uo第二章 烏鞘嶺F7斷層隧道工程介紹

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。uo第二章 烏鞘嶺F7斷層隧道工程介紹第二章 隧道施工的三維有限元分析第二章 烏鞘嶺F7斷層隧道工程介紹本章主要介紹烏鞘嶺隧道的基本工程情況，地應(yīng)力的分布情況，以及工程軟巖的概念，討論在F7斷層中使用的施工方法。第一節(jié) 工程概況2.1.1概述蘭新鐵路蘭州武威南增建第二線線路起于蘭州西站，沿黃河二級階地西行經(jīng)河口南站跨黃河后沿溯莊浪河而上，在既有線蘭武段打柴溝站與龍溝車站之間以特長隧道穿越烏鞘嶺后沿龍溝河、古浪河峽谷而下，進(jìn)入河西走廊與既有線并行引入武威南站。烏鞘嶺特長隧道位于既有蘭新線蘭武段打柴溝車站和

2、龍溝車站之間、設(shè)計為兩座單線隧道，左、右線隧道長20050m，隧道出口段線路位于半徑為1200m曲線上，右、左線緩和曲線伸入隧道68.384及127.29m，隧道其余地段均位于直線上，線間距為40m，兩座隧道線路縱坡相同，主要為11的單面下坡，右線隧道較左線隧道高0.560.73m。隧道進(jìn)口位于天?？h打柴溝鎮(zhèn)趙家莊附近，地形開闊、施工條件和棄渣條件好，右線軌面設(shè)計高程2663.36m，出口位于古浪縣龍溝鄉(xiāng)的沙溝臺，地形較窄，施工場地和地形條件較差，右線軌面設(shè)計高程2447.32m。交通便利，隧道最大埋深1100m左右。本隧道全部采用鉆爆法施工。右線隧道總工期為32個月，隧道于2003年2月1日

3、開工，其中施工準(zhǔn)備1個月，主體工程于2005年4月30日主體完工，計26個月；彈性整體道床2個月，鋪軌及四電3個月，施工工期比較緊迫。為此，為加快施工進(jìn)度，全隧道除在4個洞口掘進(jìn)施工外，右線設(shè)8個斜井、1個豎井，左線設(shè)5個斜井、1個豎井及1個橫洞，共計16個輔助坑道20個工作面。2.1.2 地形地貌烏鞘嶺隧道洞身橫穿祁連褶皺系的北祁連優(yōu)地槽褶皺帶和走廊過渡段兩個次級構(gòu)造單元，褶皺和斷裂發(fā)育，本段通過加里東期褶皺帶和海西印支期褶皺帶。共有四條區(qū)域性大斷裂，毛毛山南緣斷層(F4)出露寬度200m500m，大柳樹溝黑馬圈河斷層(F5)出露寬度80m260m，毛毛山嶺中斷層(F6)出露寬度40m80m

4、，毛毛山老虎山斷層(F7)出露寬度400m800m，局部大于1000m，區(qū)域資料顯示，全新世以來F7斷層仍有活動跡象。本區(qū)整體屬于祁連山東北部中高山區(qū)，隧道進(jìn)口以南為莊浪河河谷區(qū)，出口以北為古浪河河谷區(qū)，隧道經(jīng)過烏鞘嶺毛毛山中高山區(qū)，根據(jù)山體相對高度，進(jìn)一步劃分為烏鞘嶺南坡梁狀丘陵區(qū)、烏鞘嶺中高山區(qū)和烏鞘嶺北坡低高山區(qū)三個次級地貌單元。2.1.3 工程地質(zhì)條件本地區(qū)地層巖性復(fù)雜，沉積巖、火成巖、變質(zhì)巖三大巖類均有，且以沉積巖為主，其分布主要受區(qū)域斷裂構(gòu)造控制。區(qū)內(nèi)出露的地層主要有第四系、第三系、白堊系及三疊系沉積巖，志留系、奧陶系變質(zhì)巖，并有加里東晚期閃長巖侵入。圍巖主要由、類圍巖組成。右線1

5、1#斜井正洞工區(qū)于YDK177+852比原設(shè)計提前42m進(jìn)入F7斷層，于YDK177+765附近進(jìn)入斷層主帶，在YDK177+690附近進(jìn)入斷層核心地段，隧道埋深約400m。圍巖以斷層泥礫、斷層角礫巖為主，局部為碎裂巖，呈灰綠色、灰白色、圍巖破碎。擠壓現(xiàn)象明顯，礦物被剪斷、拉長，可見糜棱化現(xiàn)象，次生結(jié)構(gòu)面發(fā)育，大部分結(jié)構(gòu)面呈垂直狀、有扭曲現(xiàn)象；圍巖所夾的石英團(tuán)塊，由于受擠壓影響，手捏呈砂礫狀、粉末狀。結(jié)構(gòu)面有明顯的磨光現(xiàn)象及擦痕，充填角礫物。碎裂板巖呈層狀，夾雜灰白色的碎裂砂巖，含較多的石英脈，巖層扭曲。巖體完整性差，自穩(wěn)能力差，無明顯的地下水出露，呈潮濕狀。該段偶爾有磚紅色砂巖與掌子面成斜交

6、狀態(tài)，夾雜于斷層泥礫、角礫巖中。物質(zhì)呈角礫狀、散土狀，易出現(xiàn)坍塌、變形16。 2.1.4 水文地質(zhì)特征隧道范圍內(nèi)，圍巖富水性分區(qū)劃分為中等富水區(qū)：主要為嶺南的安山巖帶（O2）、隧道進(jìn)口第四系地層、嶺北的砂質(zhì)板巖（S1）及F4、F5、F6和F7斷層破碎帶及影響帶。弱富水區(qū)：主要為嶺南和嶺中的砂巖夾頁巖帶（T3）。貧水區(qū)：主要為嶺南紫紅色砂礫巖夾泥巖帶（N2）、嶺中閃長巖帶（3）、嶺北（K1）砂礫巖夾泥巖地層。隧道的涌水量按徑流模數(shù)法與地下水動力學(xué)計算，右線考慮半導(dǎo)超前引排因素，預(yù)計最大總涌水量為9621.81m3/d，左線隧道（平導(dǎo)）最大總涌水量16114.78m3/d。2.1.5 氣候、土壤與

7、植被本段線路位于中溫帶干旱氣候區(qū)，春季多風(fēng)，少雨干旱；夏季酷熱，降雨增多；秋季涼爽，降溫較快；冬季寒冷，干旱少雪。沿線年平均氣溫-0.1oC5.1 oC，絕對最高氣溫28.1 oC34.7 oC，最低-29.0 oC-30.6 oC；多年平均降水量357.8409.4mm，最大降水量552.7mm；多年平均蒸發(fā)量15481813.6mm；瞬時最大風(fēng)速27.629m/s，主導(dǎo)風(fēng)向為北北西，最大積雪厚度2436mm；土壤凍結(jié)深度138200cm。沿線地段因受高山地貌的影響，土壤類型呈明顯的垂直坡向性變化，由高到低分布有高山草甸土、亞高山灌叢草甸土、山地灰褐土、黑鈣土、山地栗鈣土；所經(jīng)區(qū)域植被主要為

8、高山草地、亞高山灌叢、山地草原、火絨草草原和禾本科雜草草原。本段線路穿越烏鞘嶺中低山區(qū)，地形起伏，地勢陡峭，降水相對較多，植被生長狀況良好，主要發(fā)育為粗骨性土；土壤侵蝕方式主要是水力侵蝕，常以面蝕、溝蝕等形式出現(xiàn)。土壤侵蝕模數(shù)為20002500t/km2·a，屬輕度侵蝕。本段處在重點預(yù)防保護(hù)區(qū)。第二節(jié) 地應(yīng)力討論2.2.1 了解地應(yīng)力的必要性地應(yīng)力是存在地層中未受工程擾動的天然應(yīng)力，也稱巖體初始應(yīng)力、絕對應(yīng)力或原巖應(yīng)力。是引起各種地下或露天巖石開挖工程變形和破壞的根本作用力，是確定工程巖體力學(xué)屬性，進(jìn)行圍巖穩(wěn)定性分析，實現(xiàn)巖石工程開挖設(shè)計和決策科學(xué)化的必要前提條件。為了對各種巖石工程

9、進(jìn)行科學(xué)合理的開挖設(shè)計和施工，就必須對影響工程穩(wěn)定的各種因素進(jìn)行充分調(diào)查。只有詳細(xì)了解這些工程影響因素，并通過定量的計算和分析，才能做出既經(jīng)濟(jì)又安全實用的工程設(shè)計。在諸多的影響巖石開挖工程穩(wěn)定性因素中，地應(yīng)力狀態(tài)是最重要最根本的因素之一。對鐵路隧道設(shè)計而言，掌握具體工程區(qū)域的地應(yīng)力條件，才能合理確定線路走向、斷面形式和尺寸。如根據(jù)彈性力學(xué)理論，隧道開挖斷面最佳形狀主要由其斷面內(nèi)兩個主應(yīng)力的比值來決定。為了減少隧道周邊的應(yīng)力集中現(xiàn)象，最理想的開挖斷面是一個橢圓，橢圓在水平和垂直方向的兩個半軸的長度之比與該斷面內(nèi)水平主應(yīng)力與垂直主應(yīng)力之比相等。在此情況下，隧道周邊將處于均勻等壓應(yīng)力狀態(tài)，這是一種最

10、穩(wěn)定的受力條件。同樣，在考慮隧道走向時，最理想的走向是與最大主應(yīng)力方向相平行。當(dāng)然，實際隧道工程中還要綜合考慮工程需要、經(jīng)濟(jì)性和其它條件。人們認(rèn)識地應(yīng)力還只是近百年的事。1912年瑞士地質(zhì)學(xué)家海姆(A.Heim)在大型越嶺隧道的施工過程中，通過觀察和分析，首次提出了地應(yīng)力的概念，并假定地應(yīng)力是一種靜水壓力狀態(tài)，地殼中任意一點的應(yīng)力在各個方向上均相等，且等于單位面積上覆蓋層的重量，即： (2.1)式中，為水平應(yīng)力；為垂直應(yīng)力；為深度。1926年，蘇聯(lián)學(xué)者金尼克(A.H.)修正了海姆靜水壓力假設(shè)，認(rèn)為地殼中各點的垂直應(yīng)力等于上覆巖層的重量，而側(cè)向應(yīng)力(水平應(yīng)力)是泊松效應(yīng)的結(jié)果，其值應(yīng)為H乘以一個

11、修正系數(shù)。他根據(jù)彈性力學(xué)理論，推出： (2.2)式中，v為上覆巖層的泊松比。同期其他一些人主要關(guān)心的也是如何用數(shù)學(xué)公式來定量地計算地應(yīng)力大小，并且也都認(rèn)為地應(yīng)力只與重力有關(guān)，即以垂直應(yīng)力為主，他們的不同點只在于側(cè)壓系數(shù)的不同。然而，許多地質(zhì)現(xiàn)象，如斷裂、褶皺等均表明地殼中水平應(yīng)力的存在。早在上世紀(jì)20年代，我國地質(zhì)學(xué)家李四光就指出：“在構(gòu)造應(yīng)力的作用僅影響地殼上層一定厚度的情況下，水平應(yīng)力分量的重要性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過垂直應(yīng)力分量”。20世紀(jì)50年代，哈斯特(N.Hast)首先在斯堪的納維亞半島進(jìn)行了地應(yīng)力測量工作，發(fā)現(xiàn)存在于地殼上部的最大主應(yīng)力幾乎處處是水平和接近水平的，而且最大水平主應(yīng)力一般為垂直應(yīng)

12、力的12倍，甚至更多；在某些地表面，測得的最大水平應(yīng)力為7MPa。在根本上動搖了地應(yīng)力是靜水壓力的理論和垂直應(yīng)力為主的觀點。后來的進(jìn)一步研究表明，重力作用和構(gòu)造運動是引起地應(yīng)力的主要原因，其中，尤以水平方向的構(gòu)造運動對地應(yīng)力的形成影響最大。當(dāng)前的應(yīng)力狀態(tài)主要由最近一次的構(gòu)造運動控制，但也與歷史上的構(gòu)造運動有關(guān)。由于億萬年來，地球經(jīng)歷了無數(shù)次大大小小的構(gòu)造運動，各次構(gòu)造運動的應(yīng)力場也經(jīng)過多次的疊加、牽引和改造，另外地應(yīng)力場還受到其它因素的影響，因而造成了地應(yīng)力狀態(tài)的復(fù)雜性和多變性。2.2.2 地應(yīng)力的成因 產(chǎn)生地應(yīng)力的原因是十分復(fù)雜的，也是至今尚不十分清楚的問題。30多年來的實測和理論分析表明，

13、地應(yīng)力形成主要與地球的各種動力運動過程有關(guān)，其中包括：板塊邊界受壓、地幔熱對流、地球內(nèi)應(yīng)力、地心引力、地球旋轉(zhuǎn)、巖漿侵入和地殼非均勻擴(kuò)容等。另外，溫度不均、水壓梯度、地表剝蝕或其它物理化學(xué)變化引起的應(yīng)力場。其中，構(gòu)造應(yīng)力場和重力應(yīng)力場為現(xiàn)今地應(yīng)力場的主要組成部分。2.2.3 地應(yīng)力分布的一些基本規(guī)律通過理論研究，地質(zhì)調(diào)查和大量的地應(yīng)力測量資料的分析研究，已初步認(rèn)識到淺部地殼應(yīng)力分布的一些基本規(guī)律：地應(yīng)力是一個具有相對穩(wěn)定性的非穩(wěn)定性應(yīng)力場，它是時間和空間的函數(shù)；實測垂直應(yīng)力基本等于上覆巖層的重量，但在某些地區(qū)的測量結(jié)果有一定幅度的偏差，上述偏差除有一部分可能歸結(jié)于測量誤差外，板塊移動、巖漿對流

14、和侵入、擴(kuò)容、不均勻膨脹等也都可以引起垂直應(yīng)力的異常；水平應(yīng)力普遍大于垂直應(yīng)力，在絕大多數(shù)地區(qū)均有兩個主應(yīng)力位于水平或接近水平的平面內(nèi)，最大水平主應(yīng)力普遍大于垂直應(yīng)力，與的比值一般為0.55.5， 與v的比值為0.81.5，說明淺層地殼中平均水平應(yīng)力普遍大于垂直應(yīng)力，垂直應(yīng)力在多數(shù)情況下為最小主應(yīng)力，少數(shù)情況下為中間主應(yīng)力，只在個別情況下為最大主應(yīng)力，這再次說明，水平方向的構(gòu)造運動如板塊移動、碰撞對地殼淺層地應(yīng)力的形成起控制作用；平均水平應(yīng)力與垂直應(yīng)力的比值隨深度增加而減小，在深度不大的情況下，與v的比值相當(dāng)離散，隨著深度的增加，該值的變化范圍逐步縮小，并向1附近集中，這說明在地殼深部有可能出

15、現(xiàn)靜水壓力狀態(tài)；最大水平應(yīng)力和最小水平應(yīng)力也隨深度呈線性增長關(guān)系，與垂直應(yīng)力不同的是，水平主應(yīng)力線性回歸方程中的常數(shù)項比垂直應(yīng)力線性回歸方程中的常數(shù)項數(shù)值要大些。這反映了在某些地區(qū)近地表處仍存在顯著水平應(yīng)力的事實；最小水平主應(yīng)力和最大水平主應(yīng)力之值一般相差較大，與之比一般為0.20.8，多數(shù)情況下為0.40.8，顯示出很強的方向性1718。地應(yīng)力的上述分布規(guī)律還會受到地形、地表剝蝕、分化、巖體結(jié)構(gòu)特征、巖體力學(xué)性質(zhì)、溫度、地下水等因素的影響，特別是地形和斷層的擾動影響最大。地形對原始地應(yīng)力的影響是十分復(fù)雜的。在具有負(fù)地形的峽谷和山區(qū)，地形的影響在侵蝕基準(zhǔn)面以上及其以下一定范圍內(nèi)表現(xiàn)特別明顯。一

16、般說來，谷底是應(yīng)力集中的部位，越靠近谷底應(yīng)力集中越明顯。最大主應(yīng)力在谷底或河床中心近于水平。在斷層和結(jié)構(gòu)面附近，地應(yīng)力分布狀態(tài)將會受到明顯的擾動。斷層端部、拐角處及交匯處將出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象。端部的應(yīng)力集中與斷層長度有關(guān)，長度越大，應(yīng)力集中越強烈，拐角處的應(yīng)力集中程度與拐角大小及其與地應(yīng)力的相互關(guān)系有關(guān)。當(dāng)最大主應(yīng)力的方向和拐角的對稱軸一致時，其外側(cè)應(yīng)力大于內(nèi)側(cè)應(yīng)力。2.2.4 F7斷層地應(yīng)力分布情況的介紹烏鞘嶺特長隧道F7斷層位于毛毛山嶺北山前，延伸長度為174Km，斷層走向北西西向，傾向南，傾角，前期為逆斷層，后期表現(xiàn)為左旋走滑斷層。斷層物質(zhì)主要由斷層泥礫及碎裂巖組成，灰白色灰黑色，角礫直徑

17、在310cm之間，松散破碎，風(fēng)化嚴(yán)重，破碎帶出露寬度400800m，局部大于1000m，隧道通過斷層破碎帶長度為785m。全新世以來該斷層仍有活動跡象，經(jīng)綜合研究得出，全新世以來的平均滑動速率為2.082.50mm/a，平均垂直滑動速率為0.0600.027mm/a。烏鞘嶺隧道F7斷層通過地段大致埋深為350m420m，通過鉆孔取芯實測，圍巖較為軟弱。通過中國地震局工程地震研究中心與中國地震局地殼應(yīng)力研究所在測區(qū)進(jìn)行的水壓致裂法初始地應(yīng)力實測，在斷層北段最大水平主應(yīng)力為10.2615.24MPa，斷層南段最大水平主應(yīng)力為31.6132.84 MPa，巖石內(nèi)富含明顯較高的構(gòu)造應(yīng)力。受斷層長期的活

18、動，特別是逆斷層和左旋逆走滑斷層活動方向的影響，斷層受到構(gòu)造應(yīng)力和自重應(yīng)力的長期作用，其圍巖處于三向受壓(強擠壓)狀態(tài)。第三節(jié) 軟巖的概念及其分類2.3.1 概述從20世紀(jì)60年代到90年代初，關(guān)于軟巖的概念在國內(nèi)外一直爭論不休，產(chǎn)生軟巖定義多達(dá)幾十種。1981年9月，國際巖石力學(xué)學(xué)會委托日本力學(xué)協(xié)會召開了國際軟巖學(xué)術(shù)討論會，軟巖的概念問題被作為重要的議題進(jìn)行討論。但是在近年來的文獻(xiàn)中，關(guān)于軟巖的概念仍然名目繁多、定義各異，各有優(yōu)缺點，總括起來，大體上分為描述性定義、指標(biāo)性定義和工程定義3類。第一類是描述性定義，其中主要觀點有：松軟巖層系指松散、軟弱的巖層，它是相對于堅硬巖層而言的，松軟巖層由

19、于成巖的時間短、結(jié)構(gòu)疏松、膠結(jié)程度差，故自身強度很低；軟巖是軟弱、破碎、松散、膨脹、流變、強風(fēng)化蝕變及高地應(yīng)力的巖體之總稱；松散巖層是指強度低、空隙度大、膠結(jié)程度差、受構(gòu)造面切割及風(fēng)化影響顯著或含有大量膨脹性粘土礦物的松、散、軟、弱巖層。第二類是指標(biāo)化定義，其中主要觀點有：軟巖是指單軸抗壓強度在0.525MPa的一類巖石；的巖層稱為軟巖（式中為單軸抗壓強度；為巖石容重；為深度）。第三類是工程定義，其中主要觀點有：松動圈厚度大于1.5m的圍巖，稱為軟巖；松動圈厚度大于1.5m的圍巖，并且用常規(guī)支護(hù)不能適用的圍巖稱為軟巖；松散巖層是指難支護(hù)圍巖，或多次支護(hù)，需要重復(fù)翻修的圍巖。由此可見，國內(nèi)外對于

20、軟巖的定義尚不能統(tǒng)一，這嚴(yán)重阻礙了軟巖的學(xué)術(shù)交流和研究的深入。作為軟巖的定義，應(yīng)抽象出前述各家定義的共性規(guī)律，抽象出軟巖的本質(zhì)特征，力求簡明扼要并反映軟巖的實質(zhì)性規(guī)律。為了便于理論研究和工程應(yīng)用，將軟巖分為地質(zhì)軟巖和工程軟巖分別予以定義。目前人們普遍采用的軟巖定義基本上可歸于地質(zhì)軟巖的范疇，按地質(zhì)學(xué)的巖性劃分，地質(zhì)軟巖是指強度低、空隙度大、膠結(jié)程度差、受構(gòu)造面切割及風(fēng)化影響顯著或含有大量膨脹性粘土礦物的松、散、軟、弱巖層，該類巖石多為泥巖、頁巖、粉砂巖和泥質(zhì)砂巖，是天然形成的復(fù)雜地質(zhì)介質(zhì)。國際巖石力學(xué)學(xué)會將軟巖定義為單軸抗壓強度在0.525MPa之間的一類巖石，屬于地質(zhì)軟巖的范疇，其分類依據(jù)是

21、巖石的強度指標(biāo)，該定義用于工程實際會出現(xiàn)一些矛盾，如隧道所處深度足夠淺，地應(yīng)力水平足夠低，則單軸抗壓強度小于25MPa的巖石也不會產(chǎn)生軟巖的特征，工程實踐中，采用比較經(jīng)濟(jì)的一般支護(hù)技術(shù)即可奏效；相反，大于25MPa的巖石，如其工程部位所處的深度足夠深，地應(yīng)力水平足夠高，也可產(chǎn)生軟巖的大變形、大地壓、難支護(hù)的現(xiàn)象。因此地質(zhì)軟巖的概念不能用于工程實踐，故提出工程軟巖的概念。工程軟巖19是指在工程力作用下能產(chǎn)生顯著塑性變形的工程巖體。如果說目前流行的軟巖定義強調(diào)了軟巖的軟、弱、松、散等低強度的特點，那么工程軟巖的定義不僅重視軟巖的強度特性，而且強調(diào)軟巖所承受的工程力荷載大小，強調(diào)從軟巖的強度和工程力

22、荷載的對立統(tǒng)一關(guān)系中分析、把握軟巖的相對性實質(zhì)，即工程軟巖要滿足的條件是： (2.3)式中：為工程荷載(MPa)；為工程巖體強度(MPa)；為隧道變形值(mm)；為隧道允許變形值(mm)。該定義的主題詞是工程巖體、工程力和顯著塑性變形。工程巖體是隧道開挖擾動影響范圍之內(nèi)的巖體，包含巖塊、結(jié)構(gòu)面及其空間組合特征；工程力是指作用在工程巖體上的力的總和，它可以是重力、構(gòu)造殘余應(yīng)力、水的作用力和工程擾動力以及膨脹應(yīng)力等；顯著塑性變形是指以塑性變形為主體的變形量超過了工程設(shè)計的允許變形值，并影響了工程的正常使用，顯著塑性變形包含顯著彈塑性變形、粘彈塑性變形，連續(xù)性變形和非連續(xù)性變形等。此定義揭示了軟巖的

23、相對性實質(zhì)，即取決于工程力與巖體強度的相對關(guān)系。當(dāng)工程力一定時，不同巖體，強度高于工程力水平的大多表現(xiàn)為硬巖的力學(xué)特性，強度低于工程力水平的則可能表現(xiàn)為軟巖的力學(xué)特性；而對于同種巖石，在較低工程力的作用下，則表現(xiàn)為硬巖的小變形特性，在較高工程力的作用下則可能表現(xiàn)為軟巖的大變形特性。2.3.2 軟巖的基本力學(xué)屬性軟巖有兩個基本力學(xué)屬性：軟化臨界荷載和軟化臨界深度，它揭示了軟巖的相對性實質(zhì)。軟巖的蠕變實驗表明，當(dāng)施加的荷載小于某一荷載水平時，巖石處于穩(wěn)定變形狀態(tài)，蠕變曲線趨于某一變形值，隨時間延伸而不再變化；當(dāng)所施加的荷載大于某一荷載水平時，巖石呈明顯的塑性變形加速現(xiàn)象，即產(chǎn)生不穩(wěn)定變形。這一荷載

24、稱為軟巖的軟化臨界荷載，亦即能使巖石產(chǎn)生明顯變形的最小荷載。當(dāng)巖石種類一定時，其軟化臨界荷載是客觀存在的。當(dāng)巖石所受荷載水平低于軟化臨界荷載時，該巖石屬于硬巖范疇；當(dāng)巖石所受的荷載水平高于該巖石的軟化臨界荷載時，該巖石表現(xiàn)出軟巖的大變形特性，此時的巖石被視為軟巖。與軟化臨界荷載相對應(yīng)，存在著軟化臨界深度。對特定的區(qū)域，軟化臨界深度也是一個客觀量。當(dāng)隧道位置大于某一開挖深度時，圍巖產(chǎn)生明顯的塑性大變形、大地壓和難支護(hù)；但當(dāng)隧道位置較淺，即小于某一深度時，大地壓現(xiàn)象明顯消失。這一臨界深度稱為巖石的軟化臨界深度，軟化臨界深度的地應(yīng)力水平相當(dāng)于軟化臨界荷載，兩者之間的關(guān)系可以互相推求，其公式為： (2

25、.4)式中：為軟化臨界深度(m)；為軟化臨界荷載(MPa)；j=1為構(gòu)造殘余應(yīng)力；j=2為膨脹應(yīng)力；j=3為動荷載附加應(yīng)力；為上覆巖層第i巖層容重(t/m3)；為上覆巖層總厚度(m)；為上覆巖層第i巖層厚度(m)；N 為上覆巖層層數(shù)。軟化臨界荷載與軟化臨界深度是相對應(yīng)的，可以相互推求，只要確定了一個就可以求出另一個，確定的方法有蠕變實驗法、經(jīng)驗公式法和現(xiàn)場觀察法。 在實驗中，通過巖石蠕變力學(xué)實驗測定出各巖石的長期強度，此值大致相當(dāng)于軟化臨界荷載。 也可以通過經(jīng)驗公式法來確定軟化臨界荷載，計算公式為： (2.5)式中：為巖石單軸抗壓強度(MPa)；K為經(jīng)驗系數(shù)，一般情況下取0.50.7。 在現(xiàn)場

26、的調(diào)查中，圍巖開始產(chǎn)生顯著變形的埋深即巖石的軟化臨界深度。2.3.3 F7斷層巖性的分類烏鞘嶺隧道穿越F7斷層時，埋深約為400m，隧道開挖半徑為5.885m，預(yù)留變形量為20cm。假定上覆巖層為均勻的，考慮可能存在的垂直構(gòu)造應(yīng)力，圍巖綜合容重取為=27KN/m3，算得自重應(yīng)力為10.8 MPa，水平側(cè)壓力系數(shù)取，圍巖單軸抗壓強度為=3MPa。根據(jù)鐵路隧道設(shè)計規(guī)范(TB10003-2001)附錄表A.2.2-3關(guān)于初始地應(yīng)力的評估，當(dāng)，屬于極高應(yīng)力軟巖，巖芯常有餅化，開挖過程中位移極為顯著，甚至發(fā)生大變形，持續(xù)時間長，不易成洞。在施工的過程中，水平收斂值、拱頂下沉值超出預(yù)留變形量許多，初期支護(hù)

27、受到很大壓力，也就證明了把烏鞘嶺隧道F7斷層巖性定性為工程軟巖是比較合適的。第四節(jié) 施工工藝討論2.4.1 長臺階法在F7斷層中的采用為加快施工速度，烏鞘嶺隧道F7斷層前期的施工工藝選擇了長臺階法，以便留出較大的工作空間，詳細(xì)布置見圖2-1。圖2-1 長臺階施工工藝上圖尺寸根據(jù)動態(tài)設(shè)計文件要求確定，均以厘米為單位。級圍巖地段第一臺階和第二臺階開挖采用半斷面長臺階施工，臺階長度不超過40m，上臺階預(yù)留核心土；第二臺階開挖時，為保證施工安全，采用“中部拉槽，兩側(cè)跳槽開挖落底”的方案，每次開挖長度不超過3.0m，裝碴模式為WA320裝載機配合自卸汽車進(jìn)行；第三臺階一次開挖至仰拱位置，鋼支撐及時緊跟，

28、以形成封閉受力環(huán)。為減少工序之間的相互干擾，第三臺階同第二臺階的長度為20m，裝碴采用PC200挖掘機配合自卸汽車并搭設(shè)12.0m長的棧橋進(jìn)行施工。長臺階支護(hù)設(shè)計參數(shù)為：全斷面初噴砼厚20cm；拱墻設(shè)22系統(tǒng)錨桿（或R32N邁式錨桿），長度L=4.06.0m，間距0.8×0.8m；拱墻設(shè)8鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格間距25×25cm；全斷面架設(shè)3榀/2m的I16型鋼鋼架。開挖施工前首先沿拱部開挖輪廓線外10cm打設(shè)R32N邁式錨桿或42mm的小導(dǎo)管進(jìn)行預(yù)支護(hù)對圍巖進(jìn)行加固；二次襯砌采用50cm厚的C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。F7斷層在YDK177+690附近進(jìn)入了斷層的核心地段，掌子面施工至Y

29、DK177+440左右時，平均水平收斂累計達(dá)到40cm，最大水平收斂超過60cm，平均收斂速度為24mm/d。二襯無法按規(guī)范規(guī)定施作，部分地段初期支護(hù)變形侵限，且有初噴混凝土開裂、剝落，局部鋼支撐剪斷，需拆換重作，在拆換前后10m范圍內(nèi)變形加劇。為控制變形進(jìn)一步擴(kuò)大，拆換時采用了架設(shè)卡口梁及護(hù)拱等措施，但架設(shè)的臨時支撐由于變形過大也發(fā)生了嚴(yán)重彎曲和斷裂現(xiàn)象，使施工進(jìn)展受阻，結(jié)構(gòu)安全度得不到保證。被迫停止掌子面的施工，大變形段處理近3個月時間?，F(xiàn)場發(fā)生的一切證明了長臺階法在處理軟弱圍巖時是不合適的，通過多方面的論證，最終采用了如下敘述的短臺階法并且加強了原設(shè)計參數(shù)。2.4.2 短臺階法在F7斷層

30、中的采用軟弱圍巖開挖應(yīng)當(dāng)貫徹“短進(jìn)尺、弱爆破、強支護(hù)、早成環(huán)、勤量測、襯砌緊跟”的原則，短臺階法就具有上述的特點，圖2-2是短臺階法在F7斷層中的應(yīng)用（包括鋼支撐 的編號）。圖2-2 短臺階施工工藝及鋼支撐的布置在上圖中，所有尺寸都以厘米為單位，隧道開挖直徑為11.77m。上臺階開挖每次進(jìn)尺為2m，上臺階長度為4m；下臺階長度為16m，每次向前推進(jìn)2m，采用弱爆破或機械直接挖掘的方式；為盡快實現(xiàn)初期支護(hù)成環(huán)的目的，仰拱距離上臺階面不超過20m，每次開挖為2m；初期支護(hù)成環(huán)后，準(zhǔn)備施作二次襯砌，二次襯砌一次施作8m，前面有一組綁扎鋼筋，再前面有一組掛防水板，距離仰拱開挖面不超過30m。短臺階法支

31、護(hù)設(shè)計參數(shù)為：全斷面初噴砼厚25cm，預(yù)留15cm補強；拱墻設(shè)22系統(tǒng)錨桿（或R32N邁式錨桿），長度L=4.08.0m，間距0.8×0.8m；拱墻設(shè)8鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格間距20×20cm；全斷面架設(shè)2榀/1m的I20型鋼鋼架。開挖施工前首先沿拱部開挖輪廓線外10cm打設(shè)4m長的R32N邁式錨桿或42mm小導(dǎo)管進(jìn)行預(yù)支護(hù)對圍巖進(jìn)行加固；二次襯砌采用80cm厚的C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。新奧法的理念主要是充分發(fā)揮圍巖的自承能力，二次襯砌要求在圍巖變形穩(wěn)定后施作，主要的作用是做安全儲備。所以根據(jù)新奧法結(jié)合我國實際制定的鐵路隧道設(shè)計規(guī)范(TB10003-2001)、鐵路隧道施工規(guī)范(TB1

32、0204-2002)要求二次襯砌施作時，變形速率不大于0.2mm/d。但上述施工工藝的基本概念與新奧法的理論并不矛盾，在工程軟巖的條件下，不能無限制的任其圍巖變形，加強型支護(hù)是確保圍巖自承能力正常發(fā)揮的一個重要因素。短臺階施工方法在實踐中證明是可行的，能夠解決工程軟巖的施工困難和工期矛盾，在本文的施工模擬數(shù)值計算中，全過程跟蹤該施工工藝對圍巖和結(jié)構(gòu)的影響。24practitioner examination practitioner certificate. Third stage: laboratory continues to rotate clinical laboratory test

33、ing, clinical chemistry, Clinical Immunology tests, Clinical Hematology laboratory, clinical microbiology testing, inspection and emergency blood transfusion test 7 Professional. (2) rounds and the third stage of consultation Web twice a week to attend medical . To know: 1. automatic biochemical Analyzer calibration, operation and maintenance. 2. different biochemical detection of analyzers for test and evaluation. 3. the core collection, preservation and processing of all kinds of biological specimens. (E) professional master of Clinical Immunology test: 1. Clinical Immunology-