0前 言
以千枚岩、泥岩和板岩为代表的岩体是一种典型的工程软岩，其岩质软弱，可直接用手掰断，完整性极差，遇水后呈泥状。在软岩地段进行隧洞开挖极易发生软岩大变形，并引发生拱架扭曲、喷混凝土开裂、围岩收敛不稳定等严重的工程现象，严重情况下甚至发生塌方事故，给隧洞施工带来了很大困难。
根据国内外工程调研与查新，尚未有埋深大于1 500 m遇到软岩隧道工程案例。根据新奥法理念施工，如不及时处理大变形的问题，将大大增加隧洞建设成本，严重影响施工安全及工期。
本专题采用扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪、膨胀性实验、三轴压缩等先进实验方法探讨了软岩的物理化学特点，并通过三轴压缩实验获得了软岩的力学特性，最后归纳统计了深埋软岩洞段围岩的工程现象，为后面隧洞开挖及支护措施的优化研究提供了极其重要的参考数据。实践证明，基于该研究成果的开挖和支护措施优化是合理的，并能为今后类似工程提供借鉴。
1工程概况
研究依托某水电站深埋引水隧洞施工，该隧洞位于四川省凉山彝族自治州木里、盐源、冕宁三县交界处的雅砻江干流锦屏大河湾上，该河谷呈典型的“V”形断面，两岸山坡陡峭。除东、西雅砻江两岸及局部沟谷外，整个隧洞沿线地形起伏，高程均在3 000 m以上，最高山峰达4 125 m,由白山组大理岩组成地形主分水岭。该主分水岭两侧地形不对称，东侧宽而西侧窄； 山麓和冲沟内多见崩坍堆积物及倒石堆，在沟口形成冲积锥。山高、谷深、坡陡，是工程区地形地貌的基本特点。
隧洞沿线上覆岩体一般埋深1 500 ~ 2 000 m,最大埋深约为2 525 m,其中埋深大于1 500 m的洞段长度占全洞长的75. 2% ~ 76. 4%,钻爆法施工的洞段开挖直径13 ~ 14. 6 m,具有埋深大、洞线长、洞径大的特点，为超深埋特长大断面隧洞工程。采用钻爆法开挖，四心圆马蹄形断面（ 见图1） ,隧洞开挖直径13. 0~14. 6 m.掌子面分上下两层开挖，上层先开挖8. 5~9. 3 m,然后完成下层4. 5~5. 3 m开挖。隧洞采用全断面钢筋混凝土衬砌结构，混凝土衬砌后洞径11. 8m,衬砌最小厚度50 cm.衬砌施工为先底拱，后边顶拱浇筑，纵向水平施工缝设置于底拱起拱线以上30 cm处。
该隧洞绿泥石片岩出露洞段的地层主要为三迭系下统（T1,以绿砂岩、绿泥石片岩等为主，夹杂大理岩）、三迭系中统杂谷脑组（T2z,以大理岩为主，夹杂绿砂岩、砂板岩等） ,各地层岩性具体出露情况如下。
1. 1三迭系下统（T1）
该地层由绿砂岩、绿泥石片岩、绿砂岩与灰白色或浅肉红色大理岩组成，呈互层状。单层厚度在20~ 60 cm,其中绿泥石片岩的各向异性明显。产状变化较大，以SN~ N20°EW/NW∠75° ~ 85°为主，该地层构成落水洞背斜的核部。该套地层岩性复杂，岩相变化较大，根据其岩性变化特征，大致可分为四个亚层（T11、T21、T31、T41）。
1. 2三迭系中统杂谷脑组（T2Z） 大理岩
该组岩性复杂，岩相变化较大，主要为一套碳酸盐岩地层，分布在引水隧洞上游，与下伏地层呈整合接触关系。其下部为白~浅肉红色巨厚层状白云质大理岩，间夹有较多灰绿色绿泥石、绢云母片岩条带或透镜体； 上部为灰白色~深灰色中细晶大理岩，中厚层状，少量薄层状，夹少量绿砂岩透镜体或灰黑色砂板岩团块。岩层产状一般为N40° ~ 70°ENW∠60° ~ 80°，至洞桩号1 200~ 1 700 m段受褶皱影响，产状与洞向夹角较小，变为NWW ~ NEE向，倾角亦变缓（ 约40° ~70°）。
1. 3 T1地层及绿泥石片岩洞段分布
根据前期隧洞开挖揭露的地质情况，该地层地质条件复杂，岩性变化频繁，揭露的岩石主要有绿砂岩、绿砂岩大理岩互层、绿泥石片岩大理岩互层、绿泥石片岩等，其中绿泥石片岩岩体质量相对较差，以Ⅳ类围岩为主，但纯绿泥石片岩洞段较短，约40 m左右，其余大部分洞段岩体以Ⅱ、Ⅲ类围岩为主。引水隧洞地质剖面见图2.
2软岩隧洞施工及存在的问题
绿泥质软岩地层中引水隧洞采用台阶法施工，钻爆法开挖，超前支护，结合短进尺，台阶法开挖，弱爆破； 锚杆采用三臂液压台车成孔，机械配合人工安装、拱架现场预制，人工安装； 监测项目主要有施工期收敛变形监测、多点位移计、锚杆应力计、拱架应力计等，物探项目主要有围岩松动圈检测、灌浆加固质量检测、支护质量检测等。
地层绿泥石片岩洞段施工期间，由于受高地应力及绿泥石片岩自身性质的影响，绿泥石片岩洞段隧洞出现围岩持续变形、支护结构损坏等情况（ 见图3）。
隧洞掘进至洞（1）1+759 m和洞（2）1+643 m时发生了塌方，单次坍方方量约为500~1 000 m3（ 见图4）。
根据工程实际需要和现场施工现状，绿泥质地层洞段隧洞施工存在如下工程问题。
1） 由于极高地应力的影响和绿泥石片岩低强度的特性，加上设计预留变形量不够、支护措施不足及支护不及时，导致了揭露T1地层的大部分洞段围岩产生持续变形，出现了“缩径”并侵占衬砌净空的情况。
2） 为了确保洞室安全，防止“缩径”的发生，需采用合理的围岩预留变形空间，确定合理的开挖断面尺寸以保证一定程度的变形不会侵占设计衬砌断面。
3） 围岩强度低，且遇水呈泥状，在高地应力条件下使掌子面变得不稳定，易发生塌方事故，需采用合理的超前支护措施及参数保证掌子面的稳定及施工安全。
4） 超大断面隧洞的开挖方法对施工措施及工期有较大影响，合理的开挖方式及参数是隧洞施工安全及工期的有利保证。
5） 采用上下台阶法施工时，在上断面围岩变形基本收敛的情况下，需要论证下卧前上台阶洞室围岩的加固方案和下卧开挖方案，以避免下卧时对上部围岩及支护结构的稳定造成不利影响。
