深埋交叉隧道開挖變形行為及襯砌應(yīng)力分析

虞亮貴

（中國水利水電第十六工程局有限公司 福建廈門 361000）

引言

從隧道工程早期的建設(shè)情況來看，大部分專家學(xué)者研究的都是平行隧道開挖與施工方式，并取得了一定的研究成果，但對于交叉隧道具體的建設(shè)情況、相關(guān)開挖技術(shù)以及襯砌應(yīng)力等方面的研究并不是十分的深入，這一情況的出現(xiàn)，導(dǎo)致在進(jìn)行此類型隧道的施工過程中，其變形行為相對較為嚴(yán)重。因此，對深埋的交叉隧道在開挖過程中的變形行為與襯砌應(yīng)力等方面的內(nèi)容進(jìn)行全面的研究，對促進(jìn)該類型工程的發(fā)展具有十分重要的作用。

1 交叉隧道開挖變形行為

1.1 相對硬巖和普通巖交叉段

一般來講，相對較為完整的硬巖大部分的巖性都屬于灰白色的灰?guī)r，這種巖石的性質(zhì)相對較為堅硬，屬于塊狀物，自身節(jié)理發(fā)育和巖體的完整性相對都比較好，屬于三級圍巖。普通巖一般處在灰黑色或者是黑色的泥巖層中，不地層普通巖的結(jié)合性相對較差，當(dāng)用錘子擊打巖石時，沒有較大的回聲且局部比較容易被打碎，屬于四級圍巖。從整體上來看，該交叉段變形行為主要分為：急劇增長與增長、緩慢增長這兩大類型[1]。從特點(diǎn)上來看：①其初期變形速度相對較快且變形量比較大，當(dāng)開挖主洞和初步支護(hù)的工作完成之后，該交叉段就會因為受到外界壓力的原因而出現(xiàn)變形行為，該階段其變形量大約占據(jù)總變形量的1/3。②在開挖和支護(hù)工程建設(shè)完成24d之后，主洞的位移行為基本收斂，如果在此時開挖隧道的話，變形行為不僅會迅速增加，其發(fā)展速度也很快，其變形量大約占據(jù)總變形量的一半。③收斂變形帶有一定的波動性，且波動的振幅相對較大，特別是在開挖橫洞時，其波動性更是十分明顯。

1.2 軟弱圍巖和普通巖交叉段

軟弱圍巖的巖性屬于泥巖加泥沙巖和粉砂巖，其節(jié)理和層理的發(fā)育相對較好，但不同巖層間的結(jié)合性比較差，巖體容易破碎，會受到極大的地質(zhì)構(gòu)造影響，屬于四級圍巖。通常情況下，該交叉段的變形行為帶有較強(qiáng)的時效性，大致可以被分為劇烈變形、減速變形和穩(wěn)定變形這三個階段。從特點(diǎn)上來看：①該交叉段開挖初期的變形發(fā)展較快且形變量比較大，大約占據(jù)中變形量的90%；②巖體變形帶有較強(qiáng)的振蕩特點(diǎn)，在變形過程中其波動的幅度較大，所以，其變形量也是出于時增時減的狀態(tài)。③在開挖仰拱工程施工之后，其變形速度便明顯的下降，所以，該交叉段的變形行為具有較強(qiáng)的自我調(diào)節(jié)能力。

1.3 相對硬巖與軟弱巖的交叉段

同普通段相比，這兩種巖石交叉的斷面其變形初期帶有速度快。面積廣、收斂時間長等方面的特點(diǎn)，特別是軟弱巖那一面。并且，在開挖橫向通道之后，相對硬巖其變形行為便會隨著開挖行為和方向的變化而隨之變化，當(dāng)橫到開挖工作暫停或者是結(jié)束之后，其變形行為也會隨之逐漸的變小，直到停止。與相對硬巖不同的是，軟弱巖的變形行為會隨著橫道開挖施工的停止而呈現(xiàn)出一種逐漸上升的發(fā)展趨勢，這種趨勢需要在橫道開挖施工結(jié)束了很長的一段時間之后才會消失。

2 襯砌應(yīng)力的相關(guān)分析研究

2.1 工程初期的支護(hù)施工方式

①砂漿錨桿的施工方式，就目前來看，制作砂漿錨桿的桿體材料主要是螺紋鋼筋，通過風(fēng)動鑿巖機(jī)在桿體上樁孔之后，用高壓風(fēng)將孔內(nèi)存在的巖屑吹凈，當(dāng)確定鉆孔內(nèi)不存在巖屑時，就需要使用注漿機(jī)將之前預(yù)備好的水泥砂漿注入到錨之中[2]。在注入水泥砂漿的過程中，施工人員需要將注漿管以向下的方式插入到錨桿孔的底部，并且需要一邊注入砂漿，一邊向外拔注漿管。如果錨桿是朝上方的話，施工人員就需要采用排氣法將砂漿注入到孔內(nèi)，并按照相關(guān)施工數(shù)量的要求對注完的砂漿錨桿進(jìn)行拉拔試驗。②掛設(shè)鋼筋網(wǎng)的施工方法，施工人員在使用鋼筋網(wǎng)之前，需要清除掉網(wǎng)上的污垢與鐵銹，并在現(xiàn)場通過預(yù)點(diǎn)的方式將其焊成網(wǎng)片；并且，還需要在即將開挖的現(xiàn)場周圍做好混凝土的噴射，然后將鋼筋網(wǎng)按照噴射的起伏面進(jìn)行鋪設(shè)，從而使得鋼筋網(wǎng)能夠牢固的同錨桿聯(lián)結(jié)到一起。③噴射混凝土的施工方式，在使用該施工工藝時，施工人員應(yīng)該要盡可能的使用TK-961型號的濕式噴射機(jī)進(jìn)行噴射，其工作時候的風(fēng)壓需要保證在0.5MPa以上，且水壓需要大于噴壓。此外，還應(yīng)該要保證噴頭和受噴面之間處于垂直的關(guān)系，二者的距離要控制在1.5～2m之間，且噴射的路徑應(yīng)該成“S”型[3]。

2.2 二次襯砌施工

要想保證建設(shè)完成的深埋交叉隧道的施工和使用質(zhì)量，進(jìn)行二次襯砌施工是十分必要的。①在進(jìn)行二次襯砌施工的過程中，施工人員必須要通過隧道的監(jiān)控量測的測量結(jié)果為依據(jù)，在確定該各個測試項目位移的速率明顯收斂、圍巖已經(jīng)處于基本穩(wěn)定的狀態(tài)再開始施工，即各測試已經(jīng)產(chǎn)生的位移達(dá)到了預(yù)計總位移量的80～90%。②施工過程中使用的所有鋼筋材料都需要在施工現(xiàn)場進(jìn)行集中的制作加工，并在襯砌工作面上進(jìn)行焊接與綁扎，保證支護(hù)的穩(wěn)定性[4]。③該環(huán)節(jié)在進(jìn)行施工的過程中，其混凝土材料應(yīng)該選擇穿行式的液壓鋼模作為襯砌臺車立模工作的前提，每一次交叉段的澆筑長度應(yīng)該在10m左右；混凝土材料需要在制定的攪拌站進(jìn)行集中的拌制，利用運(yùn)輸車來專門的運(yùn)輸該材料。并且，為了保證澆筑的質(zhì)量，施工人員應(yīng)該采用從隧道的兩側(cè)拱腳同時向拱頂進(jìn)行帶有對稱性和連續(xù)性的澆筑，隧道兩側(cè)的邊墻需要利用插入式的振搗器將其振實、拱頂?shù)幕炷羷t需要使用附著式的振動器來振實。

此外，從對交叉隧道施工現(xiàn)場襯砌應(yīng)力的監(jiān)測以及相關(guān)資料的研究可以發(fā)現(xiàn)，交叉段的隧道其主動圍巖的壓力具有較強(qiáng)的時間和空間性的分布特征[4]。在進(jìn)行開挖施工時，施工人員不僅需要架設(shè)立格的柵拱，還應(yīng)該要使用結(jié)合長短錨桿的支護(hù)方式，或者是改良施工現(xiàn)場的地層結(jié)構(gòu)等來對隧道交叉段以及其附近的地段進(jìn)行重新的支護(hù)[5]。

3 結(jié)束語

總而言之，對于深埋交叉隧道的開挖工程來講，要想保證其施工的質(zhì)量，控制施工變形情況的話，就需要對于施工力學(xué)的相關(guān)理念和內(nèi)容進(jìn)行全面的研究。與此同時，在該項工程的施工過程中，在對其開挖變形行為與襯砌應(yīng)力進(jìn)行全面的研究和分析時，相關(guān)人員可以從解析交叉段地質(zhì)地形情況等方面的內(nèi)容入手。此外，由于巖體結(jié)構(gòu)和地應(yīng)力場等因素會對交叉隧道的變形行為產(chǎn)生較大的影響，所以，在研究開挖行為與襯砌應(yīng)力的過程中，還需要對這兩項因素進(jìn)行全面的分析與研究。

[1]張憲鑫.深埋交叉隧道開挖變形行為及襯砌應(yīng)力研究[D].重慶大學(xué)，2007.

[2]張良剛.特大斷面板巖隧道圍巖變形特征及控制技術(shù)研究[D].中國地質(zhì)大學(xué)，2014.

[3]馮景偉.深埋隧道圍巖穩(wěn)定性分析與支護(hù)研究[D].西安科技大學(xué)，2009.

[4]李鳳翔.深埋軟弱圍巖隧道施工時空效應(yīng)及大變形控制研究[D].中南大學(xué)，2012.

[5]黃亮.盾構(gòu)隧道襯砌結(jié)構(gòu)的橫向變形加固分析與試驗研究[D].華南理工大學(xué)，2015.