高地應力軟巖隧道變形控制技術

楊星智， 李葳， 李曙光， 王平安

（1. 中鐵二十局集團有限公司 科技創新部，陜西 西安 710016；2. 中國鐵道科學研究院集團有限公司 科學技術信息研究所，北京 100081）

1 工程概況

蘭新高鐵大梁隧道位于青海省門源縣境內，施工起訖里程為DK328+807.07—DK335+376.65，全長6 569.6 m，為雙線復合式襯砌隧道。隧道地處青藏高原東北麓的祁連山中高山區，平均海拔3 600.0～4 200.0 m，最大埋深780.0 m，洞身段地表起伏明顯。

隧道穿越F5 逆沖斷層與五牛河腦—托拉溝上游向斜，且南北兩側受斷裂切割明顯，構造形態不完整性極高。施工揭示的圍巖以板巖為主，局部區域夾泥灰巖及砂巖。板巖灰（乳）為白色及青灰色、無光澤、污手，巖質極軟，錘擊聲低沉，無回彈，易捏碎，浸水后可捏成泥團狀；全強風化、易水化；褶皺發育，有明顯的撓曲現象；巖層層狀結構，薄層狀發育，泥炭質膠結，結合較差，易分離剝落；節理發育，大部分寬張，泥炭物充填，以石膏、方解石（部分區域厚度達10 cm）等礦物鑲嵌，節理面光滑潤澤；圍巖極其松散、破碎；掌子面極易剝離、擠出和滑移，拱頂張裂塌落（甚至塌方），位移明顯，甚至發生大變形，且延續時間長，難以成洞［1］。大梁隧道地質狀況見圖1。

圖1 大梁隧道地質狀況

根據大梁隧道各段地應力測試結果顯示：隧道發生大變形段落圍巖以板巖為主，局部為泥巖；其圍巖單軸抗壓強度普遍為10.0～40.0 MPa，黏結力為0.3～0.5 MPa，內摩擦角為30°～40°；垂直地應力基本等于上覆巖體自質量應力，最大水平主應力實測最大值為25.1 MPa、最小水平主應力實測最大值為13.8 MPa；其地應力側壓系數為1.4～2.2（均大于1），說明地應力場以水平應力為主導，且水平地應力又以構造應力為主；……