表1.1列出了国内外典型的挤压性围岩隧道。由此可见，高地应力软岩地质环境引起的挤压大变形破坏是一种严重的工程地质灾害。目前，对围岩挤压性大变形问题的研究，主要依靠归纳、总结及工程类比等方法，其中的主要问题集中在软岩的定义和分类、大变形的定义、机制和分级等几个方面。何满潮等将围岩大变形的判据分为定性方法和定量方法，并给出了日本学者对日本国内挤压性围岩特点及大变形判别研究方面的统计性结果。......
2023-09-21
挤压性围岩隧道的变形破坏控制技术
【摘要】：隧道开挖后出现严重的大变形，变形速率快，变形量大。监测资料显示围岩随着变形持续时间加长，表现出明显的流变效应。支护参数与开挖工法经过多次调整，效果有限，仍无法全面控制围岩变形。②考虑围岩的蠕变特性，视围岩为黏弹塑性体，研究围岩位移、应力及塑性区随时间的变化规律。计算过程中通过布设测点监测位移及应力场随时间发展的变化规律。岩体力学参数采用现场原位测试的结果，蠕变参数采用第4章反演分析得到的结果。
毛羽山隧道出口段埋深约430 m，岩体为三叠系下统板岩，变余炭质、泥质、钙质结构，揉皱发育，薄层板状构造(层厚1～6 cm)，层间结合紧密，岩层产状为N50°W/79°N。薄层状岩体软弱破碎，现场直剪试验得到岩体黏聚力c=0.08 MPa、弹性模量E=546 MPa。地应力反演结果显示，出口段水平最大主应力为12～25 MPa，最大水平主应力与隧道轴线近似垂直，水平最小主应力与隧道轴线平行，地应力状态对围岩处于最不利影响。
隧道开挖后出现严重的大变形，变形速率快，变形量大。监测资料显示围岩随着变形持续时间加长，表现出明显的流变效应。大变形造成初期支护严重破坏，钢拱架扭曲折断，喷射混凝土大面积剥落掉块，底部仰拱开裂，部分已浇筑的二衬段衬砌出现开裂。边墙挤压收敛明显，预留开挖变形量达到50 cm，部分地段边墙仍然侵限。支护参数与开挖工法经过多次调整，效果有限，仍无法全面控制围岩变形。目前采用微台阶预留核心土七步开挖法，上台阶长4 m，中台阶长6 m，下台阶长10 m，仰拱紧跟下台阶，二衬距掌子面50 m。
1)计算条件
①实际施工中，围岩变形大，初支严重破坏，多采用增大预留变形量、支护动态补强或拆换拱等措施控制变形，这些措施在数值模拟中难以实现。本次模拟将初期支护与二衬视为弹性体，不考虑初期支护与二衬的破坏。
②考虑围岩的蠕变特性，视围岩为黏弹塑性体，研究围岩位移、应力及塑性区随时间的变化规律。
图5.7 计算模型
③模拟实际施工中进尺1 m/循环，考虑台阶及工序平行作业，上台阶作业时5 h/m，中上台阶平行作业时10 h/m、上中下台阶平行作业时15 h/m。
2)计算模型与参数
采用建立的非线性黏弹塑性模型，不考虑地下水影响，取隧道埋深约430 m段建立数值模型(图5.7)。模拟开挖工序为:预留核心土，上台阶弧形导坑开挖支护进尺4 m，每循环进尺1 m;上、中台阶平行作业，进行锚杆以及初期支护施作，循环施工直到中台阶长度达到6 m;下台阶开始开挖，上、中、下台阶平行作业，直至下台阶长度达到10 m;上中下台平行作业，仰拱每3 m开挖施作并回填;距掌子面50 m施作二次衬砌，每板二衬12 m长。计算过程中通过布设测点监测位移及应力场随时间发展的变化规律。
岩体力学参数采用现场原位测试的结果，蠕变参数采用第4章反演分析得到的结果。支护结构按变更后的设置，不考虑超前小导管等预支护的作用，支护参数见表4.9，支护结构计算模型如图5.8所示。
图5.8 支护结构计算模型
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