二、研究现状

自英国于1826年起在蒸汽机车牵引的铁路上开始修建长770m的泰勒山单线隧道和长2474m的维多利亚双线隧道以来，英、美、法等国相继修建了大量铁路隧道。中国于1887年～1889年在台湾省台北至基隆窄轨铁路上修建的狮球岭隧道，是中国的第一座铁路隧道，长261m。此后，又在京汉、中东、正太等铁路修建了一些隧道。京张铁路关沟段修建的4座隧道，是用中国自己技术力量修建的第一批铁路隧道。经历了120多年艰辛曲折的发展历程，我国隧道建设从20世纪80年代突飞猛进，在勘察设计、施工、运营、科研等方面取得了许多重大成就和创新。在喀斯特地貌、高原冻土、煤层瓦斯区、膨胀岩等复杂地质环境隧道修建技术方面积累了宝贵的经验。

在软岩隧道修建方面，国内外学者从理论上对软岩隧道围岩特性、变形机理、地质灾害预警、超前地质预报、围岩应力分布规律等开展研究工作。陈建平等分析了变质软岩变形破坏的特征，并依托实际工程研究了软岩的塑性流动变形、偏压、物化膨胀、流变、应力扩容等变形破坏机理，提出了提高围岩整体性、加强围岩的强度和刚度、增加体外支撑、加强监控量测等减避围岩变形的措施。刘富成等从地质调查、室内试验、监控量测等方面，采用X射线粉晶衍射矿物成分分析、物理力学试验、现场测量等手段，分析了通省隧道变质软岩的变形破坏特征，重点研究了变质软岩变形破坏的孕灾环境及灾变因子，并通过AHP层次分析法确定了各灾变因子的权重，并提出占权重最大的是地质及岩体力学性质因子，次之为水文地质因子和施工因子。李苍松等明确提出高水压的概念，建立了隧道衬砌水压力计算的概念模型，研究成果为高压富水隧道设计提供了理论依据。王国栋从技术和环保的角度，提出了在施工中对地下水处理的定性与定量标准、预测预报方法、高承压水的注浆设计和程序。杨会军等针对渗流水以静储存或者动储存为主的两种情况，分别采用以排为主和以堵为主的两种处治方式。李皓晖等以十堰至房县高速公路武当群片岩隧道中典型地下水渗漏区段为主要研究对象，从灾害段地下水渗漏特征、围岩的水理性、地下水的物理力学作用等方面阐述了变质软岩隧道施工中地下水渗漏的影响，并提出地下水的物理化学作用，能促使变质片岩软化、泥化、崩解、膨胀，使片岩强度和完整性降低，甚至失去自承能力；地下水产生的水压力亦能破坏围岩，增大围岩与支护所受荷载，给施工安全带来隐患。

Sung等在新奥法原理的基础上，研究了软弱岩体中隧道开挖的最佳支护设计。何满潮针对软岩提出了最佳支护时间和最佳支护时间段的概念，并提出判别最佳支护时间（段）就是鳞、片状剥落出现的时间。程尚、罗学东、陈建平等适当提前施作二次衬砌的时间来承担部分因初期支护不足而产生的荷载，很好地控制了软岩的过度变形。张社荣、梁礼绘、张玉军、刘谊平、陈军等运用数值模拟的手段，对二次衬砌合理支护时机的确定进行了研究。马明等以十（堰）房（县）高速公路软弱变质片岩隧道通省隧道为例，针对软弱片岩隧道围岩累计变形量、变形速率较大，变形基本呈现不收敛趋势的特点，结合现场监测围岩所表现出的蠕变特性，采用改进的Burgers黏弹塑性蠕变模型进行隧道衬砌结构受力分析，并在此基础上确定二次衬砌合理施作时机及变形速率指标，为二次衬砌适时及时施作提供了一定的理论依据。

在工程实例方面，国内外属于典型的软岩围岩挤压变形的隧道有陶恩（Tauern）隧道（奥地利）、阿尔贝格（Arlberg）隧道（奥地利）、惠那山（Enasan）隧道（日本）、家竹箐隧道（中国）、木栅隧道（中国）、乌鞘岭隧道（中国）等。相关技术指标见表1-1。

表1-1　国内外典型挤压性围岩隧道

续上表

续上表

我国是世界上隧道及地下工程规模最大、数量最多、地质条件和结构形式最复杂、修建技术发展速度最快的国家，技术水平与建设成就已走在世界前列。挤压性围岩变形隧道，由于其变形量较大，且具有突发性特点，施工风险极大，国内外工程技术人员、研究学者做了大量的试验、研究工作。但依然存在诸多亟待解决的问题：对围岩大变形的定义分级尚不明确；复杂地形、水文环境下的变质片岩变形规律有待进一步深化研究，大变形地段大断面深竖井施工工艺技术普遍采用的依然是20世纪50年代兴起的全断面钻爆法施工，有待进一步改进和优化。为此，以十房高速公路通省隧道为依托工程，开展了挤压性隧道大变形防治、施工环境改善、竖井节能快速施工等方面的研究工作。