隧道工程中的軟巖支護技術(shù)研究

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

［關(guān)鍵詞］隧道工程;軟巖支護;流變

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

1軟巖支護理論和技術(shù)分類

1．1軟巖支護理論

目前普遍比較認同的軟巖支護理論大致分為兩類，一是以定性原則為核心的軟巖支護理論，二是以定量原則為核心的軟巖支護理論。以定性原則為基礎(chǔ)的軟巖支護理論中比較有代表性的是新奧法和松動圈支護理論。新奧法，簡稱為NATM，它最初是由奧地利學者總結(jié)的一套隧道設(shè)計與施工原則，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，這一認識給傳統(tǒng)的圍巖支護手段帶來了根本性的轉(zhuǎn)變。軟松動圈支護理論是由董方庭等人依據(jù)圍繞開挖空間所產(chǎn)生的松動圈以及松動圈在支護中的作用和地位而提出的，對于解決圍巖支護問題提出了新思路，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，因而所制定的支護方式也可能存在與真實的圍巖狀況不相適應(yīng)的地方。以定量原則為基礎(chǔ)的軟巖支護理論中比較有代表性的是支護結(jié)構(gòu)與圍巖共同作用理論和應(yīng)力平衡原理。支護結(jié)構(gòu)與圍巖共同作用理論認為在原巖應(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性質(zhì)和原巖應(yīng)力的大小。一般來說，堅硬的圍巖周圍的集中應(yīng)力小，會比軟弱圍巖更加穩(wěn)定。應(yīng)力平衡原理認為軟巖難以支護穩(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)力實現(xiàn)平衡。以定量原則為基礎(chǔ)的軟巖支護理論實用性不強的原因在于軟巖支護涉及的參數(shù)眾多，計算較復(fù)雜，且很難獲得真實數(shù)據(jù)以確定軟巖的真實應(yīng)力狀態(tài)。

1．2軟巖支護技術(shù)分類

軟巖特殊的物理力學特性決定了軟巖支護工程必須實行人工支護手段，才能使圍巖支護具有較高的可靠性。目前應(yīng)用較多的軟巖支護技術(shù)主要分為以下三類。一是砌體支護，砌體支護采用料石、磚和混凝土等材料，砌體支護作為一種較傳統(tǒng)的支護手段，在實際中應(yīng)用非常普遍，效果顯著;二是支架支護，支架支護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，支架支護形式較多，斷面可以采用圓形、橢圓形、梯形、方環(huán)形、馬蹄形等形狀，還可進行壁后充填;三是錨噴支護，噴錨支護具有貼合性強、支護迅速和適應(yīng)性強等多重優(yōu)點，錨桿材料也可靈活地使用金屬、鋼絲繩錨桿和有機玻璃錨桿等，是目前發(fā)展前景最好的一種支護手段。

2軟巖超前管棚支護技術(shù)

2．1受力原理

超前管棚支護是現(xiàn)代軟巖支護技術(shù)中比較有代表性的一種預(yù)支護技術(shù)，具有施工方便、穩(wěn)定可靠等優(yōu)點。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，再進行注漿固結(jié)。注漿固結(jié)完成后會在拱頂形成加固保護環(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)變形會變小，這時傳遞給隧道支護結(jié)構(gòu)的上部荷載會顯著減少。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)。施工準備中需要根據(jù)當?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確和施工方便等優(yōu)點，因而在實際工程中應(yīng)用更加普遍。設(shè)計圖紙中布孔對于相鄰孔間距離有明確要求，施工時要注意控制間距。鉆孔前需要噴混凝土封閉掌子面，以減少漏漿的可能性，鉆孔時先輕壓然后鉆進，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，同時還需要依據(jù)實驗確定合適的漿液比例，注漿時先大后小，先稀后濃，注漿后應(yīng)對注漿情況進行檢查，對于質(zhì)量不達標的漿孔需要補孔注漿。

3結(jié)語

實踐經(jīng)驗表明，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的巖石力學發(fā)展尚不完善，傳統(tǒng)巖石力學研究背景下誕生的新奧法與現(xiàn)代巖石力學理論很難完全適應(yīng)。為此，我們還需要加強軟巖支護基礎(chǔ)性理論研究工作，特別是要加強圍巖變形機理，穩(wěn)定準則及力學模型等支護理論中的一些基礎(chǔ)性研究工作。

參考文獻:

［1］董方庭．松動圈軟巖錨噴支護理論和技術(shù)，中國煤礦軟巖巷支護理論與實踐［M］．北京:中國礦業(yè)大學出版社，1996．

［2］陶波，伍法權(quán)，郭啟良，等．高地應(yīng)力環(huán)境下烏鞘嶺深埋長隧道軟弱圍巖流變規(guī)律實測與數(shù)值分析研究［J］．巖石力學與工程學報，2006，(9)．

［3］劉志春，李文江，孫明磊，等．烏鞘嶺隧道F4斷層區(qū)段監(jiān)控量測綜合分析［J］．巖石力學與工程學報，2006，(7)．

作者：劉敬磊 單位：河北建設(shè)集團卓誠路橋工程有限公司