围 岩 变 形 量 超 过 正 常 规 定 (20cm) 的 2 倍 ( 即 ＞ 40cm)时，可把围岩变形视为大变形 。
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(1)大变形的成因
(a)膨胀岩的作用
具有膨胀岩的围岩在一定条件下体积膨胀， 如粘土类矿物、蒙脱石、高岭土、伊利石、绿泥 石等吸水后体积可膨胀10%~20%。硬石膏遇水 体积可增大60%，芒硝遇水体积增加135%。有 的膨胀力可达25~45kPa。围岩膨胀使隧道周边产 生大变形。
强度应力比0.1~0.2)
都属于高地应力挤压性大变形。
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(c)局部水压及气压力的作用
当支护和衬砌封闭较好，周边局部地下水升 高或有地下气体(瓦斯等)作用时，支护也会前半 生大变形。但随着支护开裂，水或气溢出，压力 减小，变形也就停止，这种现象并不多见。
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(2)围岩破坏形式
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(2)高地应力
高地应力是一个相对的概念，它是相对于围岩强
度(Rb)而言的。也就是说，当围岩内部的最大地 应力σmax与围岩强度的比值Rb/σmax达到某一水平 时，才能称为高地应力或极高应力，即：
围岩强度应力比= Rb /max
表 2-1 围岩强度应力比的分级基准
标准类别
极高地应力
①纯剪切破坏 ②弯曲破坏 ③剪切或滑动破坏
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(a)纯剪切破坏
(b)弯曲破坏
(c)剪切或滑动破坏
图2-1 挤出岩体中隧道破坏类型
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2.3 大变形的基本特征
(1)变形量大
最 大 变 形 可 达 数 10cm 至 100cm 以 上 。 家 竹 箐 隧 道初期支护周边位移曾达210cm，一般80~100cm， 拱顶下沉60~80cm，隧道隆起80cm。堡子梁隧道排 架下沉120cm，边墙向下挤进30~40cm。关角隧道底 鼓约100cm，边墙向内挤很大。乌鞘岭隧道岭脊段最 大水平收敛达1209mm，最大拱顶下沉367mm。平均 累计变形按F4、志留系板岩夹千枚岩、F7几区段分 别为90~120mm、200~400mm、150~550mm。
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国外几座典型的大变形隧道如：
➢ 奥地利的陶恩隧道(长6400m，强度应力比
0.05~0.06)；
➢ 奥地利的阿尔贝格隧道(长3980m，强度应
力比0.1~0.2)；
➢ 日本的惠那山隧道II号线(长8635m，强度
应力比0.1~0.33)；
➢
我国南昆线著名的家竹箐隧道(长4990m，
高地应力
法国隧道协会
＜2
2~4
我国工程岩体分级基准
＜4
4~7
日本新奥法指南(1996)
＜2
4~6
日本仲野分级
＜2
2~4
(2-1)
一般地应力 ＞4 ＞7 ＞6 ＞4ຫໍສະໝຸດ 2021/3/79
2.2 隧道大变形的概念
各级围岩在正常施工条件下都会产生一定的变 形，隧道施工规范、新奥法指南及衬砌标准设计等 对各级围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 。
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隧道辅助坑道设计按工期为2.5年考虑，设置 有13座斜井和1座竖井的施工方案，在施工中又结 合施组安排，又增加一座竖井(主要用于通风)和 一座横洞，在2004年4月F7断层，又增设左、右 线迂回导坑。
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隧道施工进入F7工程活动性断层以后，发现 初期支护变形速率加剧，初期支护出现掉块、开 裂和挤压破坏等现象，隧道最大拱顶下沉和水平
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(3)变形持续时间长
由于软弱围岩具有较高的流变性质和低强度， 开挖后应力重分布的持续时间长。变形的收敛持 续时间也较长。短者数十天，长者数百天，一般 也需百多天。家竹箐隧道收敛时间在百天以上。 日本惠那山隧道时间大于300天，阿尔贝格隧道 收敛时间为100~150d。乌鞘岭隧道大变形区段变 形持续时间达120d，一般要40~50d。
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图1-3 F7断层圆形断面
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其他地段根据围岩性质隧道采用椭圆形(图1-4)。
图1-4 椭圆形断面
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第二章 大变形机理
2.1 高地应力、软岩的概念
(1)软岩
软岩指强度低、孔隙度大、胶结程度差、受构造 面切割及风化影响显著的裂隙岩体或含有大量膨 胀性粘土矿物的松、散、软、弱岩层，单轴抗压 强度小于25MPa的岩石。
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(b)高地应力作用下的软岩隧道挤压变形
研究表明，当强度应力比小于0.3~0.5时，即 能产生比正常隧道开挖大一倍以上的变形。此时 洞周将出现大范围的塑性区，随着开挖引起围岩 质点的移动，加上塑性区的“剪胀”作用，洞周 将产生很大位移。圆形隧道弹塑性解析解也表明， 当强度应力比小于2时洞周将产生塑性区，强度 应力比越小则塑性区越大。高地应力是大变形的 一个重要原因。这又称为高地应力的挤压作用。
高地应力软岩隧道大变形控制技术
乌鞘岭隧道岭脊地段变形控制技术
石家庄铁道学院
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第一章 乌鞘岭隧道简况
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乌鞘岭隧道设计为两座平行的单线隧道，两 线间距40m，隧道长20.05km，基本为直线隧道； 隧道洞身最大埋深1100m左右。右线隧道总工期 2.5年。
隧道最大埋深约1100m，在岭脊约7km范围 分布由四条区域性大断层组成的宽大“挤压构造 带”，地应力情况十分复杂。在F4和F7断层及影 响带、志留系板岩夹千枚岩地层，围岩破碎，洞 室自稳能力极差。
收敛分别达1209mm和1053mm，一般在300～ 700mm左右，初期变形速率一般在30～35mm/d。
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图1-2 F7断层支护变形情况 5
隧道衬砌结构 采用复合式衬 砌，在本隧道 最 大 的 F7活 动 性断层地段(宽 度 800m) ， 考 虑断层活动性 及岩体十分破 碎，按圆形结 构断面(图1-3) 进行设计
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(2)变形速度高
家 竹 箐 隧 道 初 期 支 护 变 形 速 度 达 3~4cm/d 。 奥地利的陶恩隧道最大变形速度高达20cm/d，一 般也达5~10cm/d。乌鞘岭隧道岭脊段变形量测开 始阶段变形速率最高达167mm/d，最大变形速率 按F4、F5、志留系板岩夹千枚岩、F7几区段分 别 可 达 73mm/d 、 143mm/d 、 165mm/d 、 167mm/d。