軟弱圍巖隧道

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1、軟弱圍巖隧道隨著我國(guó)鐵路路網(wǎng)的完善，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的提高，特別是高速鐵路和客運(yùn)專線的大量修建，隧道建設(shè)規(guī)模和技術(shù)水平也踏上了一個(gè)新的臺(tái)階;然而，軟弱圍巖隧道坍方、作業(yè)人員傷亡等事故卻時(shí)有發(fā)生，隧道建設(shè)的安全現(xiàn)狀無(wú)法與當(dāng)前的形勢(shì)相適應(yīng)。從設(shè)計(jì)源頭上解決當(dāng)前軟弱圍巖隧道建設(shè)過(guò)程中存在的問(wèn)題，是非常必要和及時(shí)的。我國(guó)是世界鐵路隧道大國(guó)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截止目前，我國(guó)鐵路隧道通車(chē)運(yùn)營(yíng)長(zhǎng)度已達(dá)到6000公里，在建隧道約6600公里，規(guī)劃設(shè)計(jì)長(zhǎng)度約7600公里，預(yù)計(jì)到2020年，我國(guó)鐵路隧道總長(zhǎng)將達(dá)2萬(wàn)公里左右，位居世界第一。我院承擔(dān)的任務(wù)主要集中在西南山區(qū)，地形、地質(zhì)條件復(fù)雜

2、，一方面，隧道多；另一方面，隧道通過(guò)軟弱圍巖地段長(zhǎng)，如：全長(zhǎng)462km的成蘭線，隧道長(zhǎng)度就達(dá)到322km，隧線比70%，Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖的比重75％，且多為千枚巖、板巖等軟弱圍巖地層。這些都從客觀上增大了隧道設(shè)計(jì)在安全方面的風(fēng)險(xiǎn)。半個(gè)多世紀(jì)來(lái)，我院在西南山區(qū)鐵路隧道的建設(shè)中，既積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，也有不少教訓(xùn)和體會(huì)，根據(jù)會(huì)議安排，下面我就軟弱圍巖隧道工程設(shè)計(jì)方面做簡(jiǎn)要匯報(bào)，不妥之處，敬請(qǐng)領(lǐng)導(dǎo)批評(píng)指正。一、軟弱圍巖主要工程地質(zhì)特點(diǎn)軟弱圍巖一般是指巖質(zhì)軟弱、承載力低、節(jié)理裂隙發(fā)育、結(jié)構(gòu)破碎的圍巖，工程地質(zhì)特點(diǎn)有：(1)巖體破碎松散、粘結(jié)力差：一般為土層、巖體全風(fēng)

3、化層、擠壓破碎帶等構(gòu)成的圍巖，由于結(jié)構(gòu)破碎松散，巖體間的粘結(jié)力差，開(kāi)挖洞室后，僅靠顆粒間的摩擦效應(yīng)和微弱膠結(jié)作用成拱，這類巖體極不穩(wěn)定，尤其是在淺埋地段容易發(fā)生坍塌冒頂。(2)圍巖強(qiáng)度低、遇水易軟化：一般以頁(yè)巖、泥巖、片巖、炭質(zhì)巖、千枚巖等為代表的軟質(zhì)巖地層，由于其強(qiáng)度低、穩(wěn)定性差，開(kāi)挖暴露后易風(fēng)化、遇水易軟化，尤其是深埋地段受高應(yīng)力影響容易發(fā)生塑性變形，造成洞室內(nèi)擠。(3)巖體結(jié)構(gòu)面軟弱、易滑塌：主要是存在于受結(jié)構(gòu)面切割影響嚴(yán)重的塊狀巖體中，由于結(jié)構(gòu)面的粘結(jié)強(qiáng)度較低，開(kāi)挖后周邊巖體極易沿結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生松弛、滑移和墜落等變形破壞現(xiàn)象。（二）、軟弱圍巖的變形

4、與破壞特征軟弱圍巖的工程地質(zhì)性質(zhì)決定了它在隧道工程中的變形特征，即開(kāi)挖后自穩(wěn)能力差，表現(xiàn)出“自穩(wěn)時(shí)間短、易坍塌”的特征。由于隧道的開(kāi)挖，使先前支撐隧道洞身圍巖被移走，洞壁臨空；造成圍巖應(yīng)力進(jìn)行重新調(diào)整，圍巖與洞壁均向隧道凈空方向變形。這種變形由三部分組成：一是，隧道正前方掌子面的水平位移，表現(xiàn)為掌子面的水平鼓出;二是，掌子面前方圍巖下沉，淺埋隧道表現(xiàn)為地表下沉，形成沉降槽;三是，剛開(kāi)挖的隧道洞壁出現(xiàn)收斂變形，表現(xiàn)為拱頂下沉和邊墻內(nèi)移;圖掌子面鼓出/地表沉降槽圖拱頂下沉和邊墻內(nèi)移若這種變形不進(jìn)行控制，則可能發(fā)生隧道坍方。常見(jiàn)的隧道坍方類型可以歸納為兩類：

5、一是掌子面水平變形過(guò)大，發(fā)生掌子面擠出坍方；另一類是支護(hù)下沉過(guò)大，出現(xiàn)整體失穩(wěn)坍方。圖掌子面擠出坍方圖整體失穩(wěn)坍方當(dāng)隧道上部覆土較淺時(shí)，隧道內(nèi)的變形可能發(fā)展到地表，引起地表變形開(kāi)裂，甚至出現(xiàn)坍塌冒頂?shù)那闆r。這種坍方對(duì)隧道工程的建設(shè)和環(huán)境的危害性極大。整體失穩(wěn)坍方工程實(shí)例二、軟弱圍巖隧道潛在安全風(fēng)險(xiǎn)源針對(duì)軟弱圍巖隧道的支護(hù)變形、塌方等風(fēng)險(xiǎn)，從地質(zhì)角度進(jìn)行分析總結(jié)，其潛在安全風(fēng)險(xiǎn)源主要有6種情況：（1）軟弱圍巖淺埋、偏壓軟弱圍巖淺埋地段，隧道施工時(shí)拱部一般難于成拱，在未采取足夠措施前，軟弱圍巖淺埋隧道易發(fā)生局部塌方；軟弱圍巖偏壓地段，隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)將承受顯著

6、的不對(duì)稱荷載，施工期間易造成初期支護(hù)縱向開(kāi)裂或錯(cuò)臺(tái)，變形過(guò)大甚至塌方。圖地形引起的偏壓圖地質(zhì)引起的偏壓（2）土質(zhì)隧道土質(zhì)隧道強(qiáng)度低、自穩(wěn)性差，與巖石隧道相比要承受更大的荷載，若初期支護(hù)強(qiáng)度不足，將導(dǎo)致變形大、嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)局部坍塌等安全風(fēng)險(xiǎn)。土質(zhì)隧道塌方冒頂及洞內(nèi)松散坍體3）大埋深軟巖隧道在大埋深軟巖地段，一般存在較高的地應(yīng)力，由于軟巖抗壓強(qiáng)度低，開(kāi)挖過(guò)程中洞壁巖體剝離，位移極為顯著，變形持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，隧底常出現(xiàn)隆起現(xiàn)象。通過(guò)該段時(shí)，若支護(hù)不足，可能造成支護(hù)變形過(guò)度、侵限，甚至塌方等安全風(fēng)險(xiǎn)。支護(hù)大變形嚴(yán)重侵入凈空實(shí)例（4）斷層破碎帶由于斷層上下兩盤(pán)的相對(duì)

7、運(yùn)動(dòng)，常使斷層面附近巖石破碎成碎石和粉末狀，形成斷層破碎帶，其巖體一般自穩(wěn)性極差，且常伴有地下水，隧道通過(guò)斷層破碎帶時(shí)易發(fā)生塌方、掌子面突泥、突水等安全風(fēng)險(xiǎn)。斷層破碎帶及塌方（5）結(jié)構(gòu)面發(fā)育的塊狀巖體地段塊狀圍巖的力學(xué)特性是巖石單體強(qiáng)度較高、承載力較高，但因結(jié)構(gòu)面發(fā)育，受其切割制約，特別是在有地下水組合作用的條件下，巖體整體穩(wěn)定性差，這類圍巖隧道坍塌的特點(diǎn)是個(gè)別巖塊失穩(wěn)，造成較大范圍巖塊突然坍塌。結(jié)構(gòu)面發(fā)育坍塌巖塊（6）不同巖層接觸帶地段由于不同巖層，巖性差異大，加之常伴有地下水，在接觸面附近常發(fā)育有風(fēng)化剝蝕面，巖體較為軟弱、破碎，隧道通過(guò)時(shí)，在掌子面

8、上方或前方，易發(fā)生塌方、涌泥等安全風(fēng)險(xiǎn)。接觸帶塌方三、軟弱圍巖隧道設(shè)計(jì)（一）、軟弱圍巖隧道設(shè)計(jì)