中外高地应力软岩隧道大变形工程技术措施对比分析——以兰渝铁路木寨岭隧道与瑞士圣哥达基线隧道为例

为解决高地应力软岩隧道在施工过程中遇到的难以控制的围岩大变形问题,依托国内兰渝铁路木寨岭隧道与瑞士圣哥达基线隧道,采用对比分析方法,从软岩大变形机制、高地应力软岩隧道围岩分级及变形控制技术3个方面对两隧道进行对比,得出如下结论: 1）高地应力软岩隧道围岩大变形是在岩性、地下水、地应力场、围岩地质构造等多种因素共同作用下,因开挖卸荷、应力二次分布引起围岩发生塑性剪切滑移所致; 2）在高地应力软岩分级方法上,兰渝铁路木寨岭隧道与圣哥达基线隧道均采用了BQ法,但兰渝铁路木寨岭隧道分级更全面,圣哥达基线隧道分级更具针对性; 3）在高地应力软岩情况下,圣哥达基线隧道采用的新意法的全断面施工方法在施工管理和成本控制上要优于兰渝铁路木寨岭隧道采用的台阶法。     

木寨岭隧道大变形控制技术

介绍兰渝铁路木寨岭隧道斜井施工期间高地应力软岩地段的大变形情况,并对变形情况结合地质条件、支护结构的合理性、工艺控制等因素以及监测数据进行分析,通过现场施工实际及理论分析提出有效、合理的支护措施;同时,指出下阶段高地应力软岩施工技术研究方向,为下步施工提供指导,也为类似工程提供借鉴。     

TBM导洞扩挖法在高地应力软岩隧道施工中的应用效果分析

运用MIDASGTS有限元软件,分析了TBM导洞扩挖法在高地应力软岩环境中隧道开挖的应用价值。通过对某公路隧道分别采用TBM导洞扩挖法、预留核心土环形开挖法和两台阶法三种施工方法进行数值模拟,主要以拱顶沉降、拱腰水平收敛和拱底隆起等围岩变形指标进行对比分析,得出TBM导洞扩挖法高地应力软岩隧道施工时的围岩变形控制效果最好的结论。同时分析了在富水等复杂地质情况下,TBM导洞扩挖法在排水、探明前方地质情况等方面更具有优势。     

兰渝铁路两水隧道高地应力软岩大变形控制技术

兰渝铁路两水隧道地质条件极为复杂,洞身围岩为千枚岩及炭质千枚岩,属极软岩,受高地应力影响,施工时发生了挤压性大变形,变形和破坏极为严重。以现场测试和理论分析为手段,结合隧道变形特征,探索和研究了适合两水隧道的软岩变形控制技术,并得出以下结论:1)软岩隧道的变形特性及稳定性(塑性区)取决于地应力、围岩的力学特性、开挖断面等,且与围岩的支护条件密切相关;2)通过采用加大预留变形量、加大支护刚度、多重支护,优化施工方法、适时施作二次衬砌等手段有效地控制了大变形,较好地解决了两水隧道高地应力软岩施工问题。在此基础上,提出了软岩隧道大变形分级标准及其对应的支护参数。     

高地应力软岩大变形隧道关键技术研究

随着我国交通建设的快速发展,山岭隧道建设中高地应力软岩不良地质情况屡屡发生。高地应力软岩隧道变形大、处理风险高、工期时间长,有效预防和控制隧道大变形成为目前隧道建设中亟需解决的问题。对高地应力软岩隧道特点进行总结,揭示高地应力条件下隧道大变形产生机理及影响因素,研究高地应力软岩地质条件下变形控制技术,并在实际工程中得到成功应用。研究结果对高应力软岩条件下隧道施工具有重要指导和借鉴意义。     

高地应力软岩隧道施工变形控制方法试验研究

为了研究高地应力软岩隧道施工变形控制方法,以兰渝铁路木寨岭隧道为例,通过对超前导洞法与三台阶法进行现场试验,分析了2种施工方法在高地应力软岩地层的变形控制效果,总结了三台阶法施工各阶段的围岩变形规律,主要结论为： 1）超前导洞法与三台阶法施工,隧道中台阶是变形控制的重点; 2）2种方法对高地应力软岩大变形总体控制效果相近,应结合其施工效率进行比选; 3）隧道开挖后应及早施作仰拱,这对控制隧道变形极为有利。     

亚洲铁路第一长隧——大瑞铁路高黎贡山隧道

大瑞铁路高黎贡山隧道全长34 538 m,为亚洲铁路第一长隧。隧道区域地质构造发育,沿线工程地质条件差,具有“三高”（高地热、高地应力和高地震烈度）、“四活跃”（活跃的新构造运动、活跃的地热水环境、活跃的外动力地质条件和活跃的岸坡浅表改造过程）的特征。工程主要不良地质有高烈度地震、 活动断裂、高地温、岩爆、软质岩变形、放射性地层、有害气体等。工程重难点为高温热害问题突出,软岩大变形,隧道涌水量大,软弱破碎围岩地段TBM施工易卡机,安全风险极高、组织管理管控要求严 ,通风效果要求高等。围绕高地热,活动断裂地层,深竖井、复杂地质条件下TBM研制等问题,已立项并实施隧道高地热环境施工关键技术、复杂地质条件新型TBM研制及应用、铁路隧道超深竖井施工关键技术和深埋特长隧道高地温地段混凝土技术。     

兰渝线高地应力区隧道变形机制及分级探讨

为了对高地应力区的隧道设计、施工阶段的围岩分级进行客观评价,提高判定数据的可靠性,以兰渝线高地应力软岩隧道大变形的围岩特征为基础,结合国内其他软岩变形隧道,通过总结以地质因素为主的变形受控条件,探讨软岩变形机制,对高地应力区软岩进行软Ⅰ级～高软Ⅳ级分级,以期为以后的隧道结构设计提供科学准确的依据。     

堡镇隧道围岩变形破坏特征及支护措施探讨

针对宜万铁路堡镇隧道存在的软岩地质高地应力问题,结合地质勘察资料和现场监测资料,对堡镇隧道围岩的变形破坏特征进行了深入探讨;并根据该隧道软岩大变形、高地应力的特点,提出了基于预支护技术的衬砌支护措施。工程实践表明：这种综合应用管棚、型钢拱架、锚杆等的预支护措施适合于软岩大变形地段的隧道施工。     

木寨岭隧道大坪有轨斜井施工大变形段分析及处理技术

兰渝铁路木寨岭隧道大坪有轨斜井,穿越地质为炭质板岩和炭质页岩,且存在高地应力,由于主要受地质因素影响,施工中出现较大收敛变形,通过介绍兰渝铁路木寨岭隧道大坪有轨斜井施工遇到的炭质板岩高地应力段大变形的处理,简要分析变形的原因、变形段的施工原则及处理技术。     

堡镇隧道高地应力顺层偏压软岩大变形段的快速施工技术

堡镇隧道的主要工程地质特点是在高地应力、顺层偏压、软岩地质条件下隧道发生大变形。在对国内外高地应力软岩隧道施工技术研究现状基础上,分别对顺层偏压地层和高地应力顺层偏压地层隧道施工力学行为分析,制定了“超前支护、初支加强、合理变形、先放后抗、先柔后刚、刚柔并济、及时封闭、底部加强、改善结构、地质预报”的快速施工原则和总体方案。通过对开挖方法、通风方式、机械设备配套技术及管理技术等方面的综合攻关,实现了同类工程安全无事故条件下的快速施工。     

"极高风险隧道"木寨岭隧道取得重大突破

<正>经过中铁隧道集团近7年艰苦奋战,我国"极高风险隧道"--兰渝铁路木寨岭隧道右线超前导洞于2015年12月15日20:00贯通,这标志着我国攻克世界级隧道工程难题取得重大突破。兰渝铁路是渝新欧国际铁路的重要组成部分,长873 km。木寨岭隧道长19.06 km,为双洞单线特长隧道,全线关键控制性工程,地处震区中心,遭遇前所未见的极高地应力、软岩地质大变形,被称为"全国铁路高风险隧道之最",实行动态设计,国内于2009     

山岭隧道软弱围岩工程地质特性及施工对策

如何在软弱围岩地质条件下安全快速地修建长大隧道是当前隧道工程界面临的重要课题之一,尤其是当隧道穿越高地应力软弱围岩时,常常形成大变形等地质灾害,严重影响施工安全和进度。通过对软弱围岩工程地质特性、软岩隧道变形机制及变形控制基本理念进行分析,并结合相关工程实例提出软岩隧道支护结构安全稳定性评判标准及施工应采取的相应对策。认为:1)软弱围岩隧道由于支护参数、施工方法选择不当,支护结构强度和刚度不足以抵抗较高的围岩压力时,往往会出现结构大变形和破坏;2)软岩地段初期支护承受施工期间全部荷载,二次衬砌需承受后期围岩流变产生的荷载,软岩隧道衬砌应通过增设钢筋、加大厚度等方式增加结构强度;3)超前支护与加固技术可提高围岩的自承能力并减小作用在支护结构上的荷载,且应当成为当前软弱围岩隧道施工技术研究的发展方向;4)在高地应力山岭隧道方面,应进一步开展施工阶段地应力测试,以利于针对性地选择施工方法和支护参数。     

中国隧道工程技术发展40年

简要介绍中国隧道工程的基本情况,特别是改革开放40年来中国在修建隧道工程上取得的成绩。已建成的36 103 km交通隧道中有34 708 km是在改革开放后建成的,占96%。重点从特长隧道、深埋隧道、大断面隧道、高海拔隧道及复杂条件下的隧道工程等方面阐述中国在修建重大隧道工程中遇到的挑战及取得的成就,指出:特长隧道面临的主要技术挑战是地质勘察的准确性、快速施工以及运营防灾等问题;深埋隧道面临的挑战主要有高地应力、高水压、高地温的"三高"难题;大断面隧道不仅在设计方面技术难度大,在施工方面也面临诸多挑战;高海拔隧道面临的主要挑战是冻融问题和高原缺氧问题;在各种复杂环境下修建了大量的隧道工程,包括岩溶、瓦斯、高地应力、高压富水、膨胀岩等各种复杂地质条件下和在复杂城市环境下修建的浅埋、大跨、城市地下立交等隧道工程,并在隧道工程修建技术上取得了新突破。从勘察、设计、施工、运营等方面提出中国隧道工程今后的发展方向主要是从发展速度向发展质量的转变。中国隧道工程40年来的成就离不开国际隧道工程技术的发展,而中国隧道工程的发展也对国际隧道工程的发展做出了贡献。     

渝怀铁路金洞隧道的设计与施工

愉怀线金洞隧道长9 108m,地质条件比较复杂。存在岩溶突水、突泥、瓦斯天然气、高地应力下的软岩变形等不良地质,设计采用一平一斜不仅解决了工期紧、施工通风、反坡排水的难题,而且针对不良地质提出了切实可行的处理措施。     

高黎贡山隧道高适应性TBM设计探讨

为了应对高黎贡山隧道“三高四活跃”的特殊地质条件,研制高适应性TBM迫在眉睫。通过对高黎贡山隧道TBM施工段地质特征的勘察,总结了高黎贡山隧道的主要不良地质条件,分析了TBM施工存在的软弱破碎和大变形围岩洞段TBM卡机、高地应力掌子面与护盾后方岩爆、围岩收敛挤压变形支护破坏、高压突涌水和高温热害等方面的施工风险。提出高适应性TBM的针对性设计方案,包括TBM支护系统设计、刀盘刀具设计、应对涌水设计、应对高地热设计以及其他适应性设计的初步方案。研究结果可为高黎贡山隧道高适应性TBM的设计选型和制造提供参考。     

川藏铁路隧道工程重大不良地质应对方案探讨

针对川藏铁路雅安至林芝段特殊地质背景下的高地应力软岩大变形、高地应力硬岩岩爆、高地温、活动断裂、富水构造带等不良地质问题,系统阐述了5种重大不良地质的工程特征和主要危害,在调研和分析国内外类似工程建设经验基础上,提出了相应的处置原则和工程对策:1)软岩变形隧道遵循优化洞形、主动加固、分级控制、强化支护的处置原则;2)岩爆隧道遵循预警先行、主动控制、多机少人、保证安全的处置原则;3)高地温隧道遵循加强地质预报、热害分级防控、综合降温配套、合理适配材料、强化劳动保障的处置原则;4)活动断裂段按照小震不坏、中震可修、大震不垮的总体设防目标,遵循预留空间、优化断面、节段设计、运营监测的处置原则;5)高压富水构造带遵循超前长距离预报、超前泄水降压、超前堵水限排、超前围岩加固、加强支护结构、加强监测的处置原则。     

家竹箐隧道高地应力引坊支护大变形中可缩性U型钢架的应用

在南昆线家竹箐隧道高瓦斯、高地应力复杂地质条件的施工实践中，一种新型支护手段－－可缩性钢架得到实际应用，本文总结了可缩性钢架治理高地应力软塑性围岩大变形的技术经济特点。文中结构对类似条件的隧道施工有一定的参考价值。     

喜马拉雅山区域深埋软硬互层地质条件下敞开式TBM施工方法研究

针对敞开式TBM在深埋软硬互层围岩地质条件下遇到的技术难题,以喜马拉雅山区域某深埋水工隧洞为背景,分析了深埋软硬互层围岩地质条件下软岩对TBM掘进的影响及表现特征,提出了针对性的解决措施并成功实践。研究发现:由于岩层软硬相间变化频繁,造成软岩灾害在空间上随机分布;在大埋深高地应力洞段,软岩地层一般具有遇水崩解软化效应显著、变形快、"泥裹刀"现象严重、向外鼓胀崩解、难以出渣及塌方频发的特点,严重制约TBM快速掘进。通过实例分析总结了软硬互层围岩地质条件下顺利通过软岩的施工方法,采取分区段动态调整施工对策以适应深埋软硬互层复杂地质条件,可为国内外类似工程提供借鉴。     

牡绥铁路兴源隧道软岩大变形控制技术

为解决东北地区高地应力软岩隧道产生的大变形问题,针对薄层状炭质泥岩夹砂岩,从台阶长度高度、主要的技术措施以及施工组织措施等方面进行研究。主要研究结论如下： 1）在开挖和支护技术上,上台阶高度为3.5 m,采用单层I25b工字钢、89洞身管棚,锁脚采用89大直径长锁脚,增加纵向型钢连接及全环径向注浆加固等支护措施; 2）施工组织措施上,采取快挖快支快封闭、仰拱二次衬砌适时跟进的施工原则。采用以上软岩隧道施工方法,有效地控制了围岩变形,确保了施工安全,加快了施工进度。