大埋深高地應(yīng)力硬巖TBM隧洞圍巖破裂變形規(guī)律研究*

王智陽 王浩杰 張曉平

(①陜西省引漢濟(jì)渭工程建設(shè)有限公司，西安 710011，中國(guó))(②武漢大學(xué)土木建筑工程學(xué)院，巖土與結(jié)構(gòu)工程安全湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430072，中國(guó))(③武漢大學(xué)水資源與水電工程科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430072，中國(guó))

0 引 言

進(jìn)入21世紀(jì)以來，在國(guó)家“深海、深地、深空”3大戰(zhàn)略的指導(dǎo)下，我國(guó)的隧道工程逐漸朝著“超大埋深、特長(zhǎng)距離”等困難領(lǐng)域進(jìn)軍(何滿朝等，2005；錢七虎等，2008；陳鏡丞，2014；唐少輝等，2021)。一系列世界知名的“大埋深、高地應(yīng)力”隧道工程逐步投入建設(shè)：如錦屏二級(jí)水電站隧洞群(吳世勇等，2008)(最大埋深2525m，最大地應(yīng)力70MPa)、某隧道群(最大埋深2080m，最大水平地應(yīng)力47.7MPa(格聶山隧道)，最大垂直地應(yīng)力66MPa(拉月隧道))、引漢濟(jì)渭引水隧洞(杜小洲，2020；王志強(qiáng)等，2020)(最大埋深2012m，最大地應(yīng)力60MPa)、新疆ABH引水隧洞(最大埋深2260m)等重大工程。大埋深、高地應(yīng)力使得巖體處于復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)，如閃長(zhǎng)巖、大理巖等硬脆性巖體開挖破壞時(shí)結(jié)構(gòu)面的作用顯著降低，巖體主要響應(yīng)由變形轉(zhuǎn)化為破裂(劉寧等，2020)，進(jìn)而表現(xiàn)出片幫、潰屈、板裂、巖爆等現(xiàn)象，引發(fā)隧道塌落、TBM卡機(jī)、鋼拱架屈服斷裂等工程事故，這極大增加了工程時(shí)間與經(jīng)濟(jì)成本，也給施工人員及施工機(jī)械安全帶來極大威脅。

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)就大埋深高地應(yīng)力硬巖隧洞圍巖破壞模式及變形機(jī)理展開了大量研究。吳文平等(2011)基于錦屏二級(jí)水電站隧洞群實(shí)際情況將深埋硬巖圍巖破壞模式分為3個(gè)大類、9種典型模式，并對(duì)其發(fā)生機(jī)制、形態(tài)特征、支護(hù)策略進(jìn)行了總結(jié)。劉寧等(2020)對(duì)錦屏二級(jí)水電站隧道群圍巖破裂特征進(jìn)行總結(jié)，將高地應(yīng)力深埋硬脆圍巖破裂分為“片幫、應(yīng)力節(jié)理、應(yīng)力破損”3種類型，并結(jié)合變形、應(yīng)力監(jiān)測(cè)及聲波測(cè)試結(jié)果開展數(shù)值模擬，論證破裂是深埋硬巖開挖主要響應(yīng)形式。賴天文等(2020)、常剛等(2021)針對(duì)深埋硬巖組合隧道開挖過程中的圍巖損傷進(jìn)行模擬分析，獲得了不同硬巖組合開挖時(shí)圍巖二次應(yīng)力場(chǎng)分布特征、圍巖變形特點(diǎn)及破壞模式。李曉靜(2007)、周輝等(2015)對(duì)板裂的形成機(jī)制及影響因素進(jìn)行了系統(tǒng)性的分析與總結(jié)，并對(duì)巖爆與板裂的關(guān)系進(jìn)行了揭示。谷明成等(2002)對(duì)秦嶺隧道巖爆的表現(xiàn)特征、內(nèi)在機(jī)理及形成過程進(jìn)行了較為詳盡的總結(jié)。成曉峰(2019)對(duì)深埋硬巖隧道圍巖破壞機(jī)制進(jìn)行了揭示，認(rèn)為材料破壞與失穩(wěn)破壞均是圍巖破壞必不可少的組成部分。

結(jié)合大埋深高地應(yīng)力條件下圍巖破裂變形機(jī)理，國(guó)內(nèi)外學(xué)者結(jié)合實(shí)際工程對(duì)圍巖變形規(guī)律及支護(hù)措施展開了大量的研究與分析。郭波前(2017)結(jié)合工程監(jiān)測(cè)結(jié)果，分析了極高地應(yīng)力隧道圍巖開挖變形機(jī)理及變形規(guī)律。李守剛(2015)、陳秀義(2017)對(duì)關(guān)山隧道大埋深高地應(yīng)力區(qū)間硬質(zhì)碎裂圍巖大變形展開研究，獲取了圍巖變形規(guī)律及應(yīng)力分布規(guī)律，揭示了圍巖變形破壞特征與機(jī)理，并提出相應(yīng)圍巖大變形綜合防控理論。汪波等(2018)系統(tǒng)總結(jié)了我國(guó)高地應(yīng)力隧道巖爆、大變形的支護(hù)措施及技術(shù)特點(diǎn)。李元海等(2021)利用模型試驗(yàn)，對(duì)深部復(fù)合地層開挖圍巖受力特征、變形機(jī)理及規(guī)律、支護(hù)-圍巖相互作用進(jìn)行了研究總結(jié)。陳國(guó)慶等(2008)對(duì)硬巖脆性破壞能量釋放過程進(jìn)行分析，從支護(hù)及掘進(jìn)施工兩方面提出巖爆預(yù)防措施及圍巖支護(hù)體系。劉杰等(2019)圍繞引水隧洞不同洞形及開挖間距時(shí)圍巖變形進(jìn)行模擬，得到了最優(yōu)洞形、相鄰隧洞的極限安全距離及最佳支護(hù)時(shí)機(jī)。趙星光等(2010)根據(jù)加拿大Minc-by試驗(yàn)隧道數(shù)據(jù)結(jié)合數(shù)值模擬，分析了圍巖剪脹對(duì)隧道脆性破壞深度、范圍及圍巖破壞形式的影響進(jìn)行分析。然而，目前關(guān)于高地應(yīng)力硬巖變形現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)研究集中表現(xiàn)在埋深1000m以內(nèi)的工程，對(duì)于大埋深硬巖地層圍巖變形規(guī)律大多通過數(shù)值模擬或模型試驗(yàn)的方法取得，且內(nèi)容多是針對(duì)巖爆控制措施研究，尚欠缺大埋深高地應(yīng)力地層圍巖變形規(guī)律及機(jī)理研究。

圖1 隧洞縱剖面示意圖Fig.1 Longitudinal section of tunnel

從目前國(guó)內(nèi)外研究而言，對(duì)于大埋深高地應(yīng)力圍巖破裂特征研究主要集中于巖爆與板裂兩個(gè)方面，對(duì)于圍巖靜態(tài)脆性破壞規(guī)律及機(jī)理、圍巖變形規(guī)律及支護(hù)措施的研究尚有所不足。因此，本文以引漢濟(jì)渭引水隧洞嶺北段K45+534.70～K45+701.92區(qū)間為背景，對(duì)典型高地應(yīng)力完整硬巖破裂特征及變形規(guī)律進(jìn)行系統(tǒng)性分析，并結(jié)合巖爆孕育過程及產(chǎn)生機(jī)理對(duì)圍巖變形機(jī)理進(jìn)行了討論，并提出具有針對(duì)性的高地應(yīng)力深埋硬巖地層圍巖支護(hù)措施，為后續(xù)高地應(yīng)力深埋硬巖隧道圍巖破裂變形機(jī)理研究及相似地層TBM隧洞安全高效掘進(jìn)施工提供了借鑒和參考。

1 工程概況

本文研究區(qū)間為嶺北段K45+534.70～K45+701.92區(qū)間，隧洞埋深約1200m，K46+190樁號(hào)處地應(yīng)力測(cè)試結(jié)果顯示：區(qū)間以水平主應(yīng)力為主(34.34～63.80MPa)，鉛直應(yīng)力為49.66MPa，最大主應(yīng)力為64.05MPa。對(duì)樁號(hào)K45+585位置圍巖進(jìn)行取樣并開展物理力學(xué)試驗(yàn)，結(jié)果顯示，區(qū)間隧洞圍巖為變余黑云角閃二長(zhǎng)花崗巖，干燥強(qiáng)度為158.97MPa(巖石力學(xué)參數(shù)如表 1所示)，巖體完整性系數(shù)為0.65～0.90，屬于完整-極完整塊狀結(jié)構(gòu)，節(jié)理裂隙不發(fā)育，為Ⅱ類圍巖。但開挖后巖體破碎嚴(yán)重，為應(yīng)對(duì)高地應(yīng)力條件下產(chǎn)生的巖爆、圍巖大變形事故，隧道采用了“鋼拱架+鋼筋網(wǎng)+錨桿+噴射混凝土”的Ⅳ類圍巖支護(hù)體系(表 2)。

表 1 圍巖物理力學(xué)參數(shù)Table1 Physical and mechanical parameters of surrounding rock

表 2 隧洞初期支護(hù)參數(shù)Table2 Initial supporting parameters of tunnel

2 完整硬質(zhì)圍巖破裂特征

在高地應(yīng)力條件下，圍巖內(nèi)部積聚了大量的彈性應(yīng)變能。隧洞在開挖過程中，圍巖將由三向應(yīng)力狀態(tài)迅速轉(zhuǎn)變?yōu)槎驊?yīng)力狀態(tài)，圍巖內(nèi)部微裂隙不斷發(fā)展、貫通，最終表現(xiàn)為規(guī)律性的圍巖脆性破壞。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)觀察、分析及總結(jié)，本區(qū)間圍巖主要表現(xiàn)為巖爆破壞及靜態(tài)脆性破壞兩類，而隨裂縫發(fā)育模式的不同靜態(tài)脆性破壞又表現(xiàn)為板裂、潰屈與片幫3種形式(表 3)，圍巖破裂形態(tài)如圖2。

表 3 隧洞圍巖破裂模式統(tǒng)計(jì)Table3 Summarization of failure mode of collapse cavities

圖2 圍巖破裂形態(tài)圖Fig.2 Diagram of fracture morphology of surrounding rock

2.1 巖 爆

隧洞開挖后，圍巖由三向應(yīng)力狀態(tài)變?yōu)槎驊?yīng)力狀態(tài)，在圍巖內(nèi)部切向應(yīng)力作用下，巖體內(nèi)切向微裂隙、微節(jié)理不斷擴(kuò)展、貫通，將圍巖劈裂為平行于洞壁方向的板狀結(jié)構(gòu)。隨著巖體內(nèi)裂縫不斷發(fā)育及板間裂隙逐漸增加，部分薄層巖板發(fā)生斷裂形成巖塊，并在應(yīng)變能作用下彈射出去，即產(chǎn)生巖爆現(xiàn)象。

巖爆主要發(fā)生在高地應(yīng)力硬巖地層中，巖爆強(qiáng)度與巖體完整性、脆性及地應(yīng)力大小有關(guān)。當(dāng)出現(xiàn)層狀交錯(cuò)節(jié)理時(shí)常因?qū)娱g應(yīng)力較小而出現(xiàn)較強(qiáng)巖爆，且?guī)r體脆性越大、地應(yīng)力越大，發(fā)生大規(guī)模巖爆的可能性也顯著增加。本區(qū)間為典型的完整硬質(zhì)圍巖地層，巖爆等級(jí)多為中等。巖爆常發(fā)生在掌子面1.5倍洞徑范圍以內(nèi)，且出現(xiàn)于拱頂及左、右拱肩處。爆坑多呈現(xiàn)U型或Ⅴ型，塌腔內(nèi)巖體呈現(xiàn)層狀或洋蔥狀結(jié)構(gòu)，層厚差異較大，為5～70cm，爆坑尺寸多大于1×1.5m(部分可達(dá)4.5～5m)，深度為0.65～1.2m。

2.2 靜態(tài)脆性破壞

與巖爆有所不同，圍巖靜態(tài)脆性破壞時(shí)圍巖能量釋放較為緩慢，巖塊無彈射現(xiàn)象。本區(qū)間圍巖靜態(tài)脆性破壞主要包括片幫、潰屈及板裂3種形式。

片幫、潰屈及板裂3種破壞模式較為相似，完整巖體在切向應(yīng)力作用下發(fā)生劈裂，呈現(xiàn)不同厚度的板狀結(jié)構(gòu)，巖板厚度和其與洞壁的距離有關(guān)。受洞壁邊界效應(yīng)影響，若裂隙沿較小夾角以張性破裂形式發(fā)展、連通，進(jìn)而形成中間厚、邊緣薄的片狀結(jié)構(gòu)，并在自重作用下脫離巖體掉落，則表現(xiàn)為片幫破壞。若劈裂成板后裂隙沿與切向應(yīng)力斜交方向發(fā)展，發(fā)生剪切破壞，形成兩側(cè)厚度近似相等的塊狀結(jié)構(gòu)，或者圍巖劈裂成板后在切向應(yīng)力作用下裂隙不斷張開，巖板因撓屈而發(fā)生折斷，形成斷面平直的板狀結(jié)構(gòu)，則稱之為潰屈破壞。若巖板距洞壁較遠(yuǎn)，微觀裂隙無法進(jìn)一步發(fā)展將巖板分割成片狀或塊狀，且?guī)r板厚度較大，無法因撓屈而發(fā)生斷裂，因而表現(xiàn)為與巖體相連的厚板狀結(jié)構(gòu)，即板裂破壞。

本區(qū)間圍巖整體呈現(xiàn)洋蔥狀剝落現(xiàn)象，且3種形式沿隧洞圍巖呈現(xiàn)沿由表層到深層、由拱頂?shù)焦把?guī)律分布，呈現(xiàn)“片-塊-體”的過渡(圖2)。片幫剝落常出現(xiàn)在隧洞拱頂及拱肩處圍巖表層，片幫剝落巖塊表現(xiàn)多為中間厚邊緣薄，尺寸多為10cm×5cm以內(nèi)，厚度一般小于3cm。巖石潰屈主要集中出現(xiàn)在拱頂及拱肩圍巖的表層及淺層中，多表現(xiàn)為板狀或巖塊狀，潰屈形成的巖石薄板厚度一般為3～5cm，而巖塊尺寸多為(20～40)cm×(10～20)cm(部分可達(dá)90cm×35cm)。潰屈破壞主要受到地應(yīng)力大小及方向影響，本區(qū)間板狀潰屈巖體與隧洞呈現(xiàn)約37°夾角的洋蔥層狀剝落(表 2)。巖石板裂主要發(fā)生在圍巖及爆坑深處，位置集中在拱肩及拱腰處，結(jié)果呈現(xiàn)為厚層狀結(jié)構(gòu)(一般為>5cm，部分可達(dá)15～20cm)，巖板方向近似與洞壁平行，巖板間存在較為明顯的張開裂隙。值得注意的是，塌腔內(nèi)部完整巖體表面與片幫剝落巖體表面相似，均會(huì)呈現(xiàn)魚鱗層狀結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)巖層極薄(多<1cm)且質(zhì)脆，用手觸摸即會(huì)掉落巖屑。

圖3 監(jiān)測(cè)點(diǎn)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.3 Structure diagram of monitoring point

3 圍巖變形規(guī)律

3.1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)

為了監(jiān)測(cè)隧洞圍巖及支護(hù)體系的穩(wěn)定狀態(tài)，及時(shí)修正支護(hù)參數(shù)，確定支護(hù)施作時(shí)機(jī)，同時(shí)對(duì)TBM掘進(jìn)施工參數(shù)進(jìn)行修正，引漢濟(jì)渭隧洞施工人員對(duì)各階段圍巖及支護(hù)變形情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。為準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)到圍巖變形，監(jiān)測(cè)前需要施作監(jiān)測(cè)點(diǎn)。監(jiān)測(cè)點(diǎn)采用φ22mm螺紋鋼筋，端部焊接直徑為6mm的閉合三角形狀鋼筋掛鉤(圖3)，鋼筋埋入圍巖深度應(yīng)大于20cm，如果圍巖破損松軟，應(yīng)適當(dāng)增加埋入深度。根據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，拱頂沉降變形(H點(diǎn))平均每5m設(shè)置一個(gè)斷面，由于K46+140處出現(xiàn)大變形卡機(jī)現(xiàn)象，拱頂沉降極值達(dá)31.6cm，因此對(duì)K45+600～K46+500區(qū)間每20m距離設(shè)置斷面對(duì)拱肩變形進(jìn)行加密監(jiān)測(cè)(A、B點(diǎn))，拱頂沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)A、B、H相對(duì)位置如圖4所示。

圖4 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置示意圖Fig.4 Layout diagram of deformation monitoring points

3.2 變形監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

選取里程K45+701.92～K45+638.50區(qū)間中的4個(gè)斷面(間隔約20m)拱肩沉降變形及K45+585.9～K45+534.7區(qū)間中的10個(gè)斷面(間隔約5m)拱頂沉降作為典型斷面進(jìn)行隧洞變形分析，拱肩沉降及拱頂沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖5及圖6所示，規(guī)定拱頂、拱肩沉降為正。圍巖脫離洞尾鋼拱架架設(shè)完成后開始進(jìn)行讀測(cè)，其變形存在著諸多規(guī)律。

圖5 加密段拱肩沉降時(shí)程曲線圖Fig.5 Settlement time curve of infill shouldera.K45+701.92；b.K45+681.48;c.K45+669.74;d.K45+638.50

圖6 拱頂沉降時(shí)程曲線圖Fig.6 Vault settlement time history curvea.H點(diǎn)累計(jì)變形；b.H點(diǎn)變形速度

3.2.1 拱肩沉降變形

(3)70～400h，圍巖處于緩慢變形時(shí)期，圍巖變形速率穩(wěn)定下降，最終趨近于0。此階段產(chǎn)生的累計(jì)變形可占總變形量的20%～40%，該時(shí)段圍巖應(yīng)力逐步穩(wěn)定，殘余應(yīng)力導(dǎo)致巖板進(jìn)一步碎裂成巖塊或小塊巖板，巖塊間相互作用、調(diào)和，最終在圍巖表面形成碎裂錯(cuò)落的巖塊或小尺寸巖板(圖2c)，發(fā)生殘余碎脹變形。

表 4 隧洞圍巖變形破裂特征與支護(hù)調(diào)控策略Table4 Deformation and fracture characteristics of tunnel surrounding rock and support control strategy

3.2.2 拱頂沉降變形

3.2.3 拱頂異常變形分析

在K45+585.9～K45+534.7區(qū)間中拱頂變形監(jiān)測(cè)結(jié)果中，有幾個(gè)斷面呈現(xiàn)出顯著不同：如圖7所示的K45+585.9、K45+579.8、K45+551.3 3個(gè)斷面，在初次開挖穩(wěn)定后出現(xiàn)了二次(三次)加速變形，二次加速出現(xiàn)時(shí)間較為隨機(jī)，但多位于60h后(緩慢變形時(shí)期)，如K45+585.9斷面二次加速變形峰值出現(xiàn)在盾尾脫出后250h后。

圖7 拱頂異常沉降時(shí)程曲線圖Fig.7 Abnormal settlement time history curve of the vaulta.K45+585.9;b.K45+579.8;c.K45+551.3

高地應(yīng)力、大埋深硬巖隧道開挖后，裂縫在圍巖積聚彈性能作用下不斷發(fā)展、延伸，巖石發(fā)生張剪破壞，圍巖經(jīng)歷了“碎裂成板、碎裂成塊”的過程，因而圍巖主要包括幾個(gè)方面：圍巖彈性變形、張開裂隙導(dǎo)致巖板撓曲及彎折變形、巖板剪脹變形、巖板碎裂成塊產(chǎn)生的碎脹變形。結(jié)合二次變形、三次變形發(fā)生時(shí)間及圍巖破裂變形機(jī)理分析，第一次變形與上述急速變形階段相同，主要發(fā)生張開裂隙、巖板剪脹變形、部分巖板撓屈及彎折變形。而二次變形出現(xiàn)時(shí)間隨機(jī)，變形速率、變形值占比均小于第一次變形，極值持續(xù)時(shí)間短但變形持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，因而第二次變形主要為巖板撓曲彎折變形及巖塊碎脹變形。兩次變形時(shí)間間隔與圍巖條件、地應(yīng)力分布條件有關(guān)，通常情況下兩次變形會(huì)相繼發(fā)生，變形速度曲線即表現(xiàn)為“單峰為主，不斷波動(dòng)”形式，而某些情況下(如中層巖板較厚，彎折所需能量較大，隨片幫及潰屈不斷發(fā)展，巖板所受巖塊荷載增大，在某時(shí)間突然斷裂，導(dǎo)致變形速度短時(shí)間急劇增大，而后續(xù)巖塊長(zhǎng)時(shí)間相互作用，發(fā)生碎脹變形)巖體即會(huì)表現(xiàn)出多次加速變形的特點(diǎn)。

為研究初次變形與二次變形(三次變形及后續(xù)變形忽略不計(jì))的區(qū)別，對(duì)兩次變形過程(如出現(xiàn)三次或更多波峰，因峰值相較于前兩次峰較小，故不再進(jìn)行統(tǒng)計(jì))中的變形極值、持續(xù)時(shí)間、達(dá)到峰值時(shí)間及每次變形對(duì)總變形量的貢獻(xiàn)占比進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表 5所示，其中持續(xù)時(shí)長(zhǎng)取將初次或二次變形波峰包括從波峰上升到波峰下降的整個(gè)時(shí)間段，貢獻(xiàn)占比指某次變形量與總變形量的比值，而變形對(duì)比指的是二次變形與初次變形的對(duì)比。

由表 5可知，K45+585.9～K45+534.7區(qū)間中的10個(gè)斷面拱頂平均沉降變形12.82mm，初次變形速度極值大多出現(xiàn)在盾尾脫出后約7～12h，而持續(xù)時(shí)長(zhǎng)約35～40h，初次變形階段可以完成拱頂約35%～40%的變形。因此，盾尾圍巖脫出盾體后0～35h是圍巖應(yīng)力二次重分布的主要時(shí)間，且在7～12h即會(huì)達(dá)到變形峰值，因此在盾尾圍巖脫出后7h內(nèi)初期支護(hù)應(yīng)當(dāng)完成并且達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度。二次變形大多在盾尾脫出后60～70h達(dá)到峰值，持續(xù)時(shí)長(zhǎng)約80h，二次變形階段可以完成拱頂約35%～45%的變形。因此，較之于二次變形，初次變形具有變形速度快、持續(xù)時(shí)間短的特性，說明開挖后圍巖應(yīng)力二次重分布、裂隙在應(yīng)力作用下發(fā)生擴(kuò)展連通發(fā)生張性破壞形成巖板是一個(gè)迅速的過程，而巖板彎曲斷裂成巖塊、巖塊間相互擠壓發(fā)生碎脹變形達(dá)到平衡狀態(tài)的過程較為漫長(zhǎng)。結(jié)合兩次變形進(jìn)行對(duì)比分析及圍巖正常變形階段特征及機(jī)理，可以發(fā)現(xiàn)巖板撓曲及圍巖碎脹造成的變形量略大于由于張開裂隙及巖板剪脹造成的變形量，設(shè)計(jì)支護(hù)方案時(shí)可以將兩者進(jìn)行綜合考慮，綜合考慮初次變形即時(shí)性急速變形威脅的同時(shí)積極采取支護(hù)調(diào)控策略對(duì)二次變形進(jìn)行治理(表 4)，防止由于圍巖變形過大而造成TBM卡機(jī)、鋼拱架屈服等事故。

4 結(jié)論與展望

本文基于引漢濟(jì)渭TBM引水隧洞嶺北段K45+534.70～K45+701.92區(qū)間，對(duì)高地應(yīng)力整體塊狀硬巖圍巖破壞模式、破壞機(jī)理進(jìn)行了分析研究，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)區(qū)間圍巖變形模式、變形特征、變形機(jī)理及支護(hù)調(diào)控策略進(jìn)行探討，得到了如下結(jié)論：

(1)大埋深高地應(yīng)力硬巖在切向應(yīng)力作用下發(fā)生以劈裂破壞為主的張剪破壞，經(jīng)歷“劈裂成板-碎裂成塊-巖塊彈射”3個(gè)階段。巖體破裂整體呈現(xiàn)“洋蔥狀”剝落，根據(jù)破裂特征及發(fā)生機(jī)理不同可劃分為巖爆及靜態(tài)脆性破壞(片幫、潰屈及板裂)。

(2)隧洞圍巖變形大致可以劃分為3個(gè)階段，即急劇變形時(shí)期、快速變形時(shí)期和緩慢變形時(shí)期。前兩階段可占總變形量的60%～80%。受地應(yīng)力條件影響，圍巖可能出現(xiàn)二次甚至三次加速變形，初次加速主要由張開裂隙、巖板剪脹及部分巖板撓屈彎折引起，發(fā)生速度快、持續(xù)時(shí)間短；二次加速主要由巖板撓屈彎折及巖塊碎脹引起，變形速度小但持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。

表 5 拱頂沉降特征統(tǒng)計(jì)表Table5 Statistical table of vault settlement characteristics

(4)圍巖變形特征與破裂機(jī)制密切相關(guān)，變形速度張開裂隙及巖板剪脹引發(fā)變形>巖板撓屈及碎脹引發(fā)變形，變形量值兩種相近。針對(duì)兩種變形特征與變形機(jī)制，提出以吸能性元件(NPR錨桿)、鋼筋掛網(wǎng)支護(hù)及噴射混凝土層為核心的圍巖變形支護(hù)方案及其支護(hù)時(shí)機(jī)。