隧道围岩大变形机理及处治技术研究[最终定稿]

第一篇：隧道围岩大变形机理及处治技术研究

隧道围岩大变形机理及处治技术研究

【摘要】本文结合工程实例，对公路隧道围岩产生大变形的原因进行分析，并提出合理的处治措施。

【关键词】隧道围岩 大变形 原因 处治

一、隧道围岩大变形机理分析及工程实例

1、隧道围岩产生大变形的原因

各类围岩在正常施工条件下都会产生一定的变形，不同国家、不同行业对各级围岩岩及各种支护结构都规定有不同的预留变形量以容纳这些变形。大变形是相对正常变形而言，目前还没有统一的定义和判别标准。产生大变形主要有客观和主观两方面原因，地质条件是客观原因，技术措施不当是主观原因，前者是根本原因。

2、工程实例

某公路隧道进口斜井位于沟谷地带，地形呈左高右低现状，地形起伏较大。该斜井设计平长140m，开挖范围上部岩层为粉质粘土，下部为强-全风化页岩夹砂岩，围岩分级为V级。本工程地下水为上层滞水、基岩风化裂隙水及构造裂隙水。隧道净空断面尺寸为4.7（宽）×5.75（高）m，开挖断面尺寸为5.82（宽）m×7.62（高）m。

在斜井施工至掌子面里程XK0+113时，通过观察发现XK0+113～+122.5段初期支护喷射混凝土有开裂剥落现象。此时，仰拱施工至XK0+122.5；加强二衬施工至XK0+125.5。大变形段里程为XK0+113～+122.5，长9.5m，该段右侧钢拱架失稳内敛约60cm，初支砼严重剥落，变形过程+115～+118右侧拱脚处、+118～+122右侧墙角处分别流出黄色、黑色泥浆；地表沉陷深约1.7m，面积约70m2。通过对本段隧道所处地质环境综合分析，围岩大变形的主要原因有：

（1）地质因素。隧道围岩经过多年地质构造运动，围岩应力处于平衡状态，一经开挖，潜在应力释放，应力重新分布，在原生应力已遭破坏，新生应力场尚未稳定前提下，围岩承受压大、极易失稳导致坍塌；当通过各种堆积体是，由于结构松散，颗粒间无胶结或胶结差，开挖后引起坍塌；在挤压破碎带，岩脉穿插带、节理密集带等裂结构地层中，岩块间互相挤压钳制，一经开挖则失稳，常见岩块掉落、坍塌；在软弱围岩节理发育的情况下，或泥质充填物过多，均易产生较大的坍塌；在构造运动作用下，薄层岩体形成的笑摺曲、节理发育地段，施工中常常发生坍塌；岩层软硬相间，或有软弱风化夹层的岩，在裂隙水的作用下，软弱面强度大大降低，因而发生坍塌；裂隙水的软化、浸泡、冲蚀、溶解等作用加剧岩体的失稳和坍塌。

（2）结构支护原因。由于围岩应力变化具有不确定性，结构支护承载应力很难进行精确计算，设计支护强度、刚度是否能够满足承载应力的要求是很难进行精确的判断的，因此，支护参数的偏小，往往也是导致隧道坍塌的主要原因之一，且造成的危害性极大。

（3）施工原因。施工方法与地质条件不相适应，地质条件发生变化，没有及时改变施工方法；施工支护不及时；地层暴露过久，引起围岩松动、风化；忽略了围岩的变形规律，围岩的变形同时具有连续变形和突然变形的特征。当开挖距离小于D（D为隧道开挖宽度）时，围岩两端由于受到二次衬砌砼和开挖掌子面支撑的约束作用，连续变形很小，主要是爆破后的受震动影响的突然变形，而且在这个距离范围内由于衬砌和开挖面支承的“空间效应”的影响，即使初期支护抗力不足围岩滑移力亦不至于失稳，当这个距离为1.5D～3D时，“空间效应”的影响完全消失，初期支护抗力小于滑移力的问题即刻暴露出来，围岩急剧变形，极易引起塌方。

二、隧道大变形段施工处治措施

1、垂直锚杆加挂网喷浆施工

本工程洞外处理措施采用全长粘结型早强垂直锚杆加挂网喷射混凝土。

（1）主要设计参数：锚杆孔深度、孔径由设计决定，锚杆长度根据隧道埋深深度来确定，设计锚杆φ22螺纹钢筋组成，间距1.5×1.5m梅花形布置，每根长4m；设置ф6钢筋网，网格间距20cm×20cm。插入钢筋束后压浆机进行灌注1：1.5的水泥砂浆。孔口表面用砂浆护面，砂浆厚度10～15cm。

（2）施工技术要点。

①清除地表植被地表大致整平：人工清除地表植被，大致整平地表，经监理工程师检查合格后方可进行下一步工序施工。

②测量定孔：工程技术人员根据设计图纸测定孔位，并用木桩标出，其孔位误差不得大于10cm；同时对施工人员进行图纸及现场技术交底。

③钻孔。露天钻机精确就位并固定，保证钻机钻杆线垂直以及钻机在钻进时不产生偏移和倾斜；钻孔顺序由里向外或由外向里，先钻高位孔。

④制作锚杆钢筋及钢筋束。锚杆宜采用锰硅螺纹钢，直径为22mm。用钢筋切割机将钢筋按设计长度进行切割。

⑤安装锚杆钢筋束。在安装钢筋前用高压风进行清孔，以清除孔内粉碴及杂物。安装钢筋束：可借助于简易钢管架，安装卷扬机对钢筋束进行垂直吊放。

⑥灌注砂浆：安装好钢筋束后，堵塞孔口，用注浆机结合导管进行孔内灌注水泥砂浆，使孔内砂浆堵塞密实，保证地表锚杆的锚固效果；注浆时，孔口压力〈0.4Mpa。

2、管棚超前支护施工

本工程洞内XK0+113～+122.5大变形段采用DN65中管棚加固过渡。

（1）主要施工参数：①管规格：内径65mm，外径76mm；②管距：环向间距40cm；③倾角：外插角1°～3°为宜，可根据实际情况作调整；④注浆材料：M20水泥浆或水泥砂浆；⑤设置范围：拱部120°～135°范围；⑥长度：15m。

（2）施工技术要点：

①开挖管棚工作室。工作室分步开挖，分步施钻。即先在两边拱脚分别开挖两个工作室Ⅰ，进行钻孔、安管、注浆之后，再开挖工作室Ⅱ；当开挖工作室Ⅱ时，可弃碴于两拱脚工作室Ⅰ。这样既减少开挖工作量、减少搭拆平台，又便于移动钻机，有利于钻孔作业。

②搭设平台、安装钻机、测定孔位。搭设钻机平台，钻机平台尽量一次搭好。钻孔顺序，有高孔位向低孔位进行，可缩短移动钻机与搭设平台的时间，便于钻机定位、定向。

③钻孔。钻孔为便于插管，管棚钢管钻孔直径应比管棚钢管设计直径大20～30mm；若围岩注浆固结好或岩质较好，可以一次成孔；围岩局部注浆效果不好的，钻进时可能产生坍孔、卡钻，则需补注浆后再钻进。

④安装管棚钢管。根据设计，管径如采用80～180mm壁厚4mm以上碳素无缝钢管，每节管长4～6m；每节钢管用8mm厚的管箍连接；15m左右一次成孔的短孔，可用人工将钢管直接插入钻孔。管节与管箍的丝扣应提前在专用管床上按规定加工。

⑤安装管棚钢筋笼及管外注浆。管棚钢管安装好后，放置钢筋笼并注浆。管内设置的钢筋笼，由四根长4m的螺纹钢筋焊接在壁厚8mm、长8cm的管节上而成，钢筋直径、管节外径应根据管棚钢管直径大小而定。在钢管钢筋笼安好后，进行注浆。注浆用泥浆泵压注，根据所要求的凝固时间决定采用水泥浆或水泥水玻璃双液，分二次进行，第一次对二个工作室Ⅰ各个钻孔注浆；第二次对工作室Ⅱ各个钻孔注浆。

三、结束语

隧道围岩大变形施工处治关键在于弄清软弱围岩的变形规律特征，找出其变形原因，采用合理的施工方法和支护参数。该隧道施工中有效地控制了大变形，整个施工过程中未发生一起安全事故，而且质量均在控制要求范围内，表明软弱围岩采用的大变形施工处治技术是成功的可供同类工程施工参考。

参考文献：

1、孙剑峰，秦岭灞源隧道围岩大变形处理方法，《中国科技博览》2014年第19期

第二篇：隧道围岩变形分析系统说明书

软件说明书

隧道围岩变形分析系统

1.软件界面说明

软件总体界面如（图 一）所示：有菜单栏、工具栏、项目管理区、图形报表操作区、图形显示区等区域。

（图 一）

各部分简要说明如下：

菜单栏：该部分提供了该系统软件所有功能的菜单项，通过点击这些菜单就可以实现软件提供的功能。

工具栏：为了使用方便，避免频繁地打开菜单，软件将一些比较常用的功能放到了工具栏中，这样就能快速地使用这些功能了。

项目管理区：该区域是用来管理新建或打开的工程项目的，工程项目可以以隧道名称来命名，其中包含着该隧道上的各个里程（也即各个断面），而每个断面中又包含了该断面上布设的各条测线或测点。该区域是用树形结构来管理工程项目的，树根处是工程项目（系统最多可以管理10个工程项目），工程项目的下一级是断面名称，再下一级是测线或测点名称，总共三级结构。

图形报表操作区：该区域由三部分组成。首先是直观显示测线数据以及收敛值的列表框，见（图 一）中图形报表操作区最左部分；

其次是生成各种回归图形和报表的各个按钮和图形参数设置部分，各个按钮的具体功能，以及各参数的设置将在“5．图形报表操作区功能说明”终予以详细说明；最后见（图 一）中最右部分的文本编辑框，该文本框用来显示回归方程、标准差、相关指数、置信度区间等各项回归参数。

图形显示区：该区域是回归图形输出部分，数据经处理后，就按要求在该部分显示需要的回归图形。软件提供了各种常用的图形操作功能，可以对图形进行编辑，并可以采用屏幕截取的方式保存图形或将图形以Auto CAD DXF文件格式导出，还可以将图形存为系统图形文件格式(.sd)。

以上便是对软件界面各部分的介绍。

2.菜单功能说明

主菜单共有如（图 二）所示六个

（图 二）

分别是：文件、数据管理、绘图、图形操作、屏幕截取、查看和帮助。

※文件菜单※的功能主要是关于工程的建立、打开、关闭，工程和工程组的管理以及图形文件的打开、导出和打印。

其子菜单如（图 三）分别为：

（图 三）

新建工程：用来建立新的工程，点击之后弹出如（图 四）新建工程对话框。选定工程类型后填入该工程相关的隧道信息，可以选择工程保存路径，单击‘…’按钮将弹出对话框（图 五）,选择保存工程的路径，按确定退出。然后单击‘增加’，则生成了一个新工程。此时系统将弹出消息框提示工程建立完成，按确定后，单击‘退出’，则工程建立完毕，并返回到 主界面，左边项目管理区内的树状图应出现刚才建立的工程名称，并且根据选择的

（图 四）

（图 五）

之后可对该工程导入全站仪的数据，具体导法见‘数据管理’菜单中‘数据导入’子菜单项的详细介绍。

打开工程：用来打开已经存在的工程文件。选择此菜单项，会弹出如（图 六）所示的打开工程对话框。选择已有的工程，单击‘打开’，便可打开该工程，以后便可进行数据导入、回归分析等操作，这与新建一个工程后的操作是一样的。

（图 六）

工程（组）管理：这项功能用来同时管理一组工程。如果系统中原先不存在工程，选择此菜单项，会弹出如（图 六）所示的打开工程对话框，用户可以先打开一个存在的工程文件，这样若系统中已有工程，就会弹出如（图 七）所示的工程组管理对话框。可以选择‘导入’按钮将一已存在的工程加到现有工程中作为工程组管理（图 八）。注意不可导入同一工程，否则系统将给予提示（图 九），在工程（组）管理中可以更新已有工程的有关信息，修改有关信息后按‘更新’按钮即可更新。当几个工程被组成工程组后，下次打开任一工程，就会把同一工程组中的其它工程同时打开在工程（组）管理对话框中，按‘确定’后则几个工程就会同时出现在左边的项目管理区中。要解除同一工程组中各工程的联系，可以在工程组管理对话框中通过按‘删除’来删除某工程组中的工程。其中删除工程时需要注意1.（图 十）只将该工程从该工程组中移去，保留该工程的所有信息；2.（图 十一）除了1中的操作以外，还将该工程的所有信息从硬盘中删除，不可恢复，故应谨慎操作。

（图 七）

（图 八）

（图 九）

（图 十）

（图 十一）

关闭工程：关闭系统中现有的工程。若项目管理区中没有工程，则此菜单项为灰色，只有新建或打开工程后才能激活。

打开图形：打开保存好的该系统格式的图形文件(*.sd)。如何将图形保存为系统图形文件格式，见工具栏中

功能的详细说明。

图形导出：将图形以Auto CAD DXF文件格式导出。

打印预览：该项功能是将当前图形报表操作区中列表框中的数据和图形显示区中的图形一起以报表的形式打印出来。选择此菜单后进入打印预览窗口，可以进行预览，确认无误后即可打印。（只有打印机在该软件所在操作系统上驱动后才有此功能）

打印设置：设置打印的一些参数。这些参数包括：打印机的名称选择、属性设置，纸张的大小、来源，打印的方式等。

最近图形：显示最近打开过的系统图形文件。对于经常调用某一图形文件比较方便。

退出：关闭系统。

※数据管理菜单※的功能主要是：全站仪数据的导入、隧道断面信息的输入、隧道断面信息的查询、极限位移规范参考以及全站仪原始数据的管理等。

其子菜单如（图 十三）所示，分别为：

（图 十三）

数据导入：把全站仪上传的数据导入到相应工程的数据库中。点击后系统弹出如（图 十五）的数据导入对话框。

（图 十五）

(图 十六)

选择隧道名称，单击‘选择文件’按纽，如(图 十六)所示。选择全站仪数据文件。单击打开，如果文件格式正确，系统将从文件中读取信息，并根据所测数据自动画出测点的示意图，如（图 十七）所示，如果文件格式错误，将出现（图 十八），如果错误发生，则单击‘查看该文件’，便可修改该文件为系统的文件格式（注意：凡手工修改了文件，需重新选择该文件，文件的修改才是有效的）。如无错误发生，可按‘导入’便可将该文件导入到系统中。重复‘选择文件’----‘导入’，便可将测量数据全部导入。注意：

1.如果想把同一次观测的两个测站的数据作为一个时间段的数据使用，需设定‘双站间隔时间’，系统默认为20分钟，即前后设站间隔小于20分钟的，系统将弹出如（图 十九）消息框给以提示用户可根据实际情况作出相应选择。

2.相同里程的某时间段的数据不能导入两次,否则系统将给予提示。

（图 十七）

（图 十八）

（图 十九）

数据导入后可人工输入该里程的断面信息，以便将来管理时的查询。按‘输入断面信息’按钮后弹出如（图 二十）所示，点击隧道名称和相应的隧道里程，可查看、修改、删除

（图 二十）

（图 二十一）

该断面的信息，具体操作见菜单‘隧道数据’下‘隧道断面输入’菜单的说明，二者的功能是一样的。另外单击（图 十七）中的‘平差’按钮可直接查看各测线平差后的长度，如（图 二十一）。数据都导完后，可单击‘退出’回到主界面，这时点击项目管理区中工程名称前的‘+’号，就可看到导入的断面及测线情况。

隧道数据：主要负责隧道断面信息的输入和查询。该菜单有两个下级子菜单，如（图二十七）：

（图二十七）

选择‘隧道断面输入’菜单，弹出（图 二十）对话框。单击‘添加’按钮，弹出如（图 二十八）的对话框，选择隧道名称，填入参考里程，按‘确定’后，该工程和断面

（图 二十八）

（图 二十九）

就会导入到断面信息维护对话框中，如（图 二十九），然后输入各类信息，按‘保存’按钮，就能把这些信息存入数据库中，如果要删除，可按‘删除’按钮。

选择‘信息查询’菜单，弹出（图 三十）对话框。当需要查询任一工程中的有关信息时，可按以下方式操作，输入查询信息以产生查询条件，如需查询隧道名称为‘test1’的工程信息，则可按下列方法查询：在查询字段中选择‘隧道名称’，在运算符中选择‘=’，在查询值中填写‘test1’,单击‘语句生成’，再单击查询，便可将隧道名称为‘test1’的工程查出（图 三十一），单击‘生成报表’可将结果存为文

（图 三十）

（图 三十一）

极限位移规范：这里提供了一个单线隧道初期支护极限相对位移百分表，以供用户对照数据、图形作为参考。

原始数据管理：可对全站仪上传的原始数据进行管理。当需要查看一工程的原始数据时。可按如下操作进行。选择‘数据管理’菜单中的‘原始数据管理’将弹出（图 三十二）对话框。

（图 三十二）

选择一工程，则右边显示该工程的原始数据文件。选中需查看的文件，单击‘查看’便可观看该文件内容。也可单击‘删除’删除该文件。

※ 绘图菜单※的功能主要是：直线、圆弧、文本等图形的绘制及颜色的选择。该项菜单如（图 三十三），具体方法均类似于AutoCAD中的有关操作。

（图 三十三）

※ 图形操作菜单※的功能主要是：对图形显示区中的图形进行放大、缩小、漫游、删除、全图显示等操作，具体方法均类似于AutoCAD中的有关操作。菜单如（图 三十三）。

（图 三十三）

※屏幕截取菜单※的功能主要是：对图形进行截取并保存为BMP格式的位图文件。‘全屏截取’是获得整个屏幕的图形，‘用鼠标选取范围’则可以获得选定范围内的图形。具体菜单如（图 三十四）。

（图 三十四）

查看菜单和帮助菜单比较简单，这里没有详细说明。

3.工具栏功能说明

工具栏基本是常用的菜单的快捷方式，但也有菜单不具有的功能，具体情况如下：

新建图形。该项功能是将图形显示区刷新，即清除图形显示区的所有图形，恢复为空白的画布。

新建工程。具体功能与菜单栏中的‘文件’一〉‘新建工程’一样。

打开图形。具体功能与菜单栏中的‘文件’一〉‘打开图形’一样。

打开工程。具体功能与菜单栏中的‘文件’一〉‘打开工程’一样。

保存图形。该项功能是将图形显示区中的图形保存为本系统软件的图形文件格式（*.sd），以后可以用

或菜单栏中的‘文件’一〉‘打开图形’来打开图形。

导入。具体功能与菜单栏中的‘数据管理’一〉‘数据导入’一〉‘（测线法）无基准点’一样。

打印预览。具体功能与菜单栏中的‘文件’一〉‘打印预览’一样。注意：应该按拟合曲线按钮及时刷新回归图，以获得与数据一致的回归图形。

绘图。这三栏分别是绘制直线、圆以及圆弧的功能。

放大缩小。这两项功能是对图形的放大和缩小操作。

删除物体。该项功能是从图形显示区删除选中的图形或文字，删除完后，右击鼠标回弹出一菜单，选择‘取消’即可退出删除操作。

显示全图和移动图形。如果想在图形显示区中看到全图，点击‘显示全图’，系统会自动调节图形的大小，使图形能完整的显示在图形显示区中。如不想改变图形的大小，则点击‘移动图形’进行图形漫游。退出操作如上所述。

全屏显示和恢复。该功能使系统的框架和菜单隐去，突出显示系统的视类。

断面信息查询。具体功能与菜单栏中的‘数据管理’一〉‘隧道数据’一〉‘信息查询’一样。

断面信息输入。具体功能与菜单栏中的‘数据管理’一〉‘隧道数据’一〉‘隧道断面输入’一样。

关于。显示程序信息，版本号。

退出。

4.图形报表操作区说明

由于前面已对该区作了简要说明，并指明了列表框和文本框的作用，所以这部分主要详细说明如（图 三十五）所示的生成各种回归图形和报表的各个按钮和图形参数设置部分。呈现为（图 三十五）。

（图 三十五）

先说明各报表按钮的功能，具体如下：

在项目管理区种选择隧道名称，并单击‘测线报表’，则产生该隧道所有的测线报表，如选择里程，则产生该隧道该里程的所有测线报表，如选择某测线，则产生该隧道该里程的该测线的报表。其间，如果选择了‘存为文件’则将结果输出为文件，否则将打印输出。‘坐标报表’功能类似。

必须是在项目管理区中选择里程，此功能才会有效。但击‘断面报表’，会产生前面输入的隧道信息（包括开挖信息、岩体信息、支撑设计、地质描述等）的报表。如果没有信息，用户可以单击‘断面信息’按钮对此断面进行描述，然后保存即可。

单击‘原始数据报表’，结果如‘测线报表’，根据在项目管理区中选择的不同，分别产生三种原始数据的报表。

单击‘工作人员报表’，产生工作人员（负责人和观测者）的报表。

单击‘断面信息’，图形显示区中出现如（图 三十七）界面，在这儿可以输入所选里程的断面信息。

（图 三十七）

回归分析是本软件提供的一项重要功能之一。全站仪对各断面测线经过一段时间的量测，得到测线随时间变化的数据，其中测线敛值和时间之间具有非线性的相关关系。回归分析的功能就是对这些数据进行处理以回归图的形式显示在图形显示区，以供用户参考，并对围岩稳定性进行了预测。系统提供了5种曲线函数，以供用户选择最合适形状的区线来拟合。

各回归分析按钮功能的具体说明如下（假设x对应时间，y对应测线收敛以及它们的速率）：

在项目管理区中选中具体测线或测点后，单击‘对数函数’，系统会对测线收敛以 对数函数为回归方程进行非线性回归分析，并在图形显示区中显示回归图形（包括原始数据图、收敛值或位移值图和收敛或位移速率图）。

适用情况：当y的增量随x增大而逐渐减少。

功能类似‘对数函数’，适用情况：根据具体数据而定。

功能类似‘对数函数’，适用情况：当y随着x逐渐增加而越来越急剧地增大。

功能类似‘对数函数’，适用情况：当y的增量随x增大而逐渐减少。

功能类似‘对数函数’，适用情况：当y随x增大而增大的速度与x成比例。

单击‘自动选择’，系统会对数据进行分析，自动选择合适的回归曲线。

见（图 三十五）右上角是回归图形的一些参数设置，X轴、Y轴和Y负轴分别是所需坐标轴的长度，‘网格’和‘标注’表示图中是否需要它们，‘稳定条件’是进行稳定性预测所需要的数据。

6.其它注意事项

隧道围岩三维变形分析系统与自动全站仪配合使用，并对其量测时的测线布置规定如下各图：

测线布置图：

3测线

4测线

6测线

7测线

图 三十八

第三篇：(2P 城轨交通)浅议软弱围岩隧道变形地段施工

浅议软弱围岩隧道变形地段施工

席亚滨

软弱围岩是指饱和抗压极限强度在30MP以下、岩体完整性系数在0.4以下的围岩，其工程性质主要表现在围岩自稳性差、节理发育、岩石风化严重。通常情况下，我们把以Ⅳ、Ⅴ级围岩为主的隧道都称之为软弱围岩隧道。软弱围岩隧道施工面临的风险大于一般隧道，普遍存在初期支护变形、破坏、侵限换拱；结构下沉，喷射砼开裂掉块剥落；突水涌泥、塌方，甚至是二衬破坏等现象，其出现的频次和产生的破坏力大小与地质本身、施工能力和技术管理水平的高低等都有很大的关系。

在对软弱围岩隧道施工的时候，首先在要树立一个全新的思想观念，更要树立一个坚强的信心。另外，在在项目最艰难的时候体现技术管理的龙头作用，项目管理人员要做到思路清晰，以身作则，保持整个团队的团结协作。一个项目团队，如果长期牢固树立好这些思想观念的话，这个项目就至少成功了一半。当然，在实际的工作面前，我们更要讲究科学的方法。

应遵循的原则

软弱围岩隧道施工中，我们要解决的核心问题就是控制变形。面对频繁的变形开裂和由此导致的诸多问题，我们所有的努力都是为了实现一个目标，就是通过采取一定的初期支护补强措施和加强施工现场过程控制，将拱部的下沉和周边的收敛控制在一定范围内，确保每月最大有效施工天数，严防一切形式的变形开裂导致的换拱，杜绝塌方，确保施工安全；为此，我们在施工过程中必须要有一个很大的责任心。

责任心是战胜软弱围岩隧道施工各种困难的法宝。各层次领导，任何一个部门，每一个参建人员都应立足本职工作，建立坚强责任心，才能应对好各种困难，才能解决好现场的各种问题。当然，除一个责任心外，在软弱围岩隧道施工过程中我们应该在技术上把握三个基本原则。

原则一：方案不失误

我们在软弱围岩隧道施工中，应在不同阶段根据不同的材料编制施工方案，施工前，我们可按照设计或业主提供的“风险评估报告”和相关设计文件编制专项的施工方案，该方案应具备一定的指导性；施工过程中通过超前地质预报成果和日常技术工作积累的一线资料，及时对“风险评估报告”进行细化和调整完善，同时根据其制定更为细化的施工方案，方案中的措施应满足施工现场的需要，必须具备很强的可操作性并及时传达给现场，必要时做相关的专题讲座，让方案深入人心；

解决软弱围岩隧道变形开裂控制问题，不能仅仅依靠技术手段，施工现场的严密组织和强有力的管理至关重要，只有平行解决才能从根本上起到作用。施工方案一旦确定，必须严格执行到位；实施过程务必规范、步步到位。

原则二：工序不失衡

在项目管理上，均衡是一个重要理念，在软弱围岩隧道施工过程中，不可控的因素有很多，例如地质变化快、局部失稳滑塌、突水涌泥等情况；掘进与仰拱和二衬要均衡，上、中、下三个台阶的施工要始终保持均衡；能力和目标要均衡（这主要体现在掘进进尺和仰拱开挖长度的控制上，你没有配套的人员和设备，你就不能随意加大工序循环进尺，这一点是需要特别注意的）；时间和空间要均衡（要发挥人员和设备最大潜力，施工组织十分重要，什么工序能平衡、什么工序必须独立作业等等），一旦失衡就会带来危险的后果，隧道施工上台阶过快会导致台阶长度加大，安全问题自然突出；我们在老东山隧道施工时，统计的大量循环时间记录表就反映出单循环使用时间量的差异很大，下一步施工中，我们将继续做好单循环作业时间记录并进行认真细致的分析，及时提出问题所在，下力度解决这个时间差异。

原则三：围岩量测不造假 所有隧道的塌方，都是一个由量变到质变的发展过程，量测是指导施工的“眼睛”，通过掌握拱顶下沉及周边收敛的规律，发现异常立即采取加固措施，根据量测数据分析成果及时调整预留沉落量对于控制隧道初支变形开裂是非常有效的。我们要求各个隧道工区都要做好四个方面的工作；首先是严格按照规范要求，在开挖后及时预埋围岩量测点并获得初始读数，困难地段及时增加测点密度，加大观测频率并将获得的数据及时添加到“变形时态变化散点图”中，据以及时考察变形发展动态，修正回归系数；其次是不断对两图进行回归分析，并根据两图发展趋势，预测可能出现的最大值和变形速率；三是根据变形最大值和变形速率预报围岩稳定性和安全性并对其做出具体的规定，以便及时采取措施加强支护措施；四是建立“零”报告制度和实行严格的奖罚考核制度；最终实现量测工作全面、及时、准确和真实有效，确保施工安全。

应注意的几个问题

在软弱围岩隧道施工过程当中，以下几个问题是我们必须特别注意的：

由于软弱围岩地质较为复杂、变化频繁，要成功的渡过软弱围岩的前提就是地质工作，只有做好地质工作，掌握准确的地质情况，才能正确选择好施工方案；

“心之官则思”。要善于观察并思考问题，“针尖大的窟窿能透过斗大的风”。在软弱围岩隧道施工中，地质一旦变化或有水的影响就该敏锐的感觉到它的严重性并迅速采取措施，不能熟视无睹、若置罔闻，要坚定不移地把施工安全放在压倒一切的突出位置；

施工过程中，应严格按照“重地质、管超前、严注浆、短进尺、强支护、快封闭、勤量测、速反馈”的二十四字方针组织施工，它是软弱围岩隧道施工成败的关键；

对于支护系统，应严格控制好拱架的纵向间距，加强钢架的纵向连接；按要求做好超前支护和锁脚锚杆（管），结合实际揭示围岩的岩层产状确定锁脚锚杆（管）的角度，同时提高安装焊接的质量。喷射砼时要控制好喷射距离和角度，严防出现空洞；总之要确保支护系统的有效性；

无论采用哪种施工方法，软弱围岩施工应严格控制好施工步距，仰拱施工必须先行，要确保二衬紧跟掌子面施工，安全距离任何时候不能超标；

高度重视水对软弱围岩隧道施工的影响；在做好超前探孔排水的同时，对初期支护表面潮湿段落应及时埋设Φ42小导管作为排水管，以便及时将地下渗水集中排出。

需要继续研究的问题

对于软弱围岩隧道施工面临的变形开裂问题，我们未来还会遇到很多，情况可能会更加复杂和多变。如，钢支撑对于抵御变形开裂有多大的作用，占的比例有多少？如何有效提高支护体系的整体性？如何提高支护体系中锁脚施工的质量？超前支护对控制拱部下沉有多大作用？每一种支护措施分别在控制变形开裂中起什么作用？喷射砼的工艺调整在抵御变形开裂问题上能起到什么样的作用？注浆在以泥岩和砂岩为主的隧道施工中，对于抵御变形开裂有多大的作用吗？通过研究各种变形量测的数据，可推测出变形开裂在某时刻可能达到的数值，于是引出了时间差，如何在施工中利用好这个时间差？对于扩大拱脚的实施在控制变形开裂中是否有效，其操作的可行性如何进一步的优化？预留沉落量在控制变形开裂中的作用及所占的比例？如何实现软弱围岩隧道施工的快速施工？

这些问题是要求我们需要在后续的施工过程中不断的加强研究。可以说，不同的时空条件、不同的外部环境、不同的生产要素、不同的管理能力，所采取的方法都有所不同；在软弱围岩隧道施工的过程中，我们无法完全遏制变形开裂，但要确保其受控、不换拱；我们无法完全的避免塌方，但能够防止出现人员伤亡。所以说，对于软弱围岩隧道施工，我们施工单位需要投入更多的心力，仔细研究，确保软弱围岩隧道施工的安全进行。

作者单位 中铁十二局集团第二工程有限公司

第四篇：多断层网状填充性岩溶隧道灾变预测及处治技术研究科研项目信息

成果名称: 体现形式: 完成单位: 项目成员: 研究开始时间: 联系人: 验收时间: 多断层网状填充性岩溶隧道灾变预测及处治技术研究

其它

韶赣高速公路粤境段管理处

技术领域: 项目名称: 项目负责人:

桥隧工程

多断层网状填充性岩溶隧道灾变预测及处治技术研究

彭学军

李凯,傅鹤林,罗立峰,彭学军,刘伟泉,黎明,张志定,罗文涛,唐伟,黄钧钰,黄陵武,伍毅敏,谭鑫,聂春龙,李东平,赵望达,彭仪普 2009-01-15 刘伟泉 2012-04-28

研究结束时间: 联系邮箱: 鉴定时间:

2011-03-13 sgglgs@163.com 2012-03-01

多断层网状填充性岩溶隧道灾变预测及处治技术研究

发布人：彭学军 发布时间：2012-04-26 浏览次数：222 知识产权声明： 项目研究成果是本团队独立进行研究工作所取得的成果，研究成果归完成单位所有，如发现本项目研究成果被恶意抄袭，本项目团队将进行法律追究。

1.任务来源

任务来源：根据曲江至南雄路的区域地质构造，可以推断该区域岩溶空间形态复杂，以网状岩溶为主。网状岩溶常以不同形式出现：洞穴岩溶和填充性岩溶。岩溶形态、大小及与隧道相交的位置关系不同，从而岩溶对隧道稳定条件及状态也不同。根据高速公路隧道穿越岩溶位置的不同，扰动效应不同的特点，在这一背景下，提出了这一课题。2.应用领域和技术原理

本课题通过结合韶关市曲江至南雄高速公路回龙山隧道和白山隧道，通过多断层网状填充性岩溶隧道灾变预测及处治技术研究，根据高速公路隧道穿越岩溶位置的不同，扰动效应不同的特点，隧道修建过程中，将复杂地质构造中网状岩溶隧道灾变预测及处治技术研究成果推广应用。3.性能指标 1.岩溶的探测技术和安全性评定标准； 2.岩溶隧道施工风险评价；

3.断层区域构造应力场特征及其对隧道围岩稳定性影响分析； 4.岩溶处治及质量检测技术；

5.掌子面边坡破坏机理及开挖进尺的未确定； 6.管棚作用机理；

7.复杂地质构造中网状岩溶隧道灾变预测及处治技术指南； 4.成果关键技术介绍

1.系统调研国内外岩溶突水机理、岩溶形成的历史、岩溶探测预报技术及分析评价； 2.对国内外隧道风险管理进行系统研究；

3.分析总结了回龙山区域地质构造、回龙山隧道址区地质构造，总结了隧址区断层形成的力学机制，结合隧址区断层的产状，图解出隧址区断层主应力场的特征； 4.探讨岩溶充填介质对岩溶突水的影响，对岩溶隧道突水类型进行划分； 5.建立了基于连续地基梁反力方程的隧道开挖掌子面稳定评价模型； 6.以连续地基梁理论为基础，首次建立了管棚支护结构与围岩相互作用模型； 5.与国内外同类技术比较

目前，国内外关于隧道施工超前地质预报技术应用很普遍，但没有统一的概念、理论和方法。在国内，岩溶地区隧道超前地质预报问题，多年来一直是地球物理探测领域的一个难题，由于隧道掌子面的特殊环境限制及多种干扰的严重影响和岩溶地区地质灾害的严重性、复杂性，使得这项工作研究进展缓慢。6.成果的创造性、先进性

1.系统调研国内外岩溶突水机理、岩溶形成的历史、岩溶探测预报技术及分析评价； 2.对国内外隧道风险管理进行系统研究；

3.分析总结了回龙山区域地质构造、回龙山隧道址区地质构造，总结了隧址区断层形成的力学机制，结合隧址区断层的产状，图解出隧址区断层主应力场的特征； 4.探讨岩溶充填介质对岩溶突水的影响，对岩溶隧道突水类型进行划分； 5.建立了基于连续地基梁反力方程的隧道开挖掌子面稳定评价模型； 6.以连续地基梁理论为基础，首次建立了管棚支护结构与围岩相互作用模型； 7.作用意义

本项目对曲江至南雄高速公路的复杂地质构造中岩溶隧道灾变与处治技术开展研究，其研究成果可直接应用于曲江至南雄高速公路隧道穿越岩溶处治，对我国岩溶地区高速公路及其隧道建设产生巨大的推动作用，还可为广东省整个山区乃至全国的高速公路隧道穿越岩溶的处治提供科学依据及借鉴作用，提高了公路运输服务保障水平，保证人民群众安全便捷出行，很好地维护了党和政府的形象。8.推广应用前景与措施

该课题利用多断层网状填充性岩溶隧道灾变预测及处治技术研究成果，实现了各种探测技术、分析评价、治理和质量监控在公路隧道穿越复杂地质构造中岩溶的综合应用，形成隧道穿越岩溶时，地质构造及岩溶对隧道稳定性影响的成套评判方法和评价体系、隧道穿越岩溶有效处治技术和隧道穿越岩溶治理质量监控指南，填补了国内外空白。

9.推广应用存的问题和改进意见

暂无

第五篇：隧道围岩量测实施方案

目

录 监控量测编制依据 监控量测适用范围 监控量测目的 监控量测工艺流程 量测方法和埋点要求 监控量测资料整理分析反馈 监控量测质量保证措施 8．监控量测记录表

隧道围岩监控量测施工方案

1、编制依据 ⑴《铁路隧道工程施工质量验收暂行标准》 ⑵《铁路隧道工程施工技术指南》 ⑶《铁路隧道监控量测技术规程》（TB10121-2007）

⑷施工图纸、设计要求和环境、地质条件； ⑸工程特点、施工方法、工程状态和可操作性。

2、适用范围 本方案适用于中铁十六局成渝项目部四分部 DK117+292～DK129+950 管段内隧道围岩监控量测作业。

3、量测目的

隧道现场的监控量测是施工管理的重要组成部分，它不仅能指导施工，预报险情，确保安全，而且通过现场监测获得围岩动态信息，为修正和确定初期支护参数，混凝土衬砌时间提供信息依据，为完善隧道工程设计与指导施工提供可靠的足够的参考数据。

4、量测工艺流程 我部隧道的监控量测主要以洞内、外观察、拱顶下沉、地表下沉、隧道周边收敛观测为监测项目。结合隧道具体条件确定开展以下几项监测项目：

量测项目及内容

序号 监测项目 测试方法和仪表 测试精度 备注 1 洞内、外观察 现场观察、地质罗盘

衬砌前净空 变化 隧道净空变化测定仪（收敛计、隧道激光断面仪）

0.1mm拱顶下沉 水准测量的方法，精密水准仪 1mm 一般进行水平收敛量测 4 地表下沉 水准测量的方法，精密水准仪 1mm 浅埋隧道必测（H0≤2b）

注：H 0 —隧道埋深；b—隧道最大开挖宽度。

具体工艺流程见图 3.1，检查记录表见附表 1、附表 2、附表 3

5、主要量测方法和要求 5.1 隧道洞 内、外观察 洞内观察可分开挖工作面观察和已施工地段观察两部分。开挖工作面观察应在每次开挖后进行。观察中发现围岩条件恶化时，应立即采取相应处理措施；观察后应及时绘制开挖工作面地质素描图、填写开挖工作面地质状态记录表和施工阶段围岩级别判定卡。在节理、裂隙发育的镶嵌状、块状脆性硬岩地段应重视观察围岩的节理、裂隙走向及发育程度，对易引起坍塌的岩块及时进行锚杆支护或喷射砼封闭。对已施工地段的观察每天至少应进行一次，主要观察喷射混凝土、锚杆、钢架和二次衬砌等的工作状态。

洞外观察重点应在洞口段和洞身埋置深度较浅地段，其观察内容应包括地表开裂、地表沉陷、边坡及仰坡稳定状态、地表水渗透情况等。

洞身开挖 初期支护 数据分析 二此衬砌 地表下沉记录表 拱顶下沉记录表 地表下沉记录表 拱顶下沉记录表 周边收敛量测记不稳定 稳定 加强支护 检查点一 检查点二 图 3.1 围岩量测工艺流程图

5.2 隧道围岩及初期支护变形量测 围岩及初支变形量测是施工管理中的一个重要环节，是施工安全和质量的保障。净空变化、拱顶下沉和地表下沉（浅埋地段）等量测项目应设置在同一断面，以便于掌握变形规律。

5.2.1 现场量测要求 ⑴ 拱顶下沉、收敛量测初读数宜及早埋设测点，采集第一次数据。

⑵ 测试前检查仪表设备是否完好，如发现故障应及时修理或更换；确认测点是否松动或人为损坏，只有测点状态良好时方可进行测试工作。

⑶ 测试中按各项量测操作规程安装好仪器仪表，每测点一般测读三次；三次读数相差不大时，取算术平均值作为观测值，若读数相差过大则应检查仪器仪表安装是否正确、测点是否松动，当确认无误后再按前述监控量测要求进行复测。每次测试都要认真做好原始数据记录，并记录掘进里程、支护施工情况以及环境温度等，保持原始记录的准确性。量测数据应在现场进行粗略计算，若发现变位较大时，应及时通知现场施工负责人，以便采取相应的处理措施。

⑷ 测试完毕后检查仪器、仪表，做好养护、保管工作。

⑸ 进行资料整理，监控量测资料须认真整理和审核，做出时间-位移变化曲线，并进行回归分析。

5.2.2 量测断面间距、测点布置 量测断面间距和每断面测点数表

围岩级别 断面间距（m）

每断面测点数量 净空变化 拱顶下沉 Ⅴ 5 3 条基线 1～3 点 Ⅳ 10 2 条基线 1～3 点 测点拟布置如下：开挖时水平收敛基线布置 2～3 条，拱顶下沉测点每个断面内布 1～3 点。各测点布置见下图。

隧道围岩埋设点图示

5.2.3 量测频率 各项量测项目量测频率应根据位移速度和量测断面距开挖面距离，分别按下表 1 和表 2 确定。

测线一隧道中线测线二测线三拱顶隧道围岩量测埋点示意图基点测点地表埋点示意图

当按表 1 或表 2 选择量测频率出现较大差异时，宜取量测频率较高的作为实施的量测频率。

表 表 1

量测频率表（按位移速度）

位移速度（mm/d）

量测频率 ≥5 2 次/d 1～5 1 次/d 0.5～1 1 次/2～3d 0.2～0.5 1 次/3d ＜0.2 1 次/7d

表 表 2

量测频率表（按距开挖面距离）

量测断面距开挖面距离（m）

量测频率（0～1）b 2 次/d（1～2）b 1 次/d（2～5）b 1 次/2～3d ＞5b 1 次/7d 注：b—隧道开挖宽度。

各项量测作业均应持续到变形基本稳定后 2～3 周结束。位移长期没有减缓趋势时，应适当延长量测时间。

5.2.4 施工监测 5.2.4.1 周边收敛量测 测点埋设：喷锚支护施作后，用风枪凿Φ40mm、深 200mm 的孔，先用 1：1 水泥砂浆灌满后再插入测点固定杆，尽量使同一基线两测点的固直定方向在同一线上，等砂浆凝固后，即可进行量测工作。

量测方法：采用 JSS30A 隧道收敛计监测。该机采用大张力自锁紧摇柄加载系统，并在结构上进行了一系列性能提升设计，具有很高的量测精度，特别适用于大跨度隧道的变形监测。每次量测后填写“收敛记录表”。

5.2.4.2 拱顶下沉量测 拱顶位移量测的测点用风枪打眼埋设好固定杆，并在外露杆头设挂

钩。测点的大小要适中。支护结构施工时要注意保护测点，一旦发现测点被掩埋，要尽快重新设置，以保证数据不中断。

采用精密水准仪测量拱顶下沉，精度可达 0.01mm。

拱顶下沉量测示意图

5.2.4.3 地表下沉量测 测点布置：与洞内收敛、拱顶下沉量测断面里程对应，地表下沉量测点集中设在隧道中线附近，并在开挖面前方 H+h1 处设测点，(H 为隧道埋深，h1 为上半断面净高)，测量方法：采用精密水准仪配合测量地表沉降，精度可达 0.01mm。

用全站仪将所有测点布设于同一直线上。测点钢筋安设就位后，表面磨平，并用钢钉等锐器在其表面冲眼标记。

6.量测数据记录整理、分析与反馈 6.1 数据的记录、整理（1）测测过程中应收集以下资料：

①现场监控量测计划。

②实际测点布置图。

③围岩和支护的位移—时间曲线图、空间关系曲线图、位移速度-时

间曲线以及量测记录汇总表。最终位移的计算.④经量测变更设计和改变施工方法地段的信息反馈记录。

（2）量测后应及时进行数据整理，并绘制量测数据时态曲线和距开挖面关系图，对初期的时态曲线应进行回归分析，预测可能出现的最大值和变化速度，数据异常时，应根据具体情况及时采取加厚喷层、加密或加长锚杆、增加钢架等加固措施。

由于现场量测的数据具有一定的离散性,它包含着偶然误差的影响,要经过数学处理方可应用,对所有数据进行回归计算,即用曲线 u=f(t)对时间-位移散点图进行拟合,同时对变形加速率 du/dt 及变形速率的变化率d 2 u/dt 2 进行探讨,根据数据处理后围岩变形-时间曲线,找出不同时刻围岩的变形量以及围岩变形的发展趋势,进而预估围岩的最大变形量,用以同变形临界值相比较,以便判断遂道围岩变形是否在允许范围内,据此来判断隧道围岩的稳定性和支护结构的可靠性.绘制：① 位移与时间的变化曲线；②位移速度与时间的变化曲线(见下图 3 例样).有必要时绘制③位移与开挖工作面距离的关系曲线。

④可作位移加速度与时间的变化曲线。

位移-时间曲线y =-3E-10x 6

+ 9E-08x 5

E-05x 4

+ 0.0007x 3-0.0241x 2

+ 0.4361xR 2

= 0.999302460 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100T/dU/(mm)位移-时间散点回归曲线多项式(位移-时间散点回归曲线)

按变形管理等级指导施工 变形管理等级

管 理 等 级 管 理 位 移（mm）

施 工 状 态 Ⅲ U＜U0/3 可正常施工 Ⅱ U0/3≤U≤2U0/3 应加强支护 Ⅰ U＞（2U0/3）

应采取特殊措施 注：U—实测位移值；U0—最大允许位移值。

6.2 数据的反馈（1）净空变化速度持续大于 1.0mm/d 时，围岩处于急剧变形状态，应加强初期支护系统。

（2）净空变化速度小于 0.2mm/d 时，围岩达到基本稳定。

（3）根据位移时态曲线的形态来判别 当围岩位移速率不断下降时（du 2 /d 2 t＜0），围岩趋于稳定状态； 当围岩位移速率保持不变时（du 2 /d 2 t＝0），围岩不稳定，应加强支护； 当围岩位移速率不断上升时（du 2 /d 2 t＞0），围岩进入危险状态，必须立即停止掘进，加强支护。

位移速度-时间曲线y = 0.5756e-0.1677xR 2

= 0.95880.00.10.20.30.40.50.6135.027913.31721.12529.3425670.184.2t(d)v(mm/d)位移－时间回归曲线指数(位移－时间回归曲线)

施工中应将现场监控量测作为工序引入作业循环，并结合地质预报作出评价，优化设计参数，实施动态管理。

监控量测质量保证措施 隧道现场监控量测成立专门量测小组，由测量班长孙汉涛负责具体实施。施工班另四个测量员配合,量测组负责测的埋设、日常量测、数据处理和仪器保养维修、数据处理后发现异常马上向工程部长和总工汇报。

现场监控量测要按量测计划认真组织实施，并将有关量测信息反馈于施工与设计。测得的数据就尽可能在及时整理分析，尽快提交工程部、总工决策，以便及时更改施工方案，调整支护参数，合理安排施工进度。量测数据要准确，错过工程施工的最佳时机，其对施工的指导作用将荡然无存。从某种意义上测成果提交的及时性比单增加量测次数更为重要。

由于现场量测与隧道施工工作易发生干扰，因此量测工作与施工作业必须紧密配合、相互支持，施工要为量测创造条件提供方便。施工班组不得心任何理由中断量测，并要防止因抢工期、抢工程进度忽视时测工作 而危及施工安全。

在施工过程中。各预埋测点，应牢固可靠、易于识别，并要妥善保护，避免因施工造成人为破坏，以确保现场量测工作 顺利进行。

监控量测用表（附后）

附表 1

成渝铁路客运专线 地 表 下 沉 量 测 记 录 表 编号：

标段名称

施工单位

单位工程

工程部位

测点编号

埋设里程

埋设位置

埋设日期 日

期 后

视 视线高 前

视 标

高 下沉量(mm)总下沉量(mm)备

注

技术负责人

施工负责人

质检工程师

监理工程师

附表 2

成渝铁路客运专线 拱 顶 下 沉 量 测 记 录 表 编号：

标段名称

施工单位

单位工程

工程部位

测点编号

埋设里程

埋设位置

埋设日期 日

期 后

视 视线高 前

视 标

高 下沉量(mm)总下沉量(mm)备

注

技术负责人

施工负责人

质检工程师

监理工程师

附表 3 成渝铁路客运专线 水平净空变化量测记录表 编号：

标段名称 CYSG-2 施工单位 中国铁建十六局成渝项目部四分部 单位工程

工程部位

1.测点编号：1-1

开挖时间 ：

初始读数 ：

2.埋设里程：

埋设位置 ：拱脚

埋设日期 ：

日

期 第一次读数(mm)第二次读数(mm)第三次读数(mm)平均 值(mm)与前次收敛值(mm)总收敛值(mm)收敛速度（mm/d）

技术负责人

施工负责人

质检工程师

监理工程师