隧道工程中的軟巖支護(hù)技術(shù)

劉敬磊

[摘要]軟巖支護(hù)是在隧道工程建設(shè)中經(jīng)常會(huì)遇到的技術(shù)難題，軟巖支護(hù)的穩(wěn)定性和可靠性對于隧道工程有著重要影響，軟巖支護(hù)不到位時(shí)將可能引發(fā)隧道塌方、交通受阻等多重問題，而且后期修復(fù)難度相當(dāng)大，因此有必要提高隧道工程施工中的軟巖支護(hù)技術(shù)，提升隧道工程施工質(zhì)量。

[關(guān)鍵詞]隧道工程；軟巖支護(hù)；流變

文章編號(hào)：2095-4085（2016）09-0121-02

近些年來，我國在隧道工程軟巖支護(hù)中積累了較多的成功經(jīng)驗(yàn)和失敗教訓(xùn)，有利地推動(dòng)了軟巖支護(hù)技術(shù)的發(fā)展。本文分析了現(xiàn)有的軟巖支護(hù)理論和技術(shù)，并詳細(xì)分析了軟巖超前管棚支護(hù)技術(shù)。

1軟巖支護(hù)理論和技術(shù)分類

1.1軟巖支護(hù)理論

目前普遍比較認(rèn)同的軟巖支護(hù)理論大致分為兩類，一是以定性原則為核心的軟巖支護(hù)理論，二是以定量原則為核心的軟巖支護(hù)理論。

以定性原則為基礎(chǔ)的軟巖支護(hù)理論中比較有代表性的是新奧法和松動(dòng)圈支護(hù)理論。新奧法，簡稱為NATM，它最初是由奧地利學(xué)者總結(jié)的一套隧道設(shè)計(jì)與施工原則，在全世界的隧道工程施工中具有權(quán)威的指導(dǎo)意義。新奧法的創(chuàng)新之處在于將巖體視為了承載體，這一認(rèn)識(shí)給傳統(tǒng)的圍巖支護(hù)手段帶來了根本性的轉(zhuǎn)變。軟松動(dòng)圈支護(hù)理論是由董方庭等人依據(jù)圍繞開挖空間所產(chǎn)生的松動(dòng)圈以及松動(dòng)圈在支護(hù)中的作用和地位而提出的，對于解決圍巖支護(hù)問題提出了新思路，但缺陷在于應(yīng)用這一理論難以全面地考慮軟巖中出現(xiàn)的各種較為復(fù)雜的情況，因而所制定的支護(hù)方式也可能存在與真實(shí)的圍巖狀況不相適應(yīng)的地方。

以定量原則為基礎(chǔ)的軟巖支護(hù)理論中比較有代表性的是支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖共同作用理論和應(yīng)力平衡原理。支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖共同作用理論認(rèn)為在原巖應(yīng)力狀態(tài)遭到破壞以后隧道能否繼續(xù)保持平衡取決于圍巖的物理力學(xué)性質(zhì)和原巖應(yīng)力的大小。一般來說，堅(jiān)硬的圍巖周圍的集中應(yīng)力小，會(huì)比軟弱圍巖更加穩(wěn)定。應(yīng)力平衡原理認(rèn)為軟巖難以支護(hù)穩(wěn)定的根本原因在于彈塑性邊界上存在著應(yīng)力不平衡，而提高支架阻力可以使圍巖周圍的應(yīng)力實(shí)現(xiàn)平衡。以定量原則為基礎(chǔ)的軟巖支護(hù)理論實(shí)用性不強(qiáng)的原因在于軟巖支護(hù)涉及的參數(shù)眾多，計(jì)算較復(fù)雜，且很難獲得真實(shí)數(shù)據(jù)以確定軟巖的真實(shí)應(yīng)力狀態(tài)。

1.2軟巖支護(hù)技術(shù)分類

軟巖特殊的物理力學(xué)特性決定了軟巖支護(hù)工程必須實(shí)行人工支護(hù)手段，才能使圍巖支護(hù)具有較高的可靠性。目前應(yīng)用較多的軟巖支護(hù)技術(shù)主要分為以下三類。

一是砌體支護(hù)，砌體支護(hù)采用料石、磚和混凝土等材料，砌體支護(hù)作為一種較傳統(tǒng)的支護(hù)手段，在實(shí)際中應(yīng)用非常普遍，效果顯著；二是支架支護(hù)，支架支護(hù)在支架間安裝了拉桿和背板，有利于提高工程的穩(wěn)定性。同時(shí)，支架支護(hù)形式較多，斷面可以采用圓形、橢圓形、梯形、方環(huán)形、馬蹄形等形狀，還可進(jìn)行壁后充填；三是錨噴支護(hù)，噴錨支護(hù)具有貼合性強(qiáng)、支護(hù)迅速和適應(yīng)性強(qiáng)等多重優(yōu)點(diǎn)，錨桿材料也可靈活地使用金屬、鋼絲繩錨桿和有機(jī)玻璃錨桿等，是目前發(fā)展前景最好的一種支護(hù)手段。

2軟巖超前管棚支護(hù)技術(shù)

2.1受力原理

超前管棚支護(hù)是現(xiàn)代軟巖支護(hù)技術(shù)中比較有代表性的一種預(yù)支護(hù)技術(shù)，具有施工方便、穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)。其原理是在即將開挖的隧道外輪廓周邊分隔布置一定的外插角鉆孔，安裝慣性矩大的鋼管，再進(jìn)行注漿固結(jié)。注漿固結(jié)完成后會(huì)在拱頂形成加固保護(hù)環(huán)，這種加固環(huán)能夠承受上部傳遞來的荷載，而拱內(nèi)的圍巖僅需要承受自身壓力。在開挖輪廓周圍遍布超前管棚，相應(yīng)的加固環(huán)變形會(huì)變小，這時(shí)傳遞給隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的上部荷載會(huì)顯著減少。由于支撐結(jié)構(gòu)具有較好的整體性，施工中的安全將得到保證。

2.2管棚施工

管棚施工包括施工準(zhǔn)備、定向布孔、鉆孔、安裝鋼管以及注漿施工等環(huán)節(jié)。施工準(zhǔn)備中需要根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)情況確定注漿類型、注漿量和注漿壓力，并以此為依據(jù)選擇施工器材和機(jī)具。

管棚定向有兩種方法，一是安裝定向套管；二是采用掛線定向，安裝定向套管具有定向準(zhǔn)確和施工方便等優(yōu)點(diǎn)，因而在實(shí)際工程中應(yīng)用更加普遍。設(shè)計(jì)圖紙中布孔對于相鄰孔間距離有明確要求，施工時(shí)要注意控制間距。鉆孔前需要噴混凝土封閉掌子面，以減少漏漿的可能性，鉆孔時(shí)先輕壓然后鉆進(jìn)，以確保開孔質(zhì)量。待成孔完成以后，經(jīng)檢查合格可以將鋼管推送入孔。注漿一般要先將水壓入管路中檢查注漿管是否密封，同時(shí)還需要依據(jù)實(shí)驗(yàn)確定合適的漿液比例，注漿時(shí)先大后小，先稀后濃，注漿后應(yīng)對注漿情況進(jìn)行檢查，對于質(zhì)量不達(dá)標(biāo)的漿孔需要補(bǔ)孔注漿。

3結(jié)語

實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，目前應(yīng)用較多的新奧法在技術(shù)上仍然存在著較多不足，這是由于新奧法提出時(shí)的巖石力學(xué)發(fā)展尚不完善，傳統(tǒng)巖石力學(xué)研究背景下誕生的新奧法與現(xiàn)代巖石力學(xué)理論很難完全適應(yīng)。為此，我們還需要加強(qiáng)軟巖支護(hù)基礎(chǔ)性理論研究工作，特別是要加強(qiáng)圍巖變形機(jī)理，穩(wěn)定準(zhǔn)則及力學(xué)模型等支護(hù)理論中的一些基礎(chǔ)性研究工作。

參考文獻(xiàn)：

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