二、研究現狀

自英國于1826年起在蒸汽機車牽引的鐵路上開始修建長770m的泰勒山單線隧道和長2474m的維多利亞雙線隧道以來，英、美、法等國相繼修建了大量鐵路隧道。中國于1887年～1889年在臺灣省臺北至基隆窄軌鐵路上修建的獅球嶺隧道，是中國的第一座鐵路隧道，長261m。此后，又在京漢、中東、正太等鐵路修建了一些隧道。京張鐵路關溝段修建的4座隧道，是用中國自己技術力量修建的第一批鐵路隧道。經歷了120多年艱辛曲折的發展歷程，我國隧道建設從20世紀80年代突飛猛進，在勘察設計、施工、運營、科研等方面取得了許多重大成就和創新。在喀斯特地貌、高原凍土、煤層瓦斯區、膨脹巖等復雜地質環境隧道修建技術方面積累了寶貴的經驗。

在軟巖隧道修建方面，國內外學者從理論上對軟巖隧道圍巖特性、變形機理、地質災害預警、超前地質預報、圍巖應力分布規律等開展研究工作。陳建平等分析了變質軟巖變形破壞的特征，并依托實際工程研究了軟巖的塑性流動變形、偏壓、物化膨脹、流變、應力擴容等變形破壞機理，提出了提高圍巖整體性、加強圍巖的強度和剛度、增加體外支撐、加強監控量測等減避圍巖變形的措施。劉富成等從地質調查、室內試驗、監控量測等方面，采用X射線粉晶衍射礦物成分分析、物理力學試驗、現場測量等手段，分析了通省隧道變質軟巖的變形破壞特征，重點研究了變質軟巖變形破壞的孕災環境及災變因子，并通過AHP層次分析法確定了各災變因子的權重，并提出占權重最大的是地質及巖體力學性質因子，次之為水文地質因子和施工因子。李蒼松等明確提出高水壓的概念，建立了隧道襯砌水壓力計算的概念模型，研究成果為高壓富水隧道設計提供了理論依據。王國棟從技術和環保的角度，提出了在施工中對地下水處理的定性與定量標準、預測預報方法、高承壓水的注漿設計和程序。楊會軍等針對滲流水以靜儲存或者動儲存為主的兩種情況，分別采用以排為主和以堵為主的兩種處治方式。李皓暉等以十堰至房縣高速公路武當群片巖隧道中典型地下水滲漏區段為主要研究對象，從災害段地下水滲漏特征、圍巖的水理性、地下水的物理力學作用等方面闡述了變質軟巖隧道施工中地下水滲漏的影響，并提出地下水的物理化學作用，能促使變質片巖軟化、泥化、崩解、膨脹，使片巖強度和完整性降低，甚至失去自承能力；地下水產生的水壓力亦能破壞圍巖，增大圍巖與支護所受荷載，給施工安全帶來隱患。

Sung等在新奧法原理的基礎上，研究了軟弱巖體中隧道開挖的最佳支護設計。何滿潮針對軟巖提出了最佳支護時間和最佳支護時間段的概念，并提出判別最佳支護時間（段）就是鱗、片狀剝落出現的時間。程尚、羅學東、陳建平等適當提前施作二次襯砌的時間來承擔部分因初期支護不足而產生的荷載，很好地控制了軟巖的過度變形。張社榮、梁禮繪、張玉軍、劉誼平、陳軍等運用數值模擬的手段，對二次襯砌合理支護時機的確定進行了研究。馬明等以十（堰）房（縣）高速公路軟弱變質片巖隧道通省隧道為例，針對軟弱片巖隧道圍巖累計變形量、變形速率較大，變形基本呈現不收斂趨勢的特點，結合現場監測圍巖所表現出的蠕變特性，采用改進的Burgers黏彈塑性蠕變模型進行隧道襯砌結構受力分析，并在此基礎上確定二次襯砌合理施作時機及變形速率指標，為二次襯砌適時及時施作提供了一定的理論依據。

在工程實例方面，國內外屬于典型的軟巖圍巖擠壓變形的隧道有陶恩（Tauern）隧道（奧地利）、阿爾貝格（Arlberg）隧道（奧地利）、惠那山（Enasan）隧道（日本）、家竹箐隧道（中國）、木柵隧道（中國）、烏鞘嶺隧道（中國）等。相關技術指標見表1-1。

表1-1　國內外典型擠壓性圍巖隧道

續上表

續上表

我國是世界上隧道及地下工程規模最大、數量最多、地質條件和結構形式最復雜、修建技術發展速度最快的國家，技術水平與建設成就已走在世界前列。擠壓性圍巖變形隧道，由于其變形量較大，且具有突發性特點，施工風險極大，國內外工程技術人員、研究學者做了大量的試驗、研究工作。但依然存在諸多亟待解決的問題：對圍巖大變形的定義分級尚不明確；復雜地形、水文環境下的變質片巖變形規律有待進一步深化研究，大變形地段大斷面深豎井施工工藝技術普遍采用的依然是20世紀50年代興起的全斷面鉆爆法施工，有待進一步改進和優化。為此，以十房高速公路通省隧道為依托工程，開展了擠壓性隧道大變形防治、施工環境改善、豎井節能快速施工等方面的研究工作。