软弱岩体与隧道围岩大变形问题

Question

如题所述

Answer 1

软弱围岩的大变形对隧道施工和运营的影响极为严重，常导致工期延误和投资增加。采用TBM技术施工时，可能造成TBM掘进机报废。大量工程实践表明，隧道围岩大变形不仅受岩土体结构控制，还与地层岩性密切相关。根据野外地质调查结果，滇藏铁路沿线不少地段发育有工程地质性质较差的软弱岩体，如中新生代的泥质岩、不同时代变质的片岩、劈理化板岩以及热液蚀变作用形成的蚀变碰激软岩等。这些岩体在隧道开挖条件下，将产生隧道围岩大变形问题。
一、泥质岩与隧道围岩大变形
1. 泥质岩的一般工程地质特征
泥质岩是各种泥岩、页岩、粘土岩及泥质粉砂岩的总称。多数泥质岩属软弱易变的复杂岩石，或言之，大多数泥质岩属软岩。泥质岩的工程特性及其在工程影响下的性质变化取决于泥质岩的成岩胶结作用和工程活化作用。
2. 与泥质岩有关的工程地质问题
泥质岩易于风化，是风化耐久性较差的岩石，也是边坡易滑地层。与泥质岩有关的隧道工程地质问题主要表现在以下方面：
（1）在深埋隧道开挖条件下，由于泥岩强度低，常常导致隧道围岩变形量大，影响隧道施工安全和支护方式的选择。
（2）弱胶结的泥质岩在干湿交替变化条件下，将表现出明显的膨胀性，促使隧道围岩出现大变形，对隧道安全运营和支护有显著影响。
（3）当泥质岩以薄夹层形式出现时，容易形成层间剪切带，对边坡稳定和隧道围岩稳定都极为不利。
二、变质岩系中的软弱岩体和韧性剪切带与隧道围岩大变形
变质岩系列中富含片状矿物的片岩、千枚岩、薄板岩等不仅岩性软弱，而且通常片理、板理发育，各向异性显著，在工程上通常属于软弱岩组。在浅埋隧道中，常因风化程度高，岩石性质变得极其软弱，隧道极难支护；在深埋隧道开挖条件下，可能出现围岩片帮、溃曲和底鼓等大变形现象，严重影响隧道施工安全和支护方式的选择。
三、粘土化蚀变软岩与隧道围岩大变形
滇藏铁路途经的三江和藏东南地区地质构造演化异常复杂，经历了多期强烈的构造岩浆作用并伴随发生岩浆热液成矿和热液蚀变作用。铁路沿线广泛分布、类型多样的火成岩侵入体在热液蚀变作用下常形成粘土化（蒙脱石化、伊利石化、高岭石化）蚀变岩带，尤其是蒙脱石化蚀变岩既是强度极低的软岩，又是典型的膨胀岩。研究表明，造山带、构造岩浆带、热液成矿带的区域发育规律决定了蚀变岩的区域分布和发育特征及工程特性。
粘土化蚀变岩对隧道工程建设的影响
由于粘土化蚀变岩不良的工程地质特性，在隧道掘进和边坡开挖中常出现严重的岩体变形破坏问题。例如，滇藏铁路大理-丽江段的禾洛山隧道，围岩为遭受热液蚀变的玄武岩，在宏观上表现为相对较完整的玄武岩夹蒙脱石化蚀变岩组合。在隧道工程施工过程中，曾发生过5次与蒙脱石化蚀变岩有关的塌方问题。
隧道建设主要应从以下方面加强防治工作：
（1）根据工程区蚀变岩的发育特征和分布规律，结合前期地质勘察成果，开展隧道工程地质超前预报。
（2）在粘土化蚀变岩带开挖隧道，应加强超前支护，根据蚀变岩的厚度和性状加长超前支护导管的长度，并在蚀变岩出露部位缩短环向支护间距，适时实施全封闭支护，稳定开挖面。
（3）在粘土化蚀变岩分布区，应合理选择施工方法，隧道开挖宜采用微台阶法，少爆、多挖，减少扰动。
（4）粘土化蚀变岩的物质组成和结构决定了在有水的情况下隧道塌方、冒泥问题更为显著，因此，在富水地段应采取堵排结合的方法，采用帷幕注浆或超前钻引水，尽量减少隧道围岩与地下水的作用。