淺談復(fù)合式襯砌支護(hù)在隧道工程中的應(yīng)用

趙建秋，段海松

中鐵隧道集團(tuán)二處有限公司，河北三河 065201

淺談復(fù)合式襯砌支護(hù)在隧道工程中的應(yīng)用

趙建秋，段海松

中鐵隧道集團(tuán)二處有限公司，河北三河 065201

隧道工程在施工過程中的風(fēng)險(xiǎn)性非常大，如果發(fā)生事故將會(huì)導(dǎo)致非常嚴(yán)重的后果，造成重大的損失，所以采取合理的支護(hù)方式對(duì)隧道工程進(jìn)行支護(hù)，對(duì)隧道的安全直觀重要。

隧道；支護(hù)；安全

1 概述

近年來，隨著我國高等級(jí)公路的發(fā)展，公路隧道的建設(shè)規(guī)模越來越大。到2001年底，全國公路通車總里程為169.8萬km，居世界第4位。據(jù)普查結(jié)果，全國共有公路隧道1 781處，計(jì)710 km，其中，特長隧道達(dá)l8處，計(jì)66 km。這些隧道在降低交通事故發(fā)生率、縮短行程、提高車速、保護(hù)環(huán)境諸方面都發(fā)揮了積極作用，取得了良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。但是，我們還必須清醒地認(rèn)識(shí)到，同國外一些經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家(尤其是北歐和日本)相比，我國在公路隧道支護(hù)方面還存在著較大的差距。隨著我過經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，各種基礎(chǔ)設(shè)施也在以前所未有的速度建設(shè)著，為了改善多山地區(qū)的經(jīng)濟(jì)常常需要修筑鐵路、公路，這樣不可避免的會(huì)穿越大山，由此隧道工程也應(yīng)運(yùn)而生了。眾所周知，隧道施工風(fēng)險(xiǎn)非常大，如果對(duì)隧道工程的加固處理不當(dāng)，極易引發(fā)惡性事故，對(duì)此，多數(shù)隧道施工單位都得到了隧道施工安全的教訓(xùn)，深感隧道施工安全控制責(zé)任之重，在隧道施工初期就對(duì)隧道工程的不良地質(zhì)條件作出合理評(píng)價(jià)，并結(jié)合以往的工程經(jīng)驗(yàn)對(duì)隧道提出合理的支護(hù)措施。隧道圍巖壓力主要由圍巖本身的結(jié)構(gòu)自承力，超前支護(hù)加固層、初期支護(hù)層、最后是仰拱和二襯圍成的拱圈所承載。隧道支護(hù)設(shè)計(jì)是通過計(jì)算圍巖壓力確定支護(hù)參數(shù)的，但施工中往往會(huì)出現(xiàn)：一方面鉆爆控制不好，破壞了巖層，致使圍巖結(jié)構(gòu)承載能力降低；另—方面超前支護(hù)、初期支護(hù)施工少放錨桿、鋼筋、鋼架等材料，施工不規(guī)范，降低了支護(hù)的強(qiáng)度。最終導(dǎo)致支護(hù)不足以承載上部圍巖壓力時(shí)，引發(fā)隧道塌方事故。

2 工程概況及不良地質(zhì)條件

2.1 工程概況

某隧道工程場址地貌單元屬閩東南沿海低山丘陵——濱海平原區(qū)。隧址區(qū)陸域?yàn)轱L(fēng)化剝蝕型微丘地貌，兩岸地勢開闊平坦，主要為殘丘——紅土臺(tái)地，丘頂高程25～40m，丘體多呈橢圓體，坡度和緩。丘間洼地高程一般6～16m，溝、塘較多。濱海局部為全新世沖海積階地，地面高程一般3～6m，略向海邊傾斜。海岸帶為海蝕海岸及堆積海灘地貌，岸線曲折，岸坡以土質(zhì)陡坎為主，坎高8～21m，部分地段坎底基巖裸露。五通岸多為侵蝕海岸，海灘多礁石，西濱岸為堆積海岸，海灘寬闊，灘面被浮泥覆蓋，被辟為海產(chǎn)養(yǎng)殖場。隧址區(qū)海域約4.5km，五通側(cè)水下岸坡稍陡，一般水深21m，最深處26m，海底起伏，多有礁石分布；西濱側(cè)水下岸坡平緩，一般水深15m，海底平坦，漸升至出露。地質(zhì)調(diào)繪和鉆探揭示，勘察場區(qū)地層主要為第四系覆蓋層及燕山期侵入巖兩大類。

2.2 不良地質(zhì)條件

1）水土流失及岸坡坍塌：場區(qū)不良地質(zhì)現(xiàn)象主要是海岸坍塌及紅土臺(tái)地水土流失現(xiàn)象，對(duì)本隧道工程的影響不大。

2） 砂土液化和軟土震陷：場區(qū)范圍內(nèi)普遍沉積了全新世松散砂土及海積軟土，軟土層最厚處可達(dá)11m左右；海底飽和中細(xì)砂及軟土在Ⅶ度地震力作用下可產(chǎn)生液化或震陷現(xiàn)象，但這兩類土體對(duì)暗挖隧道無影響。兩岸丘間洼地局部發(fā)育全新世軟土（淤泥質(zhì)亞粘土或泥炭質(zhì)土），在路塹開挖或路基填土工程中，容易引起變形破壞。

3）深厚全-強(qiáng)風(fēng)化層及風(fēng)化槽：場區(qū)五通岸陸地南半部、西濱岸陸地及西濱側(cè)潮間帶基巖全～強(qiáng)風(fēng)化帶厚度較大；在海域幾條構(gòu)造破碎帶處全-強(qiáng)風(fēng)化帶異常深厚，而形成風(fēng)化深槽。此類全-強(qiáng)風(fēng)化巖體強(qiáng)度低、自穩(wěn)能力差，在極端地質(zhì)條件下，存在發(fā)生滲透破壞的可能，其中全、強(qiáng)風(fēng)化二長巖脈因高嶺土礦物含量較高，具弱膨脹潛勢，其它全、強(qiáng)風(fēng)化巖不具膨脹性，但不排除局部段因高嶺土礦物含量較高而具弱膨脹潛勢。

4）巖體的放射性：經(jīng)孔內(nèi)及巖石樣本的測試并參照國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑材料放射性核素限量》GB6566-2001進(jìn)行評(píng)價(jià)，鉆孔和巖石樣本的測試數(shù)據(jù)均未超過福建省廈門地區(qū)γ輻射照射量率（43.45-217nGy/h），可以初步判定，測試井附近的天然放射性核素在工程規(guī)定的限量范圍內(nèi)。

5）巖爆：地應(yīng)力原位測試在CZK3孔附近進(jìn)行，地應(yīng)力測試方法為水壓致裂法，根據(jù)該鉆孔的鉆孔巖芯情況，在該鉆孔共選擇了10個(gè)測段進(jìn)行測試，成功獲得8個(gè)測段的壓裂資料。成果分析表明：隧道洞深最大水平主應(yīng)力約為3.0MPa，方位為N30W～N45W，即NNW向，屬于低應(yīng)力區(qū)（不足抗壓強(qiáng)度的1/20）。從應(yīng)力角度對(duì)該隧道洞身段進(jìn)行巖爆預(yù)測分析認(rèn)為該隧道在施工期無巖爆現(xiàn)象發(fā)生。

3 復(fù)合襯砌支護(hù)的選擇

3.1 復(fù)合式襯砌初期支護(hù)

對(duì)于Ⅳ～Ⅴ級(jí)圍巖段由鋼拱架、徑向錨桿、鋼筋網(wǎng)及噴射混凝土組成；對(duì)于Ⅰ～Ⅲ級(jí)圍巖段則由徑向錨桿、鋼筋網(wǎng)及噴射混凝土組成。

由于主洞開挖斷面大，而工字鋼具有支護(hù)作用發(fā)揮快，能夠與噴射混凝土層和圍巖共同形成承載結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。對(duì)于巖體自穩(wěn)能力差的軟弱圍巖地段設(shè)置鋼支撐能夠立即控制圍巖的繼續(xù)松弛和變形，對(duì)隧道開挖后的洞體穩(wěn)定有重要意義，因此主洞Ⅳ～Ⅴ級(jí)圍巖段采用工字鋼鋼拱架。對(duì)于服務(wù)隧道，由于其開挖斷面相對(duì)較小，而鋼筋格柵鋼架具有加工容易，安裝方便，材料相對(duì)節(jié)省，且能夠與噴射混凝土緊密結(jié)合的優(yōu)點(diǎn)，有利于控制噴射混凝土的裂縫。因此服務(wù)隧道初期支護(hù)鋼支撐均采用鋼筋格柵鋼架。

每榀工字鋼或格柵鋼架之間用Φ23的鋼筋連接，并與徑向錨桿及鋼筋網(wǎng)焊為一體，與圍巖密貼形成承載結(jié)構(gòu)。

3.2 復(fù)合式襯砌二次襯砌

對(duì)于海底隧道，在Ⅴ、Ⅳ級(jí)圍巖地段，二次襯砌是主要承載結(jié)構(gòu)，由于巖體風(fēng)化嚴(yán)重，節(jié)理發(fā)育、自穩(wěn)時(shí)間較短，二次襯砌按承擔(dān)上部土壓力覆土荷載和地下水靜水壓力計(jì)算，對(duì)于主洞，二次襯砌都需采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；對(duì)于服務(wù)隧道，由于結(jié)構(gòu)斷面相對(duì)較圓順，Ⅴ級(jí)圍巖地段二次襯砌采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，Ⅳ級(jí)圍巖地段二次襯砌采用素混凝土結(jié)構(gòu)即可。

對(duì)于Ⅰ～Ⅲ級(jí)深埋圍巖地段雖然基本位于海域，地下水靜水壓力較大，但該段巖體比較穩(wěn)定，巖石的抗壓強(qiáng)度較高，圍巖自身形成的承載拱的承載能力較大。同時(shí)由于圍巖的彈性抗力較高，在一定程度上緩解了地下水壓力對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)的不利影響，根據(jù)計(jì)算均采用素混凝土結(jié)構(gòu)。

按照新奧法設(shè)計(jì)原理，在隧道施工過程中必須注意初期支護(hù)的變形與穩(wěn)定監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)合理確定二次襯砌的施作時(shí)間，及時(shí)調(diào)整支護(hù)強(qiáng)度，盡可能發(fā)揮圍巖和初期支護(hù)的承載能力。

襯砌完成后對(duì)隧道工程及相應(yīng)的相應(yīng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)測，通過對(duì)監(jiān)測結(jié)果的分析發(fā)現(xiàn)，該隧道工程的變形在允許范圍內(nèi)，說明該復(fù)合襯砌方式在該隧道工程中的應(yīng)用是成功的。

4 結(jié)論

通過合理選擇隧道的支護(hù)結(jié)構(gòu)，并對(duì)隧道工程進(jìn)行相應(yīng)的檢測，從監(jiān)測結(jié)果的分析可以看出，對(duì)該隧道采取的復(fù)合襯砌支護(hù)方式是行之有效的。

[1]葉勇，胡學(xué)兵.公路隧道支護(hù)工藝綜述[J].公路交通技術(shù)，2004，12.

U455

A

1674-6708（2010）23-0162-02