高地应力软岩地下工程挤压大变形灾害的支护设计与控制研究

随着我国交通、水利和能源等基础设施建设的发展，穿越高地应力地区且工程地质环境恶劣的长大隧道不断涌现，为我国地下工程建设带来新的机遇和挑战。中国科学院武汉岩土力学研究所研究员陈卫忠带领的课题组自2008年以来，在12项国家基础研究、10项科技攻关和数十项重大工程等项目资助下，形成高地应力软岩地下工程挤压大变形灾害的支护设计理论和控制技术。主要创新成果如下：

（1）揭示了高地应力软岩地下工程挤压大变形破坏机理。建立了高地应力软岩损伤-渐进破坏全过程非线性蠕变和松弛模型；利用自行研制的光纤光栅应变砖，实现了软岩地下工程开挖、支护过程中围岩扰动区内应力场的动态监测；建立了能反映软岩地下工程开挖扰动区围岩流变损伤演化规律的大变形预估模型；揭示了地下工程支护特性曲线随挤压变形和时间的演化规律。

（2）提出了以高压缩垫块、可缩型U型钢和泡沫混凝土缓冲层为吸能单元的地下工程大变形控制方法。研制轻质、低弹、高延性的泡沫混凝土缓冲材料，建立U型钢卡缆力学模型。揭示了卡缆预紧力、摩擦系数对U型钢可压缩支架支护特性的影响规律，提出了高压缩垫块、可缩型U型钢和缓冲层的协调变形机理与组合支护控制技术。

（3）形成了挤压大变形TBM隧道卡机预测与脱困技术。揭示了TBM掘进和停机检修全过程围岩松弛效应导致的时效变形规律，提出了TBM卡机预测模型、扩挖量与停机时间的动态调整方法，建立了TBM卡机分级系统，提出了以超前预加固、化学灌浆、TBM扩挖等为手段的成套脱困技术，在国内外首次设计并成功实施了轻、重管片组合支护技术。

项目研究成果在沪昆高新疆恰甫其海综合水利枢纽达坂TBM隧洞、青海引大济湟调水总干渠TBM隧道、兖州煤业股份有限公司东滩煤矿软岩巷道、铁岗乌隧道、兰新铁路第二双线甘青段大梁隧道、宜巴高速峡口隧道等工程中得到了应用，产生了显著的经济效益和社会效益。目前正在陕西引红济石调水工程引水隧洞、巴基斯坦N-J水电站等高地应力软岩地下工程中推广应用。

研究成果已在该领域期刊发表SCI论文64篇，EI收录论文242篇，获2016年湖北省科技进步一等奖。

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