高地应力千枚岩隧道大变形机理及控制技术研究

Based on the high ground pressure phyllite tunnel of ChengDu-LanZhou railway, the problem of surrounding rock large deformation of tunnel is focused in this study, according to laboratory experiments and field test methods firstly, analyze the phyllite rock of material composition, strength properties, physical properties of water and deformation characteristics deeply, revealing the correlation between phyllite engineering properties and large deformation of tunnel surrounding rock.Through theoretical analysis, numerical calculation and displacement back analysis method, research phyllite tunnel under high in-situ stress condition mechanism of large deformation, and further by analyzing the deformation law of surrounding rock, the large deformation of the classification methods and standards are put forward. On this basis, using theoretical analysis method, should establish high phyllite tunnel long anchor, scalable steel, concrete filled steel tube and the analysis model of multiple support, study the mechanism and the effect of all kinds of support, and further verified by field test. Finally, put forward the different level of large deformation of phyllite tunnel support system, reasonable construction occasion of steps method of excavation process and secondary lining,select typical section to verify field test and analyze all kinds of supporting system of adaptation. Technical support is provided by the research for control of the large deformation of the high geostress phyllite tunnel.

以成都到兰州铁路线高地应力千枚岩隧道为依托工程，针对隧道围岩大变形问题，首先采用室内实验及现场测试方法，深入分析千枚岩的物质组成、强度性质、水理性质及变形特性，揭示千枚岩工程特性与隧道围岩大变形的相关性。通过理论分析、数值计算及位移反分析方法，研究高地应力条件下千枚岩隧道大变形机理，并进一步通过分析围岩变形的规律，提出大变形的分级方法及标准。在此基础上，采用理论分析方法，建立高地应千枚岩隧道长锚杆、可伸缩钢架、钢管混凝土及多重支护的分析模型，研究各种支护的作用机理及效果，并进一步通过现场测试加以验证。最后，提出不同大变形级别的千枚岩隧道支护体系，台阶法开挖工艺及二次衬砌合理施做时机，并选取典型断面进行现场实测验证，分析各种支护体系的适应性。研究成果为控制高地应力千枚岩隧道的大变形提供技术支撑。

针对隧道围岩大变形问题，以成都到兰州铁路高地应力千枚岩隧道为依托工程，首先采用室内实验方法，深入分析千枚岩的物质组成、强度性质、水理性质及变形特性，进而采用现场监测及理论分析方法，对高地应力千枚岩隧道围岩变形规律进行了研究，进而揭示千枚岩工程特性与隧道围岩大变形的相关性。通过理论分析、数值计算、现场测试等方法，研究高地应力条件下千枚岩隧道大变形机理，并进一步通过分析围岩变形的规律，提出大变形的分级方法及标准。在此基础上，采用理论分析方法，建立高地应千枚岩隧道长、短组合锚杆、可伸缩钢架、钢管混凝土及多重支护的分析模型，研究各种支护的作用机理及效果，并进一步通过现场测试加以验证。最后，提出不同大变形级别的千枚岩隧道支护体系，台阶法开挖工艺及二次衬砌合理施做时机，并选取典型断面进行现场实测验证，分析各种支护体系的适应性。其主要成果包括：（1）获得了川西北地区典型千枚岩工程特性，并结合千枚岩隧道围岩变形规律，建立了变形特征与千枚岩基本性质的相关性。（2）揭示了千枚岩隧道围岩破坏机制和大变形机理，并建立了大变形分级方法和标准。（3）揭示了长、短锚杆、钢管混凝土及多重支护作用机理，提出了大变形隧道锚杆选型、拱架选型及参数。（4）提出了软岩隧道变形控制基准和二次衬砌施作时机，建立了不同大变形等级的隧道支护体系。项目研究成果不仅有助于揭示高地应力千枚岩隧道大变形机理，而且直接应用于成兰铁路千枚岩隧道，并可以为在建及拟建的众多国家重大项目（如川藏铁路等）中的高地应力软岩隧道工程设计及施工提供参考，同时研究成果具有较高的学术价值和社会价值。