摘要：根据国内外隧道施工的实践总结，在一定高地应力条件下的软弱围岩，在施工过程中发生大变形现象，是必然的。目前对于围岩大变形的控制研究主要集中于地质情况较差地段的施工工艺和支护方法上。对于围岩大变形比较轻微的情况，可以在一定程度上增大支护体的刚度或者强度，增大隧道预留的变形位移，同时及时地施工二衬以承担荷载，这样可以达到预防和控制围岩大变形的发生与发展。因此，本文对高地应力软岩大变形隧道施工技术进行简要的分析，希望可以为相关人提供参考。
关键词：高地应力；软岩大变形；隧道施工技术
1木寨岭隧道工程概况
木寨岭隧道位于甘肃省定西市漳县和岷县交界处，为双洞单线分离式特长隧道，全长19.02km，洞身地质条件非常复杂，隧道洞身共发育11个断裂带，穿过3个背斜及2个向斜构造，属高地应力区，极易变形。隧道洞身穿越的板岩及炭质板岩区，占全隧的46.53%，总计各类软岩段长约16.1km，占隧道长度84.47%，极易发生围岩滑坍，施工难度很高。
2木寨岭隧道围岩及变形情况
2.1开挖揭示围岩情况大部分围岩开挖揭示地层岩性为二叠系板岩夹炭质板岩，围岩受地质构造影响严重，节理极发育，岩体极破碎，层间结合差，整体稳定性差。
2.2变形情况
受围岩地质的影响，自隧道施工至F14-1断层带时围岩极其破碎，现场每循环开挖进尺不大于0.7m，采用人工进行开挖，1d只能施作1循环；当初期支护完成后经常出现喷射混凝土开裂、掉块、拱架扭曲变形等情况，量测数据显示拱顶下沉速率平均能达到90mm/d，累计平均能达到800mm，收敛速率平均能达到160mm/d，单侧收敛累计值能达到1800mm；当二次衬砌施作后，部分地方还出现开裂、甚至出现砼脱落、钢筋扭曲等现象。
3高地应力释放设计理念
根据“先柔后刚、先放后抗”的指导思想，我们必须要将围岩本身蕴藏的高地应力进行释放，可怎么释放，释放到何种程度，是关键所在。目前有2种理论的施工，国内外都获得了比较成功的案例，一种是先行释放理论，意思就是采用先行导坑法释放部分围岩应力，释放稳定后扩挖成型，进行抵抗；另外一种就是边放边抗理论，意思就是预留适当预留变形量，让围岩应力得到相应释放，但在释放一定程度时，即预留变形量可控范围之内，开始加强支护，抵抗剩余围岩应力，使支护结构趋于平衡。2种理念代表方法：①先行导坑法：即先掘进比较长的导坑，通过位移释放一部分初始地压，可减轻作用在扩挖的支护构件中的应力。概念上是通过导坑发生先行位移，结果是推迟了支护结构的设置时间，从而减轻了作用在支护结构上的地压。采用此方法时，导洞支护结构可以在保证安全质量可靠的情况下进行减弱，因为通过应力释放后须重新扩挖进行支护结构施工，这样的话支护结构承受的应力明显减小，才能达到控变形效果。②加大预留变形量，采用边放边抗的理论：当围岩应力重新组合时，必定要释放一定地应力并重新组合，加大预留变形量就是为了预留释放地应力时产生的位移空间，在释放的同时加强柔性支3数值模拟分析和相应试验验证结果护，使支护与围岩形成一体，形成稳定的椭圆形轴比。
4数值模拟分析和相应试验验证结果
4.1先小径距导坑后向四周扩挖法与三台阶开挖法的数值模拟分析
4.1.1计算模型与参数
该模型选用FLAC3D作为数值模拟工具。根据相对应的圣维南原理，所选取的单洞跨度为10m，其埋深约350m，考虑该方法相应计算的可靠性，模型所选取的范围为120m×120m×50m(X×Y×Z)，其中X(－60，60)方向为与隧道轴线垂直的水平方向，Y(－60，60)方向为与隧道轴线垂直方向的竖直方向，Z(0，－50)方向为隧道轴向相对应的开挖方向。隧道模型的仰拱及拱脚采用固定式约束，隧道模型顶部对其围岩施加等效的荷载。根据现场的实际测量的地应力，其地应力在水平方向取σ1=16MPa，σ3=9MPa，竖直方向(按350m埋深)σ2=9MPa，初始地应力按最大主应力方向与隧道轴线夹角α=15°，隧道模型拱顶模拟上覆岩体的重力荷载，限制其两侧面的位移量，隧道模型底面固定。采用Mohr-Coulomb破坏准则，计算模型力学参数(见表1)，围岩支护参数采取等量化计算后选取。
表1 计算模型力学参数
4.1.2数值模拟结果与分析
由隧道拱顶和边墙监测点位移变化曲线可知(见图1):采用先小导坑后向四周分别扩挖断面的方法，拱顶和边墙相应的监测点产生的最大位移值分别为276mm和266mm;而采用三台阶式全断面开挖的方法，拱顶和边墙相对应的监测点产生的最大位移量分别为495mm和479mm。所以可得出相应的结果，采用三台阶式开挖方法时产生的位移量明显大于先导坑后向四周分别扩挖断面的方法，说明导坑式向四周扩挖法能更好的控制隧道围岩的变形情况。
图1 隧道围岩检测位移变化曲线
4.2导坑式向外扩挖法与三台阶式开挖法的现场试验
对比现场监测数据表明，在没有进行二次衬砌支护情形下，采用先导坑后向四周扩挖的方法进行施工，隧道初期支护后，该隧道的围岩的收敛速率在前5天内为8mm/d～22mm/d，但是在今后的时间内隧道的围岩收敛速率就降低至8mm/d以下，在初期支护的条件下，隧道围岩的最终相应的累计收敛值在240mm～360mm内。采用三台阶式开挖方法时，该隧道的位移速率大，而且其最终累计相应的收敛值高达750mm～850mm。并且根据上面得到的相应数据可得出其位移速率大大的高于前者所使用的新型施工方法，采用前者的新型开挖方法进行施工，其释放出的围岩变形压力非常显著，因此该新型开挖方法可提高隧道的二次衬砌的安全系数，并且能够产生非常乐观的技术经济效益。由图2可见，采用新型的开挖方法施工所引起的围岩变形量明显小于三台阶式开挖方法，因此此实验可验证数值模拟分析所得出的结果。
图2 三台阶式方法及先导坑后向四周扩挖方法的初期支护位移变化曲线
结束语
该论文把复杂地质情况与现代力学相结合起来解决相对应的复杂围岩的力学变形情况，把该复杂的力学情况应用到高地应力条件下软弱围岩的隧道中，从而提出相应方法并解决其变形较大的情况。
参考文献
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论文作者:孙迪
论文发表刊物:《基层建设》2016年32期
论文发表时间:2017/1/18
标签：围岩论文; 隧道论文; 应力论文; 导坑论文; 位移论文; 方法论文; 高地论文; 《基层建设》2016年32期论文;