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软岩大变形隧道变形规律及控制措施

文档作者：邓启华文档来源：中铁二十二局集团有限公司		点击数：	更新时间： 2025年11月13日
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124
施工技术
CONSTRUCTl0N TECHNOLOGY
2016年9月上
第45卷第17期
DOI：10．7672／s西s2016170124
软岩大变形隧道变形规律及控制措施
邓启华
(中铁二十二局集团有限公司，北京100043)
[摘要】软岩隧道工程地质条件复杂，具有大变形特点，长期以来一直是工程界研究的重点和难点。宝峰隧道穿越
第三纪弱胶结、强风化地层，地下水丰富，多次发生坍塌和突水突泥。根据工程地质勘察、超前地质预报、隧道监控
量测和大量试验结果，将隧道分为浅埋沟壑型、断层破碎带型和炭质泥岩3类，并分别制订施工方案，进行工程应
用和验证，有效控制了隧道变形，取得良好效果。
【关键词]隧道工程；软岩隧道；膨胀性；变形；控制方法
[中图分类号]U456 [文献标识码]A [文章编号]1002—8498(2016)17-0124-03
Deformation Law and Control Measures in Soft Rock Tunnel
with Large Deformation
Deng Qihua
(China Railway 22nd Bureau Group Go．，￡td．，Beijing 100043，China)
Abstract：Engineering geological conditions of soft rock tunnel with large deformation characteristics are
complex，which has been the focus and difficulty of engineering research．Baofeng Tunnel passes through
the Tertiary weak cemented，strongly weathered strata and rich groundwater，in which collapse and water
and mud outburst occur repeatedly．Based on engineering geological investigation，geological prediction，
monitoring and measuring of tunnel and a number of test results，the type of tunnel deformation is divided
into shallow gully type，fault fracture zone type and carbonaceous mudstone type in this paper．
Construction program is made and applied，which effectively controls the deformation of the tunnel and
good resuhs are achieved．
Key words：tunnels；soft rock tunnels；expansion；deformation；control method
0 引言
软岩基本特性主要表现为强度低、易风化、孔
隙比大、重度小、易渗水，具有显著的膨胀性和明显
的时效特性，往往对隧道施工安全和工期造成严重
影响。国内外学者对软岩隧道大变形及控制技术
问题进行大量研究，于学额等提出“轴变理论”和
“系优开挖控制理论”；冯豫等在总结新奥法支护基
础上，提出“联合支护技术”；郑雨天等提出“铺喷．
弧板”支护理论；董方庭等提出“围岩松动圈”理论，
但隧道围岩大变形问题至今尚未列入设计规
范¨。1。在隧道断面结构设计、支护结构参数设置
以及施工方法等方面仍需进行研究，完善理论体
系。本文针对昆玉铁路宝峰隧道软岩大断面隧道
[作者简介】邓启华，高级工程师，E—mail：594841437@qq．com
[收稿日期]2016-03—15；[修订日期]2016-05-23
工程自身的特殊性，研究隧道围岩变形机理，提出
防治措施。
1工程概况
昆玉铁路宝峰隧道下穿高速段位于滇泄盆地
与玉溪盆地分水岭地带，为构造侵蚀。剥蚀底中山
区，地形波状起伏，横向冲沟发育；地表为第四纪全
新世和晚更新世坡积、残积粉质黏土、碎石土，厚
2～12m；基岩主要为第三纪灰色、深灰色泥质胶结
砂岩与泥岩互层，间夹炭质泥岩等，厚100—200m，
层状结构，节理裂隙发育，具水平层理和交错层理；
基下为震旦纪昆阳群黑山头组板岩夹砂岩、灰岩、
泥岩和页岩等。区域地质构造发育，有多条大断层
和褶曲纵横通过，其中温水营平移断层在隧道下穿
昆玉高速公路段通过，地表调查断层带宽600m左
右，区内岩石为全风化，工程地质条件差。宝峰隧
道水文地质条件复杂，地下水十分丰富，对隧道施
万方数据
2016 No．17 邓启华：软岩大变形隧道变形规律及控制措施125
工影响较大的大春河水库，位于隧道左侧500m左
右，温水营平移断层为大春河水库与区内断层破碎
地层的直接水力通道。区内地下水类型主要为基
岩裂隙水及岩溶水，含水层断层破碎带，地下水呈
弱酸性，侵蚀等级为Hl型，地下水位埋深20m
左右。
昆玉铁路宝峰隧道全长7 377m，由于地质条件
复杂。隧道围岩等级为V及V级以上，岩石为泥岩
和砂岩，胶结程度较低，强度低，含较多的膨胀性矿
物，具有弱～中等膨胀性、地下水丰富等特点，如表
1所示。围岩软弱，变形大，多处变形量达140cm以
上，施工中已累计换拱885m，严重影响隧道的施工
和工程质量。为深入研究围岩变化规律，采取合理
可靠施工措施，根据地层、地质构造特点和工程地
质条件将宝峰隧道软弱围岩分为浅埋沟壑型、断层
破碎带型和炭质泥岩型3类。
2软岩大变形隧道变形规律
2．1浅埋沟壑型
宝峰隧道浅埋沟壑主要位于大春河水库下游，
全长2 800m左右，隧道埋深20一180m，地表沟壑纵
横，植被繁茂，沟谷走向NEE，延伸长度>1 000m，
高差>50m的区段占50％以上，地表为第四纪残积
黏土和坡积土，边坡崩塌现象十分严重。隧道内围
岩全风化，泥质胶结，呈灰色、深灰色，裂隙发育，含
较多的蒙脱石和伊利石等黏土矿物，遇水崩解，具
有弱～中等膨胀性。浅埋沟壑型隧道内变形以掌
子面崩塌和侧壁片帮为主，拱脚下沉严重，多次发
生突水、突泥，严重时形成地表漏斗形塌陷。
2．2断层破碎带型
宝峰隧道全隧处于刺桐关逆断层下盘，中部与
宝峰断层和温水营断层相交，断层带宽300m左右，
断距>100m，构造带主要为碎裂岩石组成，含较多
的黏土矿物，节理裂隙十分发育，地下水丰富。隧
道内围岩为3～5cm薄层碎块状，岩石崩解、掉块严
重，岩体遇水快速失稳，呈流塑状，拱顶沉降速率达
12cm／d，掌子面挤出最大位移6．2cm／d。
2．3炭质泥岩型
宝峰隧道出口段为炭质泥岩，地表为灰色、深
灰色强风化的残积土，偶见石英砂岩碎块，隧道内
岩石主要为灰色、深灰色薄层状炭质泥岩与泥岩互
层，间夹薄层中细砂岩，具水平层理和交错层理，裂
隙发育，含较多炭质等有机物，手搓成泥，可塑性较
好，易发生塑性变形。
3 软岩大变形控制措施及应用
3．1 浅埋沟壑段变形控制方法
宝峰隧道浅埋沟壑型变形的主要原因为地表
水和地下水力通道，由于地形陡峭，地表水和地下
水压力较大，地表形成陡峭冲沟，地表水和高压力
地下水沿地下水通道直人浅埋隧道，水力大，围岩
稳定性差，具有膨胀性，造成隧道内掌子面崩塌和
侧壁片帮、拱脚下沉。控制措施以加固围岩和释放
水压力为主，即在加强隧道径向支护基础上对地下
暗埋水囊段适度泄水。宝峰隧道浅埋沟壑以瞬变
电磁物探探测结果为指导，同时进行地质雷达探测
和超前钻孔探测，在I临近富水区域首先预留核心
土，在拱顶部位隧道内设置喷射混凝土临时仰拱，
采用15—30m长管棚泄水后注浆，结构上设置大锁
脚，如图1所示，拱脚做好排水措施防止拱部泄水时
浸泡拱脚造成围岩失稳，同时加强隧道监控量测，
采取9—12m长侧壁大锁脚和仰拱及时封闭等措
施，全隧道2 800m浅埋沟壑段目前全部顺利施工，
效果良好。
大
图1 浅埋沟壑段施工方法
Fig．1 Construction technology of shallow buried gully
3．2断层破碎带段变形控制方法
断层破碎带主要表现为岩石破碎、地应力高、
崩解严重、掉块、岩体遇水快速失稳、呈流塑状，伴
万方数据
126 施工技术第45卷
有突水、突泥现象发生。施工采取超前卸荷、适度
加长施工台阶、加固核心土、高刚度大锁脚等措施，
具体做法为：采用20m长管棚超前加固，并加大核
心土长度，核心土采用间距1．5m、长6m小导管进
行注浆加固，3个台阶都采用加长台阶，台阶长度控
制在25m以内，加快仰拱封闭，施工时采用上、中、
下三台阶单工序作业，中、下台阶施工时，上台阶除
注浆作业外，严禁任何作业，以减少同步作业时开
挖扰动，中、下台阶逐榀施工，用5m长qb89mm大锁
脚并注浆，并设置3era厚钢板垫脚，如图2所示。
试验结果表明，从掌子面开挖到仰拱封闭控制在
12d之内，累计变形可控制在40em之内，符合隧道
施工规范要求。座微8■等藤匙鹱巍≥缈
图2 断层破碎带段变形控制方法
Fig．2 Deformation control method of fault
fracture zone
3．3 炭质泥岩段隧道变形控制方法
宝峰隧道出口段主要为炭质页岩，含较多炭质
等有机物，手搓成泥，可塑性较好，极易发生塑性变
形，采用“抗放结合、以抗为主、分期锁定、纵向加
强”控制原则。首先采用H175型钢拱架，径向采用
6～9m qb89mm锚固桩，环向间距为lm，纵向间距
50em，锚固桩通过钢套筒与拱架连接，锁脚qb89mm
锚固桩直接锁定，系统锚固桩暂不锁定，变形至
20cm后再锁定1／2数量，仰拱封闭或变形量到
40cm全部锁定，必要时加密、加长qb89mm锚固桩，
并设置120套衬。拱架采用非对称结构，使连接板
位置交错，预留沉降量调整至70cm，拱架之间采用
钢板和工字钢间距1m并在中台阶设置临时仰拱，
为控制掌子面变形，在加大核心土基础上，设置掌
子面锚固桩，效果良好，累计变形控制在40cm，如图
3所示。
霉
《o
图3炭质泥岩段隧道变形控制方法
Fig．3 Deformation control method of carbonaceous
mudstone segment
4 结语
软岩隧道由于地质条件复杂、围岩强度低，易
产生大变形等问题给施工带来很多困难，长期以来
成为工程界研究的重点和难点∽⋯，本文通过对昆
玉铁路宝峰软岩隧道的施工和大变形控制技术研
究得到如下结论。
1)软岩大变形隧道类型很多，产生原因复杂，
施工时应进行专门技术研究，确定软岩类型和工程
地质条件，针对性制定可行技术。
2)软岩大变形产生主要原因是岩石强度低、高地
应力和地下水，隧道变形控制方法应结合工程地质条
件，采用“抗放结合，以抗为主，纵向加强”原则。
3)软岩中黏土矿物含量一般较高，具有膨胀
性，施工方法应充分考虑围岩特点，采用大放脚和
分期锁定，长短结合，才能做到控制变形，安全施工。
由于软岩类型多，施工环境复杂，本文仅以宝
峰隧道在变形控制方面进行分析，以期为同类工程
提供借鉴、指导。
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澄迈盈滨海湾大桥正式通车
位于澄迈盈滨半岛内海湾上的盈滨海湾大桥
正式建成通车。盈滨半岛海湾大桥位于澄迈县盈
滨旅游度假区，是盈滨旅游度假区南北方向的主要
跨海通道，北起盈滨半岛已建明月路终点，南至老
城已建欣龙北路起点，工程总投资1．73亿元。桥身
由“南侧引桥及引道、跨海湾大桥工程、北侧引桥及
引道”3部分组成，全长1 019m，桥梁宽23．5m，双向
4车道。盈滨海湾大桥连通了老城沿内海区、环海
景观绿色长廊及游艇区城东中心片区、盈滨半岛片
区，是老城经济开发区和盈滨半岛发展的重要基础
支撑，完善了“海澄文”区域道路系统功能。
(摘自“中国桥梁网”2016-09-05)

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