淺談復合式襯砌支護在隧道工程中的應用

趙建秋，段海松

中鐵隧道集團二處有限公司，河北三河 065201

淺談復合式襯砌支護在隧道工程中的應用

趙建秋，段海松

中鐵隧道集團二處有限公司，河北三河 065201

隧道工程在施工過程中的風險性非常大，如果發生事故將會導致非常嚴重的后果，造成重大的損失，所以采取合理的支護方式對隧道工程進行支護，對隧道的安全直觀重要。

隧道；支護；安全

1 概述

近年來，隨著我國高等級公路的發展，公路隧道的建設規模越來越大。到2001年底，全國公路通車總里程為169.8萬km，居世界第4位。據普查結果，全國共有公路隧道1 781處，計710 km，其中，特長隧道達l8處，計66 km。這些隧道在降低交通事故發生率、縮短行程、提高車速、保護環境諸方面都發揮了積極作用，取得了良好的社會經濟效益。但是，我們還必須清醒地認識到，同國外一些經濟發達國家(尤其是北歐和日本)相比，我國在公路隧道支護方面還存在著較大的差距。隨著我過經濟建設的快速發展，各種基礎設施也在以前所未有的速度建設著，為了改善多山地區的經濟常常需要修筑鐵路、公路，這樣不可避免的會穿越大山，由此隧道工程也應運而生了。眾所周知，隧道施工風險非常大，如果對隧道工程的加固處理不當，極易引發惡性事故，對此，多數隧道施工單位都得到了隧道施工安全的教訓，深感隧道施工安全控制責任之重，在隧道施工初期就對隧道工程的不良地質條件作出合理評價，并結合以往的工程經驗對隧道提出合理的支護措施。隧道圍巖壓力主要由圍巖本身的結構自承力，超前支護加固層、初期支護層、最后是仰拱和二襯圍成的拱圈所承載。隧道支護設計是通過計算圍巖壓力確定支護參數的，但施工中往往會出現：一方面鉆爆控制不好，破壞了巖層，致使圍巖結構承載能力降低；另—方面超前支護、初期支護施工少放錨桿、鋼筋、鋼架等材料，施工不規范，降低了支護的強度。最終導致支護不足以承載上部圍巖壓力時，引發隧道塌方事故。

2 工程概況及不良地質條件

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。隧址區陸域為風化剝蝕型微丘地貌，兩岸地勢開闊平坦，主要為殘丘——紅土臺地，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，被辟為海產養殖場。隧址區海域約4.5km，五通側水下岸坡稍陡，一般水深21m，最深處26m，海底起伏，多有礁石分布；西濱側水下岸坡平緩，一般水深15m，海底平坦，漸升至出露。地質調繪和鉆探揭示，勘察場區地層主要為第四系覆蓋層及燕山期侵入巖兩大類。

2.2 不良地質條件

1）水土流失及岸坡坍塌：場區不良地質現象主要是海岸坍塌及紅土臺地水土流失現象，對本隧道工程的影響不大。

2） 砂土液化和軟土震陷：場區范圍內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11m左右；海底飽和中細砂及軟土在Ⅶ度地震力作用下可產生液化或震陷現象，但這兩類土體對暗挖隧道無影響。兩岸丘間洼地局部發育全新世軟土（淤泥質亞粘土或泥炭質土），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-強風化層及風化槽：場區五通岸陸地南半部、西濱岸陸地及西濱側潮間帶基巖全～強風化帶厚度較大；在海域幾條構造破碎帶處全-強風化帶異常深厚，而形成風化深槽。此類全-強風化巖體強度低、自穩能力差，在極端地質條件下，存在發生滲透破壞的可能，其中全、強風化二長巖脈因高嶺土礦物含量較高，具弱膨脹潛勢，其它全、強風化巖不具膨脹性，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：經孔內及巖石樣本的測試并參照國家標準《建筑材料放射性核素限量》GB6566-2001進行評價，鉆孔和巖石樣本的測試數據均未超過福建省廈門地區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定的限量范圍內。

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

3 復合襯砌支護的選擇

3.1 復合式襯砌初期支護

對于Ⅳ～Ⅴ級圍巖段由鋼拱架、徑向錨桿、鋼筋網及噴射混凝土組成；對于Ⅰ～Ⅲ級圍巖段則由徑向錨桿、鋼筋網及噴射混凝土組成。

由于主洞開挖斷面大，而工字鋼具有支護作用發揮快，能夠與噴射混凝土層和圍巖共同形成承載結構的特點。對于巖體自穩能力差的軟弱圍巖地段設置鋼支撐能夠立即控制圍巖的繼續松弛和變形，對隧道開挖后的洞體穩定有重要意義，因此主洞Ⅳ～Ⅴ級圍巖段采用工字鋼鋼拱架。對于服務隧道，由于其開挖斷面相對較小，而鋼筋格柵鋼架具有加工容易，安裝方便，材料相對節省，且能夠與噴射混凝土緊密結合的優點，有利于控制噴射混凝土的裂縫。因此服務隧道初期支護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焊為一體，與圍巖密貼形成承載結構。

3.2 復合式襯砌二次襯砌

對于海底隧道，在Ⅴ、Ⅳ級圍巖地段，二次襯砌是主要承載結構，由于巖體風化嚴重，節理發育、自穩時間較短，二次襯砌按承擔上部土壓力覆土荷載和地下水靜水壓力計算，對于主洞，二次襯砌都需采用鋼筋混凝土結構；對于服務隧道，由于結構斷面相對較圓順，Ⅴ級圍巖地段二次襯砌采用鋼筋混凝土結構，Ⅳ級圍巖地段二次襯砌采用素混凝土結構即可。

對于Ⅰ～Ⅲ級深埋圍巖地段雖然基本位于海域，地下水靜水壓力較大，但該段巖體比較穩定，巖石的抗壓強度較高，圍巖自身形成的承載拱的承載能力較大。同時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襯砌結構的不利影響，根據計算均采用素混凝土結構。

按照新奧法設計原理，在隧道施工過程中必須注意初期支護的變形與穩定監測，根據監測數據合理確定二次襯砌的施作時間，及時調整支護強度，盡可能發揮圍巖和初期支護的承載能力。

襯砌完成后對隧道工程及相應的相應的結構進行監測，通過對監測結果的分析發現，該隧道工程的變形在允許范圍內，說明該復合襯砌方式在該隧道工程中的應用是成功的。

4 結論

通過合理選擇隧道的支護結構，并對隧道工程進行相應的檢測，從監測結果的分析可以看出，對該隧道采取的復合襯砌支護方式是行之有效的。

[1]葉勇，胡學兵.公路隧道支護工藝綜述[J].公路交通技術，2004，12.

U455

A

1674-6708（2010）23-0162-02