Mechanism and Discrimination of the Large Deformation of Schist Highway Tunnel in Proximal Parallel Tectonic Environment
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摘要: 近距平行地质构造环境中的得荣一号隧道开挖掘进至深埋段以来曾多次出现大变形问题，严重影响施工安全并制约工程建设工期。为采取有效防治措施以控制隧道围岩大变形，根据大变形洞段监控量测数据、围岩变形特征及初期支护变形破坏特征，对隧道围岩大变形的受控因素、变形破坏机制进行综合分析。研究结果表明：隧道围岩大变形是在软弱围岩、破碎岩体结构、高地应力、地下水及严重偏压等因素的相互耦合作用下，受工程因素的促发影响，主要由软岩塑性流动变形、塑性剪切滑移变形、陡倾层状弯曲变形和累进性松脱扩展变形机制复合而致。在此基础上，根据现行交通行业规范结合隧道大变形洞段变形特征，总结公路双车道隧道施工现场围岩大变形分级判定综合指标方案，为指导隧道施工设计提供合理、可靠的依据。Abstract: The large deformation occurred several times since Derong No. 1 tunnel was excavated to its deep buried section, which seriously affected the construction safety and the construction period. In order to take targeted and effective prevention measures to control the large deformation of tunnel surrounding rock, the controlled factors and failure mechanism of the large deformation of surrounding rock are comprehensively analyzed. The results show that the large deformation of tunnel surrounding rock was induced by the coupling mechanism of the plastic flow deformation, plastic shear slip deformation, dipping layered bending deformation and progressive looseness extension deformation, which was promoted by engineering disturbed factors under the mutual coupling effect of weak surrounding rock, crushed rock structure, high crustal stress, groundwater and serious deviatoric pressure. On this basis, according to the current traffic industry norms and combined with the deformation characteristics, it is summarized that the comprehensive index scheme for the large deformation grading of surrounding rock in the construction site of two-lane highway tunnel. It provides a more reasonable and reliable basis for guiding the tunnel construction design.
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表 1 隧道围岩衬砌支护主要参数表
衬砌类型 初期支护 预留变形量/cm 锁脚锚杆/mm 喷砼/cm 锚杆（管）类型长度/cm，纵×横/cm 钢筋网格/mm 钢架/cm A5 24 ϕ25注浆锚杆L=300，80×120 ϕ6.5@200 I18@80 12 8×ϕ22锚杆，L=3 m A5qj 26 ϕ25注浆锚杆L=350，60×100 ϕ8@200 I20b@60 12 8×ϕ22锚杆，L=4.5 m ADb 26 ϕ25注浆锚杆L=300，100×100 ϕ8@200 I20b@50 20 8×ϕ42小导管，L=6 m ADc 26 ϕ42注浆小导管L=350，100×100 ϕ8@200 I20b@50 35 8×ϕ42小导管，L=6 m 注：A5为Ⅴ级围岩支护参数；A5qj为原轻微大变形支护参数；ADb为优化后轻微大变形支护参数；ADc为优化后中等大变形支护参数。 
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表 2 国内交通运输行业规范隧道围岩大变形分级标准
规范名称 分级指标 一级（Ⅰ级—轻微） 二级（Ⅱ级—中等） 三级（Ⅲ级—强烈） TB 10003—2016铁路隧道设计规范[14] 围岩/初期支护变形特征 围岩位移较大，持续时间较长；一般支护开裂或破损较严重，围岩自稳时间短 围岩位移大，持续时间长；一般支护开裂或破损严重，洞底有隆起现象，围岩自稳时间很短 围岩位移很大，持续时间很长；一般支护开裂或破损很严重，洞底有明显隆起现象，流变特征很明显，围岩自稳时间很短 围岩强度应力比（Rb/σmax） 0.25～0.5 0.15～0.25 <0.15 相对变形量（Ua/a）/% 3～5 5～8 >8 JTG 3370.1—2018公路隧道设计规范[15] 相对变形量（Ua/B）/% 2～3 3～5 ≥5 注：Rb为围岩强度；σmax为最大初始地应力；Ua为隧道变形量；B为隧道宽度；a为隧道当量半径。
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表 3 规范隧道围岩大变形分级标准
监控量
测断面测线
长度/m隧道
宽度/m当量
半径/m隧道洞壁
变形量/mm挤压相对
变形量/%铁规规范
相对变形量/%大变形
等级公规规范
相对变形量/%大变形
等级K200+745 14.433 15.37 8.27 449 3.1 5.4 二级 2.9 一级 K200+790 11.146 11.82 6.80 521 4.7 7.7 二级 4.4 二级 K200+950 11.081 11.82 6.80 238 2.1 3.5 一级 2.0 一级 K200+960 11.295 11.82 6.80 327 2.9 4.8 一级 2.8 一级 K200+975 11.337 11.82 6.80 380 3.4 5.6 二级 3.2 二级 K201+010 11.323 11.82 6.80 405 3.6 6.0 二级 3.4 二级 K201+180 11.284 11.92 6.83 356 3.2 5.2 二级 3.0 一级 K201+245 10.568 11.92 6.83 703 6.7 10.3 三级 5.9 三级 K201+250 10.577 11.92 6.83 606 5.7 8.9 三级 5.1 三级 K201+270 10.588 11.92 6.83 591 5.6 8.7 三级 5.0 二级 K201+285 10.567 11.52 6.62 359 3.4 5.4 二级 3.1 二级 K201+295 10.846 11.52 6.62 279 2.6 4.2 一级 2.4 一级
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表 4 施工阶段公路双车道隧道围岩大变形分级综合指标现场判定方案
隧道围岩大变形分级指标 一级（轻微） 二级（中等） 三级（强烈） 相对变形量（Ua/B）/% 2≤ Ua/B <3 3≤ Ua/B <5 Ua/B ≥5 相对变形量（Ua/a）/% 3≤ Ua/a <5 5≤ Ua/a <8 Ua/a ≥8 洞壁水平相对收敛ε/% 2≤ ε <3 3≤ ε <5 ε ≥5 洞壁水平变形量Ua/cm 20≤ Ua <35 35≤ Ua <55 Ua ≥55 围岩/初期支护变形特征 围岩自稳时间短，变形持续时间较长，位移较大；初期支护开裂，喷射混凝土层局部脱落、掉块，钢拱架局部轻微扭曲 围岩自稳时间很短，变形持续时间长，位移大；初期支护严重开裂，喷射混凝土层严重掉块，钢拱架扭曲，洞壁有外鼓，洞底有隆起现象 围岩自稳时间很短，变形持续时间极长，位移极大；初期支护裂损，钢拱架严重扭曲、折断，锚杆拉断，洞底明显隆起 注：Ua为隧道洞壁变形量；B为隧道宽度；a为隧道当量半径；ε为洞壁水平收敛位移与两测点间的距离之比。隧道围岩大变形分级判别原则：若满足≥3个量化分级判别指标具有一致性变形等级判别结果时，可直接判定为对应的变形等级；若4个量化分级判别指标判定的变形等级为2个一级和2个二级时，则以洞壁水平变形量Ua作为主要判别指标进行等级划分，其它情况则以2个量化分级判别指标判定的变形等级为准。
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图(12) / 表(4)
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