绿泥石片岩属典型的工程软岩，在深埋高应力环境下显示出典型的软岩变形特征，同深埋条件下硬岩隧洞所产生的岩爆、应力松弛等剧烈的开挖响应不同，软岩隧洞开挖的应力、应变响应相对缓和，历时更长，主要面临的工程问题有：隧洞塌方、围岩的塑性大变形、水对岩体强度和变形特征的影响、围岩的长期流变变形以及有压引水隧洞的衬砌结构及防渗设计等。
引水隧洞绿泥石片岩洞段隧洞支护及结构设计思想是以隧洞围岩为承载主体，隧洞的结构稳定性主要依靠围岩的“自承”能力，钢拱架与喷锚支护、高压固结灌浆等对围岩稳定起辅助加固作用，最终实施的隧洞钢筋混凝土衬砌和初期钢拱架喷锚支护体系形成复合式衬砌结构，与围岩联合承载共同确保引水隧洞在深埋条件下的结构安全。具体设计过程中，隧洞的开挖支护、衬砌结构及防渗设计始终围绕着“围岩围压、岩体特性、水、时间”等要素以及探求其相互之间对立统一关系的最佳结合点这一主线来进行工程问题的处理对策研究。
4.1 围岩变形程度评价及控制标准
隧洞开挖以后围岩能够保持自稳的变形量与岩体性质、岩体初始地应力水平、开挖尺寸等几个方面的因素有关，图3为根据E.Hoek对于围岩变形程度的评判标准结合锦屏二级引水隧洞的实际情况所拟定的围岩变形等级判断标准。可以看出绿泥石片岩在所有Ⅲ类围岩中表现出典型的变形特征，Ⅳ类围岩的变形特征表现地更为明显。现场实测绿泥石片岩Ⅳ类围岩多数断面支护后的最大变形为0.3～0.5 m，围岩变形率（变形量同隧洞半径之比）为4%～7%，局部变形超过1 m，大部分洞段属严重挤压变形和中等挤压变形，局部为极其严重挤压变形。经过历时超过1年以上的应力调整，隧洞围岩变形渐趋稳定，但锚杆等支护结构均处于较高的应力状态。考虑到监测实施的滞后以及支护结构提供表层围压对岩体强度的提高作用，分析判断可能是低估了绿泥石片岩自身的自稳能力，围岩本身的性质没有恶劣到变形稳定性无法控制的程度，因此将绿泥石片岩Ⅳ类围岩的变形率控制标准定为4%，隧洞所需支护工作量和代价也可以为工程所接受。
图3 锦屏二级引水隧洞围岩变形等级判断示意图
4.2 开挖方式
一般而言，大直径隧洞均采用分部开挖的方式，深埋条件下软岩隧洞因其岩体的特殊性和所处的复杂的应力环境，隧洞分部开挖的方式方法对围岩稳定起着重要的影响。
绿泥石片岩洞段隧洞开挖直径14.3m，呈四心马蹄形断面，根据一般施工经验，采用钻爆法分部开挖，上台阶开挖高度8.5m，下台阶5.8 m，可以达到最优的施工效率。上台阶开挖过程中围岩发生持续变形，局部洞段发生大规模塌方，经系统加固和处理，围岩变形稳定，变形速率小于0.2mm/d后方能开始下台阶开挖。
综合隧洞上台阶开挖后所显示的围岩变形为北侧拱肩、南侧底脚变形破坏的总体特征，宏观上判断隧洞断面上最大主应力为缓倾NE方向。下台阶落底开挖通过现场左右分幅、先中间落底再两边落底、全断面落底开挖方式的试验比较，综合考虑各方面因素，最终选择了全断面一次落底、短进尺的落底方式，落底开挖每循环进尺控制在0.5～1m。落底前在上断面两拱脚各布置一排锚筋桩，锚筋桩长9m，间距1m。落底后每3～5m及时进行系统支护。
4.3 支护对策
秉承绿泥石片岩洞段隧洞围岩为承载主体的设计理念，隧洞支护设计充分把握围岩承载体系中“水、围岩性质、围压和时间”等因素的相互关系，同时充分利用锦屏地下工程实践中所采用的支护新工艺、新材料成果，拟定隧洞支护对策和措施，主要内容如下：
（1）控制围岩内围压的丧失，限制围岩的变形，充分考虑隧洞开挖的掌子面效应，采用超前小导管、超前锚杆等进行超前支护，掌子面喷射CF30硅粉钢纤维混凝土封闭，并采用玻璃纤维锚杆加固。
（2）恢复一定的围压，限制围岩变形。隧洞开挖后及时进行表面封闭，实施全断面喷CF30硅粉钢纤维混凝土+挂网+锚杆+钢拱架的系统喷锚支护体系，锚杆长度6～9m，强调支护的及时性、系统性，要求拱架、锚杆、挂网间进行合理连接，形成内外联合的承载系统，对隧洞断面拱肩、拱架等重点变形破坏部位实施预应力锚索（杆）等的重点加强。
（3）严格限制施工用水的无序排放，地下水出露部位进行堵水灌浆，防止水对岩体性质的劣化影响。
（4）对于围岩长期强度的衰减和变形增长，同样需要加固围岩、增强表面支护，长期监测预警，及时进行加固处理，控制流变变形。(www.xing528.com)
（5）充分发挥围岩的自承载作用，在不使围岩发生有害变形的前提下，容许围岩发生一定的变形，根据围岩变形的监测与反馈灵活把握刚性支护及衬砌结构的施工时机，达到支护结构经济合理、安全可靠。
绿泥石片岩洞段典型支护见图4。
图4 绿泥石片岩洞段典型支护图
4.4 塌方处理
绿泥石片岩塌方洞段采用超前管棚循环支护、洞周塌腔体回填置换、塌方体灌浆固结后开挖的方式进行处理，管棚长度20～50m，间距0.3～0.4m，深入隧洞掌子面前方稳定岩体内，通过管棚注浆稳固前方围岩。塌方洞段通过强力支护强行通过后，在隧洞落底开挖前对隧洞洞周潜在空腔及松散岩体进行系统地裸岩充填固结灌浆。
4.5 围岩变形侵空处理
为确保隧洞过流净空断面，保证隧洞承载结构安全和施工期隧洞安全，减少电站运行的水头损失与发电效益的长期损失，绿泥石片岩围岩变形导致的断面“缩径”问题采用二次机械扩挖方式处理。扩挖断面的尺寸充分考虑扩挖处理以及底板下挖过程中洞室围岩的变形影响，预留足够的变形空间，扩挖后按等强度支护原则恢复原系统支护，对于底板下挖过程中上部洞室可能产生破坏或应力情况比较复杂的部位应作专门的加固处理。
4.6 衬砌结构及防渗设计
软岩的变形一般经历加速变形、减速变形、平稳变形三个阶段，在高应力环境下流变特征明显，力学参数随时间不断变化，绿泥石片岩长期强度为瞬时强度的15%～29%，长期强度的降低将导致围岩承载能力的弱化，支护结构压力会不断增大，隧洞衬砌主要承担流变变形所产生的形变压力，同时，刚性的混凝土衬砌提供围岩表层较高的围压状态，增强了围岩的自承载能力。此外，水的存在使得绿泥石片岩的岩性急剧恶化，衬砌设计时充分考虑了衬砌材料的抗渗性能。
绿泥石片岩洞段隧洞衬砌结构设计考虑自重、内水压力、承担的围岩流变变形产生的形变压力、外水压力等外荷载以及结构承载、构造要求，衬砌材料采用C90 30 W8混凝土，掺加0.9～1.2kg/m3的聚乙烯醇纤维（PVA），限制混凝土初期温度裂缝。衬砌按照限裂设计配置双层钢筋，环向受力钢筋
32@16.7cm，纵向分布钢筋
25@25cm。衬砌厚度1.2～1.5 m，为防止软岩隧洞的底臌破坏，隧洞底板衬砌厚度加厚至2.5m。隧洞混凝土衬砌浇筑段之间设施工缝，缝内设置止水铜片严格防渗。
绿泥石片岩洞段隧洞防渗设计采用混凝土衬砌和隧洞围岩联合防渗的方式，通过采用高抗渗性的混凝土材料以及围岩的系统灌浆加固提高围岩的整体性、抗渗性和抗变形能力，降低隧洞运行期间内水外渗对围岩的劣化影响。绿泥石片岩洞段隧洞围岩加固灌浆包括裸岩固结灌浆、水泥固结灌浆和细水泥灌浆，分部、分阶段实施。
（1）裸岩固结灌浆。在隧洞混凝土衬砌施工前实施，对塌方洞段、应力坍塌洞段洞周围岩进行系统灌浆，充填洞周塌腔、潜在空腔以及卸荷松弛裂隙，恢复围岩的完整性。裸岩固结灌浆范围为隧洞上半断面洞周12m，灌浆压力1.0～1.5 MPa。
（2）水泥固结灌浆。在混凝土衬砌施工后实施，通过高压固结灌浆对隧洞承载范围内的岩体进行全断面系统加固，达到提高围岩整体性、抗渗性和抗变形能力的目的。水泥固结灌浆范围为洞周0～9m，灌浆压力3.0～6.0 MPa。
（3）细水泥灌浆。细水泥灌浆是在水泥灌浆基础上，对岩体内的隐性裂隙和局部脱空死角进行补充加固，达到进一步提高围岩承载、防渗能力和耐久性的目的。细水泥灌浆范围为洞周0～4m，灌浆压力2.0～3.0 MPa。
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