1、 科学技术是企业持续发展的生命力 软弱围岩变形及其控制技术 关宝树 一、 基本要求 从理论上说，在软弱软岩中，隧道设计、施工的基本要求是： 把开挖后的围岩变形（松弛）控制在容许值范围之内。 因此必须明确以下三个问题。 1）坑道开挖后的围岩变形的实态，或者说，坑道开挖围岩是如何变形的？变形的量值有多大？ 2）不同的围岩条件，坑道开挖后的各种变形的容许值是多少？ 3）用什么技术方法和对策来控制这些变形的发展？ 二、坑道开挖后围岩是如何变形的？ 坑道开挖后在无支护条件下，仅仅依靠围岩自身的支护效应，其变形实态可以通过理论分析、 实地量测予以确认。特别是要确认在无支护条件下坑道各种变形的量值。当量值超
2、过容许值时，就必须采取各种有效的技术对策予以控制，而且必须控制在容许值范围之内。 根据三维计算结果，坑道开挖后的变形，基本上可以用图 1的三维形态表示。 即：隧道开挖后隧道的变形可分为以下三种实态： 掌子面前方的先行位移 掌子面挤出位移 掌子面后方的位移 这三种位移是同时发生的。在软弱围岩条件下，支护的主要目的就是要抑制这些位移的发展，也就是抑制由这些位移引起的围岩松弛。因此，对设计、施工来说就是要搞清楚这三种位移（变形）的产生条件和发展规律，并通过什么手段来控制其发展。 2.1掌子面前方的先行位移 众所周知，掌子面前方围岩先行位移的概念，可以两个量值表示，即掌子面处的先行位移值和掌子面前方发
3、生先行位移达的范围（图 2）。实际上先行位移是随掌子面的推进而发生的。先行位移的最大值是在掌子面处。在一般的围岩条件下，其值约占总位移的 20 30左右，围岩条件越差，其值也越大。掌子面前方的先行位移，涉及的范围与围岩条件有关，一般在隧道跨经的 1.01.5倍左右。 因此，在一般围岩条件下，先行位移可以任其发生，不加控制。但在软弱围岩条件下，其最大值，例如超过全位移的 30以上，甚至达到 50或更大时，如不加控制，则会成为掌子面拱顶部分坍塌以及发生大变形的主因。这也就是我们采用各种超前预支护的主要原因。 2.2掌子面挤出位移 在实际开挖过程中，我们虽然发现了掌子面的挤出现象，但没有予以很大的关
4、注。 掌子面挤出位移是评价掌子面稳定性的重要指标。图 3说明了掌子面挤出位移的基本概 念。当掌子面挤出位移超过一定量值时，掌子面将崩塌，这不言而喻的。掌子面挤出位移，可以用其最大值评价 .因此，当预计掌子面挤出位移过大的场合就必须采取控制掌子面挤出位移的技术对策。这也是我们采用留核心土方法的主要目的之一。 2.3 掌子面后方的位移 目前我们采取的初期支护，主要是控制掌子面后方位移的技术对策。 掌子面后方位移的动态特点是 初始阶段的位移速度比较大，而且量值也比较大。 因此，控制初期位移速度的发展是非常重要的。这也是判定围岩好坏的一个重要指标。控制了初期位移速度的发展，也就控制了最终位移值。因此，
5、在实地量测中，取得初期位移速度这个重要参数是非常重要的。其次是 控制位移的收敛时间（距离） 。在一般地质条件下，位移在距掌子面 1 2D处，基本上就收敛了。但在软弱围岩中，这个距离会长一些，甚至在很长时间（距离）不收敛。 2.4 示例说明 下面我们引用浏阳河隧道的一个计算结果，说明上述位移的特征。该计算结果采用FLAC3D有限差分数值模拟软件进行了 、 、 级围岩的大断面隧道的模拟计算。 计算条件：隧道断面：开挖宽度约 15m，开挖高度约 13.5m。开挖面积达 170m2。初期支护参数：厚20cm的钢纤维喷混凝土、开挖进尺 1.0m。 计算结果汇总列于表 1及图 4。 围岩级别 埋深 m 距
6、掌子面距离 （ m） a/b 100 掌子面最大挤出位移 拱 顶 下 沉 mm 10 5 0（ a） 5 10 15 20（ b） 25 1.1 2.2 4.2 8.1 11.3 12.1 12.8 32.8 13.9 50 3.78 5.41 11.89 20.81 25.17 26.1 26.4 45 37.6 100 9.83 15.4 34.15 52.06 58.29 59.47 59.47 57.4 106.2 150 18.29 30.28 63.53 89.77 97.23 98.47 98.51 64.5 202.7 25 3.66 5.03 10.21 16.57 19.46 19.68 19.74 51.7 34.9 50 8.36 13.63 29.99 43.08 46.53 46.58 46.62 64.3 96.8 100 26.17 48.91 90.69 116.1 118.3 119.4 119.7 75.7 312.8 25 18.48 33.44 66.64 83.84 84.57 85.13 85.21 78.2 217.9 50 60.66 109.1 196.2 255.5 265.2 268.4 269.3 72.9 710.9
