沉沉沉沉367mm367mm。平平平平均均均均累累累累计计计计变变变变形形形形按按按按F4F4、志志志志留留留留系系系系板板板板岩岩岩岩夹夹夹夹千千千千枚枚枚枚岩岩岩岩、F7F7几几几几区区区区段段段段分分分分别别别别为为为为90120mm90120mm、200400mm200400mm、150550mm150550mm。2.3 2.3 大变形的基本特征大变形的基本特征大变形的基本特征大变形的基本特征(1)(1)变形量大变形量大变形

20、量大变形量大 家家家家竹竹竹竹箐箐箐箐隧隧隧隧道道道道初初初初期期期期支支支支护护护护变变变变形形形形速速速速度度度度达达达达34cm/d34cm/d。奥奥奥奥地地地地利利利利的的的的陶陶陶陶恩恩恩恩隧隧隧隧道道道道最最最最大大大大变变变变形形形形速速速速度度度度高高高高达达达达20cm/d20cm/d，一一一一般般般般也也也也达达达达510cm/d510cm/d。乌乌乌乌鞘鞘鞘鞘岭岭岭岭隧隧隧隧道道道道岭岭岭岭脊脊脊脊段段段段变变变变形形形形量量量量测测测测开开开开始始始始阶阶阶阶段段段段变变变变形形形形速速速速率率率率最最最最高高高高达达达达167mm/d167mm/d，最最最最大大大大变

21、变变变形形形形速速速速率率率率按按按按F4F4、F5F5、志志志志留留留留系系系系板板板板岩岩岩岩夹夹夹夹千千千千枚枚枚枚岩岩岩岩、F7F7几几几几区区区区段段段段分分分分别别别别可达可达可达可达73mm/d73mm/d、143mm/d143mm/d、165mm/d165mm/d、167mm/d167mm/d。(2)(2)变形速度高变形速度高变形速度高变形速度高 由由由由于于于于软软软软弱弱弱弱围围围围岩岩岩岩具具具具有有有有较较较较高高高高的的的的流流流流变变变变性性性性质质质质和和和和低低低低强强强强度度度度，开开开开挖挖挖挖后后后后应应应应力力力力重重重重分分分分布布布布的的的的持持持持

22、续续续续时时时时间间间间长长长长。变变变变形形形形的的的的收收收收敛敛敛敛持持持持续续续续时时时时间间间间也也也也较较较较长长长长。短短短短者者者者数数数数十十十十天天天天，长长长长者者者者数数数数百百百百天天天天，一一一一般般般般也也也也需需需需百百百百多多多多天天天天。家家家家竹竹竹竹箐箐箐箐隧隧隧隧道道道道收收收收敛敛敛敛时时时时间间间间在在在在百百百百天天天天以以以以上上上上。日日日日本本本本惠惠惠惠那那那那山山山山隧隧隧隧道道道道时时时时间间间间大大大大于于于于300300天天天天，阿阿阿阿尔尔尔尔贝贝贝贝格格格格隧隧隧隧道道道道收收收收敛敛敛敛时时时时间间间间为为为为100150d

23、100150d。乌乌乌乌鞘鞘鞘鞘岭岭岭岭隧隧隧隧道道道道大大大大变变变变形形形形区区区区段段段段变变变变形持续时间达形持续时间达形持续时间达形持续时间达120d120d，一般要，一般要，一般要，一般要4050d4050d。(3)(3)变形持续时间长变形持续时间长变形持续时间长变形持续时间长 喷喷喷喷层层层层开开开开裂裂裂裂、剥剥剥剥落落落落；型型型型钢钢钢钢拱拱拱拱架架架架或或或或格格格格栅栅栅栅发发发发生生生生扭扭扭扭曲曲曲曲；底底底底部隆起；支护侵限；衬砌严重开裂等。部隆起；支护侵限；衬砌严重开裂等。部隆起；支护侵限；衬砌严重开裂等。部隆起；支护侵限；衬砌严重开裂等。(4)(4)支护破坏形

24、式多样支护破坏形式多样支护破坏形式多样支护破坏形式多样 高高高高地地地地应应应应力力力力使使使使坑坑坑坑道道道道周周周周边边边边围围围围岩岩岩岩的的的的塑塑塑塑性性性性区区区区增增增增加加加加，破破破破坏坏坏坏范范范范围围围围增增增增大大大大。特特特特别别别别是是是是支支支支护护护护不不不不及及及及时时时时或或或或结结结结构构构构刚刚刚刚度度度度、强强强强度度度度不不不不当当当当时时时时围岩破坏范围可达围岩破坏范围可达围岩破坏范围可达围岩破坏范围可达5 5倍洞径。倍洞径。倍洞径。倍洞径。(5)(5)围岩破坏范围大围岩破坏范围大围岩破坏范围大围岩破坏范围大 以圆形巷道在以圆形巷道在以圆形巷道在以

25、圆形巷道在 1.01.0，v v=HH 时的情况进行分析，时的情况进行分析，时的情况进行分析，时的情况进行分析，由弹性力学可知，如果处于弹性阶段，则围岩中任一由弹性力学可知，如果处于弹性阶段，则围岩中任一由弹性力学可知，如果处于弹性阶段，则围岩中任一由弹性力学可知，如果处于弹性阶段，则围岩中任一点的应力点的应力点的应力点的应力 r r、可用下式表示可用下式表示可用下式表示可用下式表示:2.4 2.4 大变形机理大变形机理大变形机理大变形机理2.4.1 2.4.1 洞室周边产生塑性区的条件洞室周边产生塑性区的条件洞室周边产生塑性区的条件洞室周边产生塑性区的条件(2-2)(2-2)以以以以r r=

26、R R0 0代入代入代入代入(2-2)(2-2)式，可得：式，可得：式，可得：式，可得：所以当所以当所以当所以当R Rb b/v v2106045现现象同上，但大面象同上，但大面积发积发生，且生，且产产生生锚锚杆拉断杆拉断及及钢钢架架变变形扭曲形扭曲现现象象 综综综综合合合合以以以以往往往往的的的的各各各各种种种种大大大大变变变变形形形形分分分分级级级级的的的的标标标标准准准准及及及及方方方方法法法法，并并并并考考考考虑虑虑虑乌乌乌乌鞘鞘鞘鞘岭岭岭岭隧隧隧隧道道道道的的的的具具具具体体体体特特特特点点点点，采采采采用用用用综综综综合合合合指指指指标标标标判判判判定定定定法法法法确定大变形分极标

27、准。确定大变形分极标准。确定大变形分极标准。确定大变形分极标准。3.23.2 乌鞘岭隧道大变形分级标准乌鞘岭隧道大变形分级标准乌鞘岭隧道大变形分级标准乌鞘岭隧道大变形分级标准 (1)(1)位移量位移量位移量位移量u u 铁铁铁铁路路路路隧隧隧隧道道道道设设设设计计计计规规规规范范范范，对对对对于于于于单单单单线线线线铁铁铁铁路路路路隧隧隧隧道道道道VIVI级级级级围围围围岩岩岩岩预预预预留留留留变变变变形形形形量量量量上上上上限限限限为为为为100mm(2005100mm(2005年年年年规规规规范范范范VIVI级级级级围围围围岩岩岩岩预预预预留留留留变变变变形形形形量量量量由由由由设设设设计

28、计计计确确确确定定定定)，考考考考虑虑虑虑到到到到乌乌乌乌鞘鞘鞘鞘岭岭岭岭隧隧隧隧道道道道大大大大变变变变形区段为形区段为形区段为形区段为V V级围岩，且洞径大于一般的单线隧道级围岩，且洞径大于一般的单线隧道级围岩，且洞径大于一般的单线隧道级围岩，且洞径大于一般的单线隧道 。确定三级划分标准如表确定三级划分标准如表确定三级划分标准如表确定三级划分标准如表3-53-5所示。所示。所示。所示。表表3-5 按位移量的变形等级划分表按位移量的变形等级划分表大大变变形的等形的等级级相相对对位移位移(%)35588(2)(2)强度应力比强度应力比强度应力比强度应力比R Rb b/v v 强强强强度度度度应

29、应应应力力力力比比比比大大大大小小小小是是是是隧隧隧隧道道道道产产产产生生生生大大大大变变变变形形形形的的的的最最最最直直直直接接接接因因因因素，可以不考虑的影响，得表素，可以不考虑的影响，得表素，可以不考虑的影响，得表素，可以不考虑的影响，得表3-63-6所示分级标准所示分级标准所示分级标准所示分级标准 。表表3-6 按强度应力比的变形等级划分表按强度应力比的变形等级划分表大大变变形的等形的等级级强强度度应应力比力比0.50.250.250.150.15(3)(3)原始地应力原始地应力原始地应力原始地应力 v v 对对对对于于于于挤挤挤挤压压压压性性性性围围围围岩岩岩岩其其其其抗抗抗抗压压压

30、压强强强强度度度度一一一一般般般般小小小小于于于于4.0MPa4.0MPa，如如如如取取取取R Rb b范范范范围围围围1.04.0MPa1.04.0MPa，R Rb b/v v 0.750.75=0.4=0.4，则则则则 v v范范范范围围围围2.510MPa2.510MPa。结合工程实例，得表。结合工程实例，得表。结合工程实例，得表。结合工程实例，得表3-73-7。表3-7 按原始地应力的变形等级划分表大大变变形的等形的等级级原始地原始地应应力力(MPa)510101515 (4)(4)弹性模量弹性模量弹性模量弹性模量E E 弹弹弹弹性性性性模模模模量量量量也也也也是是是是影影影影响响响响

31、洞洞洞洞壁壁壁壁位位位位移移移移的的的的重重重重要要要要因因因因素素素素，在在在在其其其其他他他他条条条条件件件件不不不不变变变变时时时时，弹弹弹弹性性性性模模模模量量量量减减减减小小小小1 1倍倍倍倍，洞洞洞洞壁壁壁壁位位位位移移移移基基基基本本本本增增增增大大大大1 1倍。结合前述工程实例，得表倍。结合前述工程实例，得表倍。结合前述工程实例，得表倍。结合前述工程实例，得表3-83-8。表表3-8 按弹性模量的变形等级划分表按弹性模量的变形等级划分表大大变变形的等形的等级级弹弹性模量性模量(MPa)20001500150010001000(5)(5)综合系数综合系数综合系数综合系数 考考考考

32、虑虑虑虑抗抗抗抗压压压压强强强强度度度度、地地地地应应应应力力力力、弹弹弹弹性性性性模模模模量量量量及及及及侧侧侧侧压压压压力力力力系系系系数数数数多个因素，定义多个因素，定义多个因素，定义多个因素，定义 并结合工程实例及上述分析，得表并结合工程实例及上述分析，得表并结合工程实例及上述分析，得表并结合工程实例及上述分析，得表3-93-9。表表3-9 按综合系数的变形等级划分表按综合系数的变形等级划分表大大变变形的等形的等级级6030301515(6)(6)综合指标判定法综合指标判定法综合指标判定法综合指标判定法 表表3-10 变形等级划分的综合指标判定法变形等级划分的综合指标判定法大大变变形的

33、等形的等级级相相对变对变形形(%)35588强强度度应应力比力比0.50.250.250.150.15原始地原始地应应力力(MPa)510101515弹弹性模量性模量(MPa)20001500150010001000综综合系数合系数6030301515围围岩及支岩及支护护特特征征开开挖挖后后洞洞壁壁围围岩岩位位移移较较大大，持持续续时时间间较较长长；一一般般支支护护开开裂裂或或破破损损较较严严重重开开挖挖后后围围岩岩位位移移大大，持持续续时时间间长长；一一般般支支护护开开裂裂或或破破损严损严重重开开挖挖后后围围岩岩位位移移很很大大，持持续续时时间间很很长长；一一般般支支护护开开裂裂或或破破损损

34、很很严严重重3.33.3 不同大变形等级的防治措施不同大变形等级的防治措施不同大变形等级的防治措施不同大变形等级的防治措施表表3-11 不同大变形等级的防治措施不同大变形等级的防治措施措施内容措施内容大大变变形的等形的等级级设设计计改善洞室形状改善洞室形状采用采用采用采用初期初期支支护护锚锚杆、杆、钢钢架、网、架、网、喷联喷联合支合支护护采用采用采用采用采用采用喷砼喷砼中中掺钢纤维掺钢纤维采用采用采用采用补补强强长锚长锚杆杆采用采用采用采用H型型钢钢采用采用预预留留变变形量形量(mm)150250250350350400多重、分次支多重、分次支护护采用采用采用采用采用采用二次二次衬衬砌砌钢钢筋

35、混凝土筋混凝土采用采用采用采用采用采用施施工工分步开挖、多重、分次支分步开挖、多重、分次支护护采用采用采用采用采用采用加加强强监监控量控量测测采用采用采用采用采用采用弱爆破、短台弱爆破、短台阶阶、早封、早封闭闭采用采用采用采用采用采用循循环进环进尺尺(m)22.5120.51第四章第四章 围岩的物理力学参数试验围岩的物理力学参数试验与确定与确定 采采采采用用用用取取取取样样样样室室室室内内内内试试试试验验验验与与与与现现现现场场场场原原原原位位位位测测测测试试试试相相相相结结结结合合合合的的的的方方方方法法法法，对对对对F7F7断断断断层层层层破破破破碎碎碎碎带带带带及及及及志志志志留留留留系

36、系系系板板板板岩岩岩岩夹夹夹夹千千千千枚枚枚枚岩岩岩岩物物物物理力学参数进行了综合测试。理力学参数进行了综合测试。理力学参数进行了综合测试。理力学参数进行了综合测试。4.14.1 取样室内试验与现场原位测试取样室内试验与现场原位测试取样室内试验与现场原位测试取样室内试验与现场原位测试 采采采采用用用用水水水水压压压压致致致致裂裂裂裂法法法法进进进进行行行行地地地地应应应应力力力力测测测测试试试试，并并并并取取取取样样样样进进进进行行行行岩石的物理力学试验。岩石的物理力学试验。岩石的物理力学试验。岩石的物理力学试验。4.24.2 地应力测试地应力测试地应力测试地应力测试 4.34.3 围岩参数的

37、位移反演围岩参数的位移反演围岩参数的位移反演围岩参数的位移反演 分分分分别别别别采采采采用用用用位位位位移移移移联联联联图图图图反反反反分分分分析析析析法法法法、典典典典型型型型类类类类比比比比分分分分析析析析法和有限元位移正反分析法不同的反分析法。法和有限元位移正反分析法不同的反分析法。法和有限元位移正反分析法不同的反分析法。法和有限元位移正反分析法不同的反分析法。4.44.4 围岩物理力学参数的综合分析围岩物理力学参数的综合分析围岩物理力学参数的综合分析围岩物理力学参数的综合分析 表表4-1 围岩物理力学参数综合分析围岩物理力学参数综合分析 地应力地应力(MPa)区段区段 确定方法及依据确

38、定方法及依据 重度重度(kN/m3)粘聚力粘聚力(kPa)内摩擦内摩擦 角角()泊松比泊松比 弹性模量弹性模量(MPa)竖直竖直 水平水平 侧压力系数侧压力系数 规范规范建议值建议值 1720 50200 2027 0.350.45 10002000 0.300.50 室内和原位试验室内和原位试验 24.79 60 25 0.33 11.0 0.493 地应力测试地应力测试 11.2 围岩压力测试围岩压力测试 0.995 位移反分析位移反分析 687.5 15.78 0.883 地应力场模拟分析地应力场模拟分析 17.5 1.14 F7断断层层区区段段 建议采用值建议采用值 24.79 60

39、25 0.33 1100 11.2 1.0 第五章第五章 现场试验现场试验(F7(F7断层断层)对对对对F7F7断断断断层层层层区区区区段段段段9 9个个个个量量量量测测测测断断断断面面面面的的的的实实实实测测测测压压压压力力力力数数数数据据据据进进进进行行行行分析计算估算侧压力系数。具体数据如表分析计算估算侧压力系数。具体数据如表分析计算估算侧压力系数。具体数据如表分析计算估算侧压力系数。具体数据如表5-15-1所示所示所示所示 。1.1.侧压力系数估算侧压力系数估算侧压力系数估算侧压力系数估算 表表5-1 F7断断层实测压层实测压力估算力估算侧压侧压力系数力系数结结果果汇总汇总项项目目初支

40、初支二二衬衬断面断面位置位置左迂左迂+210左迂左迂+290左迂左迂+435左隧左隧+340左隧左隧+568右隧右隧+345左隧左隧+340左隧左隧+568左隧左隧+580右隧右隧+345右隧右隧+485右隧右隧+525侧压侧压力力系数系数0.6101.4911.2330.5930.2690.9111.4580.7784.3891.3261.4772.414平均平均值值0.7271.636左左线线隧道平均隧道平均0.813；右；右线线隧道平均隧道平均1.380；左；左线线迂回迂回导导坑平均坑平均0.930总总平均平均0.995 同同同同样样样样根根根根据据据据现现现现阶阶阶阶段段段段F7F7断

41、断断断层层层层带带带带的的的的9 9个个个个量量量量测测测测断断断断面面面面的的的的压压压压力力力力实实实实测测测测数数数数据据据据进进进进行行行行分分分分析析析析计计计计算算算算，得得得得出出出出结结结结果果果果汇汇汇汇总总总总如如如如表表表表5-25-2所所所所示示示示 。2.2.二衬分担压力比例估算二衬分担压力比例估算二衬分担压力比例估算二衬分担压力比例估算 拱部拱部边墙边墙平均平均41.893.962.2表表表表5-2 F75-2 F75-2 F75-2 F7断层带实测压力估算二衬分但压力比例结果汇总断层带实测压力估算二衬分但压力比例结果汇总断层带实测压力估算二衬分但压力比例结果汇总断

42、层带实测压力估算二衬分但压力比例结果汇总26.6%70.6%28.3%100%100%100%100%47.3%31.5%初期支护初期支护图图5-1 F7断层区段二衬分担压力断层区段二衬分担压力比例横断面分布示意图比例横断面分布示意图二衬二衬 左左左左、右右右右线线线线隧隧隧隧道道道道变变变变形形形形量量量量测测测测值值值值沿沿沿沿隧隧隧隧道道道道纵纵纵纵向向向向分分分分布布布布如如如如图图图图5-5-2 2所所所所示示示示。其其其其中中中中左左左左线线线线隧隧隧隧道道道道反反反反映映映映了了了了初初初初期期期期支支支支护护护护拆拆拆拆换换换换后后后后位位位位移移移移对对对对比情况比情况比情况

43、比情况 。3.3.变形量测值沿隧道纵向分布变形量测值沿隧道纵向分布变形量测值沿隧道纵向分布变形量测值沿隧道纵向分布 图图5-2 F7断层区段左线隧道变形量测值沿隧道纵向分布断层区段左线隧道变形量测值沿隧道纵向分布 4.4.根根根根据据据据F7F7断断断断层层层层的的的的变变变变形形形形和和和和地地地地质质质质情情情情况况况况，进进进进行行行行了了了了大大大大量量量量断断断断面面面面形形形形式式式式、断断断断面面面面净净净净空空空空、支支支支护护护护形形形形式式式式和和和和支支支支护护护护参参参参数数数数优优优优化化化化，分分分分别别别别采采采采用用用用了了了了圆圆圆圆型型型型、椭椭椭椭圆圆圆圆

44、型型型型、马马马马蹄蹄蹄蹄型型型型的的的的不不不不同同同同断断断断面面面面形形形形式式式式，一一一一次次次次大大大大刚刚刚刚度度度度支支支支护护护护及及及及分分分分层层层层多多多多次次次次支支支支护护护护，一一一一次次次次二二二二衬衬衬衬及及及及分分分分层层层层两两两两次次次次二二二二衬衬衬衬等等等等支支支支护护护护、衬衬衬衬砌砌砌砌形形形形式式式式，经经经经施施施施工工工工实实实实践践践践证证证证明明明明正正正正洞洞洞洞隧隧隧隧道道道道以以以以圆圆圆圆形形形形断断断断面面面面形形形形式式式式为为为为最最最最好好好好；适适适适当当当当加加加加强强强强第第第第一一一一次次次次支支支支护护护护刚度

45、留有支护补强空间刚度，留有支护补强空间刚度，留有支护补强空间刚度，留有支护补强空间 。5.5.迂迂迂迂回回回回导导导导坑坑坑坑中中中中的的的的支支支支护护护护形形形形式式式式和和和和参参参参数数数数可可可可满满满满足足足足施施施施工工工工安安安安全全全全与与与与稳稳稳稳定定定定；由由由由迂迂迂迂回回回回导导导导坑坑坑坑施施施施工工工工方方方方法法法法、工工工工艺艺艺艺研研研研究究究究得得得得出出出出的的的的结结结结论论论论适适适适用用用用F7F7断断断断层层层层正正正正洞洞洞洞施施施施工工工工；迂迂迂迂回回回回导导导导坑坑坑坑的的的的试试试试验验验验与与与与施施施施工工工工实实实实践践践践，

46、为为为为大大大大断断断断面面面面正正正正洞洞洞洞施施施施工工工工提提提提供供供供了了了了直直直直接接接接的的的的、重重重重要要要要的的的的指指指指导导导导和依据。和依据。和依据。和依据。6.6.F7F7右右右右线线线线隧隧隧隧道道道道：按按按按设设设设计计计计断断断断面面面面进进进进行行行行结结结结构构构构正正正正反反反反检检检检算算算算，衬衬衬衬砌砌砌砌结结结结构构构构安安安安全全全全度度度度满满满满足足足足规规规规范范范范要要要要求求求求，但但但但考考考考虑虑虑虑由由由由于于于于应应应应急急急急处处处处理理理理本本本本段段段段部部部部分分分分地地地地段段段段衬衬衬衬砌砌砌砌厚厚厚厚度度度度

47、不不不不足足足足，并并并并根根根根据据据据现现现现场场场场的的的的监监监监测测测测及及及及开开开开裂裂裂裂情情情情况况况况，拟拟拟拟对对对对已已已已开开开开裂裂裂裂段段段段进进进进行行行行补补补补强强强强处处处处理理理理，方方方方案案案案如如如如图图图图5-35-3所示所示所示所示 。图图5-3衬砌补强设计方案衬砌补强设计方案 7.7.对对对对左左左左右右右右线线线线隧隧隧隧道道道道及及及及其其其其迂迂迂迂回回回回导导导导坑坑坑坑的的的的群群群群洞洞洞洞效效效效应应应应研研研研究究究究表表表表明明明明，虽虽虽虽然然然然群群群群洞洞洞洞施施施施工工工工相相相相互互互互影影影影响响响响，群群群群洞

48、洞洞洞效效效效应应应应存存存存在在在在，但但但但是是是是影影影影响响响响程程程程度度度度不不不不大大大大，不不不不至至至至于于于于引引引引起起起起相相相相邻邻邻邻洞洞洞洞室室室室中中中中间间间间岩岩岩岩柱柱柱柱的的的的失失失失稳稳稳稳破破破破坏坏坏坏，四四四四条条条条隧隧隧隧道道道道整整整整体体体体是是是是稳稳稳稳定定定定的的的的，而而而而且且且且后后后后续续续续开开开开挖挖挖挖对对对对于于于于已已已已完完完完工工工工隧隧隧隧道道道道衬衬衬衬砌砌砌砌内内内内力力力力的的的的影影影影响响响响也不大，不会危及隧道衬砌结构的安全也不大，不会危及隧道衬砌结构的安全也不大，不会危及隧道衬砌结构的安全也不

49、大，不会危及隧道衬砌结构的安全 。8.8.F7F7断断断断层层层层区区区区段段段段纵纵纵纵向向向向位位位位移移移移特特特特征征征征与与与与地地地地应应应应力力力力测测测测试试试试分分分分析析析析成成成成果果果果相相相相互互互互印印印印证证证证，反反反反映映映映出出出出该该该该区区区区段段段段水水水水平平平平地地地地应应应应力力力力与与与与隧隧隧隧道道道道走走走走向向向向存存存存在在在在着着着着明明明明确确确确的的的的角角角角度度度度关关关关系系系系并并并并对对对对隧隧隧隧道道道道呈呈呈呈纵纵纵纵向向向向挤挤挤挤压压压压的的的的特特特特性性性性。这这这这一一一一地地地地应应应应力力力力分分分分布

50、布布布特特特特性性性性将将将将使使使使隧隧隧隧道道道道开开开开挖挖挖挖后后后后的的的的应应应应力力力力释释释释放放放放对对对对洞洞洞洞室室室室支支支支护护护护结结结结构构构构产产产产生生生生明明明明显显显显地地地地不不不不均均均均匀匀匀匀荷荷荷荷载载载载作作作作用用用用，其其其其结结结结果果果果将将将将使使使使结结结结构构构构产产产产生生生生纵纵纵纵向向向向扭扭扭扭曲曲曲曲破破破破坏坏坏坏。因因因因此此此此，应应应应充充充充分分分分考考考考虑虑虑虑结结结结构构构构纵纵纵纵向向向向上上上上的的的的受受受受力力力力特性，加强其纵向连接强度。特性，加强其纵向连接强度。特性，加强其纵向连接强度。特性，