0前 言

以千枚巖、泥巖和板巖為代表的巖體是一種典型的工程軟巖，其巖質軟弱，可直接用手掰斷，完整性極差，遇水后呈泥狀。在軟巖地段進行隧洞開挖極易發生軟巖大變形，并引發生拱架扭曲、噴混凝土開裂、圍巖收斂不穩定等嚴重的工程現象，嚴重情況下甚至發生塌方事故，給隧洞施工帶來了很大困難。

根據國內外工程調研與查新，尚未有埋深大于1 500 m遇到軟巖隧道工程案例。根據新奧法理念施工，如不及時處理大變形的問題，將大大增加隧洞建設成本，嚴重影響施工安全及工期。

本專題采用掃描電鏡、能譜儀、X射線衍射儀、膨脹性實驗、三軸壓縮等先進實驗方法探討了軟巖的物理化學特點，并通過三軸壓縮實驗獲得了軟巖的力學特性，最后歸納統計了深埋軟巖洞段圍巖的工程現象，為后面隧洞開挖及支護措施的優化研究提供了極其重要的參考數據。實踐證明，基于該研究成果的開挖和支護措施優化是合理的，并能為今后類似工程提供借鑒。

1工程概況

研究依托某水電站深埋引水隧洞施工，該隧洞位于四川省涼山彝族自治州木里、鹽源、冕寧三縣交界處的雅礱江干流錦屏大河灣上，該河谷呈典型的“V”形斷面，兩岸山坡陡峭。除東、西雅礱江兩岸及局部溝谷外，整個隧洞沿線地形起伏，高程均在3 000 m以上，最高山峰達4 125 m,由白山組大理巖組成地形主分水嶺。該主分水嶺兩側地形不對稱，東側寬而西側窄； 山麓和沖溝內多見崩坍堆積物及倒石堆，在溝口形成沖積錐。山高、谷深、坡陡，是工程區地形地貌的基本特點。

隧洞沿線上覆巖體一般埋深1 500 ~ 2 000 m,最大埋深約為2 525 m,其中埋深大于1 500 m的洞段長度占全洞長的75. 2% ~ 76. 4%,鉆爆法施工的洞段開挖直徑13 ~ 14. 6 m,具有埋深大、洞線長、洞徑大的特點，為超深埋特長大斷面隧洞工程。采用鉆爆法開挖，四心圓馬蹄形斷面（ 見圖1） ,隧洞開挖直徑13. 0~14. 6 m.掌子面分上下兩層開挖，上層先開挖8. 5~9. 3 m,然后完成下層4. 5~5. 3 m開挖。隧洞采用全斷面鋼筋混凝土襯砌結構，混凝土襯砌后洞徑11. 8m,襯砌最小厚度50 cm.襯砌施工為先底拱，后邊頂拱澆筑，縱向水平施工縫設置于底拱起拱線以上30 cm處。

該隧洞綠泥石片巖出露洞段的地層主要為三迭系下統（T1,以綠砂巖、綠泥石片巖等為主，夾雜大理巖）、三迭系中統雜谷腦組（T2z,以大理巖為主，夾雜綠砂巖、砂板巖等） ,各地層巖性具體出露情況如下。

1. 1三迭系下統（T1）

該地層由綠砂巖、綠泥石片巖、綠砂巖與灰白色或淺肉紅色大理巖組成，呈互層狀。單層厚度在20~ 60 cm,其中綠泥石片巖的各向異性明顯。產狀變化較大，以SN~ N20°EW/NW∠75° ~ 85°為主，該地層構成落水洞背斜的核部。該套地層巖性復雜，巖相變化較大，根據其巖性變化特征，大致可分為四個亞層（T11、T21、T31、T41）。

1. 2三迭系中統雜谷腦組（T2Z） 大理巖

該組巖性復雜，巖相變化較大，主要為一套碳酸鹽巖地層，分布在引水隧洞上游，與下伏地層呈整合接觸關系。其下部為白~淺肉紅色巨厚層狀白云質大理巖，間夾有較多灰綠色綠泥石、絹云母片巖條帶或透鏡體； 上部為灰白色~深灰色中細晶大理巖，中厚層狀，少量薄層狀，夾少量綠砂巖透鏡體或灰黑色砂板巖團塊。巖層產狀一般為N40° ~ 70°ENW∠60° ~ 80°，至洞樁號1 200~ 1 700 m段受褶皺影響，產狀與洞向夾角較小，變為NWW ~ NEE向，傾角亦變緩（ 約40° ~70°）。

1. 3 T1地層及綠泥石片巖洞段分布

根據前期隧洞開挖揭露的地質情況，該地層地質條件復雜，巖性變化頻繁，揭露的巖石主要有綠砂巖、綠砂巖大理巖互層、綠泥石片巖大理巖互層、綠泥石片巖等，其中綠泥石片巖巖體質量相對較差，以Ⅳ類圍巖為主，但純綠泥石片巖洞段較短，約40 m左右，其余大部分洞段巖體以Ⅱ、Ⅲ類圍巖為主。引水隧洞地質剖面見圖2.

2軟巖隧洞施工及存在的問題

綠泥質軟巖地層中引水隧洞采用臺階法施工，鉆爆法開挖，超前支護，結合短進尺，臺階法開挖，弱爆破； 錨桿采用三臂液壓臺車成孔，機械配合人工安裝、拱架現場預制，人工安裝； 監測項目主要有施工期收斂變形監測、多點位移計、錨桿應力計、拱架應力計等，物探項目主要有圍巖松動圈檢測、灌漿加固質量檢測、支護質量檢測等。

地層綠泥石片巖洞段施工期間，由于受高地應力及綠泥石片巖自身性質的影響，綠泥石片巖洞段隧洞出現圍巖持續變形、支護結構損壞等情況（ 見圖3）。

隧洞掘進至洞（1）1+759 m和洞（2）1+643 m時發生了塌方，單次坍方方量約為500~1 000 m3（ 見圖4）。

根據工程實際需要和現場施工現狀，綠泥質地層洞段隧洞施工存在如下工程問題。

1） 由于極高地應力的影響和綠泥石片巖低強度的特性，加上設計預留變形量不夠、支護措施不足及支護不及時，導致了揭露T1地層的大部分洞段圍巖產生持續變形，出現了“縮徑”并侵占襯砌凈空的情況。

2） 為了確保洞室安全，防止“縮徑”的發生，需采用合理的圍巖預留變形空間，確定合理的開挖斷面尺寸以保證一定程度的變形不會侵占設計襯砌斷面。

3） 圍巖強度低，且遇水呈泥狀，在高地應力條件下使掌子面變得不穩定，易發生塌方事故，需采用合理的超前支護措施及參數保證掌子面的穩定及施工安全。

4） 超大斷面隧洞的開挖方法對施工措施及工期有較大影響，合理的開挖方式及參數是隧洞施工安全及工期的有利保證。

5） 采用上下臺階法施工時，在上斷面圍巖變形基本收斂的情況下，需要論證下臥前上臺階洞室圍巖的加固方案和下臥開挖方案，以避免下臥時對上部圍巖及支護結構的穩定造成不利影響。