今天聊工程之隧道高地应力软岩大变形机理分析与对策【工程实践篇】

Question

如题所述

Answer 1

隧道在开挖过程中因应力重分布，会产生一定变形。相关规范规定了不同等级围岩的预留变形量。大变形通常指超过正常规定变形量1.5倍以上的情况。隧道大变形主要有软岩大变形、膨胀岩大变形及局部水压和气压力作用下产生的大变形。软岩大变形在高地应力条件下产生显著塑性变形，主要特征为软弱围岩与高地应力环境。软弱围岩指岩石强度低、承载能力差的岩体，一般岩石单轴抗压强度小于15MPa。高地应力是相对于围岩强度而言的，围岩强度与内部最大地应力比值达到一定水平时被称为高地应力。研究表明，围岩强度应力比越小，隧道开挖后塑性区越大。软岩隧道变形可达10cm以上，甚至100cm以上。膨胀岩大变形由膨胀岩在一定条件下体积膨胀引起，如粘土类矿物、蒙脱石等吸水膨胀。局部水压和气压力作用下，支护会产生大变形，但变形随压力释放减小而停止。软岩大变形的机理分析显示，隧道开挖后应力重分布导致洞壁附近切向应力增大而径向应力减小，围岩由高围压状态转变为低围压状态，产生显著塑性变形。应对措施包括挤压型、结构型和散体型支护策略，以及优化开挖方法、掌子面及前方岩体加固、喷射高性能混凝土、高规格支撑、锚固体系、多重支护和应力释放等。施工管理强调快开挖、快支护、快封闭原则。监控量测管理采用变形位移和速率双控指标，当数据接近规定数值时，应采取补强措施。随着我国交通基建发展，穿越高地应力区的大变形隧道工程增多，应通过提升勘察技术水平、发展机械化施工模式、组织专业化施工、确定二衬施作时机和研究围岩塑性区范围等措施来控制大变形，保证施工安全、质量，加快施工进度。软岩隧道二衬时机选择需根据围岩实际特点调整。现场配置自动化采集与传输的监测体系，结合理论与实践研究，确定塑性区范围，实现对结构安全性评估与补强。