地鐵隧道圍巖支護技術研究

譚特麗

摘要：本文通過闡述巖石力學基本原理，將其與工程實際相結合提出了以利用與提高圍巖強度、利用注漿技術提高圍巖承載能力、架設支架以阻止圍巖繼續(xù)破壞的三個地鐵隧道圍巖支護技術。從而為安全、經濟、有效、環(huán)保的解決隧道圍巖的穩(wěn)定性問題提出參考。

關鍵詞：利用與提高圍巖強度、注漿技術、鋼結構支架

隨著地鐵隧道建設大規(guī)模的展開,建設中面臨的圍巖支護問題日趨凸現。要解決圍巖支護問題首先就要收集地鐵隧道建設相關的工程地質資料,主要包括地下水、地應力、巖塊強度、巖石的裂隙度、節(jié)理間距、節(jié)理粗糙度等等因素。再利用近幾年來得到專家廣泛認同的CSIR巖石分類方法將隧道施工的巖體進行分類，以確定圍巖支護方案。近幾年來，經過不斷的探索與實踐總結。地鐵隧道圍巖支護技術主要分以下三種：（1）利用與提高圍巖強度（2）利用注漿技術提高圍巖承載能力（3）架設支架以阻止圍巖繼續(xù)破壞。實踐表明運用以上3個方面的圍巖支護技術可以確保地鐵隧道圍巖的穩(wěn)定性。

利用與提高圍巖強度

合理的利用圍巖的強度就要遵循巖石力學的基本原理，要以維護和加固圍巖為隧道施工的基本出發(fā)點，充分的利用圍巖的自承能力。因為圍巖既是產生支護荷載的主體，又是承受巖層荷載的結構。如果將支護與圍巖作為一個整體并能使其相互作用，共同承擔圍巖壓力。就能安全、經濟、有效的達到隧道圍巖穩(wěn)定的效果。從而摒棄了過去幾年施工中巖體做為對支護結構的荷載，采用后襯砌的傳統(tǒng)做法。圍巖壓應力是產生圍巖破壞的一個重要因素。根據研究圍巖壓應力是變形壓力與松動壓力的組合。這兩種壓力大部分由圍巖自己承擔，只有少部分轉移到了支護結構上。所以支護荷載既取決于圍巖的性質又取決于支護結構的剛度和支護時間，研究發(fā)現圍巖的松動區(qū)和圍巖內二次應力狀態(tài)與支護結構性質和時間有關。圍巖支護與支護工作曲線[1]關系如圖1所示。

其中，a為圍巖支護特性曲線；b為支護工作曲線。

其具體施工方法是（1）在隧道掘進過程中，及時的噴射一層薄混凝土用來封閉圍巖裂隙并且可以形成初期支撐抗力來控制圍巖變形。由于極薄的混凝土噴層柔性較大，所以避免了噴層受到過大的荷載（2）按照隧道的實際隧道跨度、巖石性質以及使用錨桿部位來確定錨桿的系統(tǒng)布置參數。一般情況下，系統(tǒng)布置錨桿參數可按下式計算[2]：；；其中L為錨桿長度、S為錨桿間距、d為錨桿直徑、B為隧道跨度（米）、N為圍巖的穩(wěn)定性影響系數，（根據CSIR巖石分類方法將巖石分類）。其中Ⅱ類圍巖N=0.9；Ⅲ類圍巖N=1.0；Ⅳ類圍巖N=1.1；Ⅴ類圍巖N=1.2。；。鋪設錨桿，在圍巖內形成承載拱；由噴射錨桿及巖石承載拱構成隧道的外拱，從而起到臨時支護的作用，與此同時又是隧道永久支護的一部分；（3）在安裝錨桿的同時，在圍巖與支護中埋設應變探頭成為測點，進行現場測量圍巖應力分布情況，并且依據反饋的信息做出相應的調整。主要是要滿足支護抗力與圍巖相適應程度；（4）在確定圍巖已經達到穩(wěn)定的情況下，進行永久支護或者補噴、澆筑混凝土。形成一個具有一定支護效果的內拱。是整個支護承載能力達到提升；（5）如果在松軟巖層中開挖地鐵隧道的情況下，要注意隧道斷面的形狀選擇[3]，最合理的斷面形狀應確保拱的軸線與隧道圍巖壓力曲線達到吻合或者接近。所以斷面為拋物線形拱是較合理的選擇。如果隧道圍巖支護不夠的情況下，就要構筑底拱以形成閉合的支護達到圍巖相對穩(wěn)定。在實施支護以后定時監(jiān)測，達到安全可靠的進行圍巖支護效果。

利用注漿技術提高圍巖承載能力

在隧道施工過程中，如果圍巖為軟巖或者有滲透水現象發(fā)生。就會對隧道的圍巖穩(wěn)定性造成很大的危害。所以在隧道支護過程中利用注漿技術的防滲加固作用，來提高圍巖自身的承載能力。注漿技術配合噴錨聯合支護從而可以起到提高圍巖的抗凍能力及穩(wěn)定性的效果。在一般情況下，隧道注漿多采用水泥注漿來實現，在防滲透水的過程中要求漿液回填全面、飽滿，所以控制注漿壓力和注漿時間是十分重要的。注漿過程中首先要對圍巖的可注性進行預判[4]，符合以下公式：；G為注入比、B15為砂層的篩分上篩余率為15%的顆粒粒徑、D85為粉體材料的篩分上篩余率為85%的顆粒粒徑，此系數通常以注漿材料的85%粒徑代替。在預判可注性后，確定注漿的方法。對于地質勘探檢測結果為施工段有極大可能出現涌水現象的情況，通常使用全斷面超前預注漿的技術；對于裂隙水較多的施工段，要采用開挖后全斷面徑向注漿技術；對于圍巖發(fā)育較好，裂隙率較低的情況，多采用局部注漿技術；在出現返漿現象嚴重的情況下，可采用前進式分段注漿技術。在注漿過程中，注漿的孔間距及孔網參數對注漿效果有很大影響。在注漿孔為多排孔的情況下，布孔方式一般采用梅花形布孔，這樣可以取得較好的注漿加固體厚度，與此同時可以減少注漿盲區(qū)。對于注漿孔終孔行距a和排距b公式如下：；其中R為注漿漿液的擴散半徑。工程中注漿壓力可以由測量地下水壓力得出如下式所示：。注漿量的計算則與注漿速度有關，如果欲達到良好的注漿效果，就要遵循“低壓力，慢注漿”的原則。所以合理的調整注漿的速度是影響主漿效果的又一大因素。其公式如下：；其中Q為注漿量、R為注漿漿液擴散半徑、L為填充注漿段長度、為漿液的填充率、為注漿漿液損失率。在注漿的同時要設置混凝土止?jié){墻并在注漿后進行效果評估。

架設支架以阻止圍巖繼續(xù)破壞

如果在以上圍巖支護手段都使用但圍巖穩(wěn)定性不佳的情況下，就需要架設支架以阻止圍巖的繼續(xù)破壞。支架由材料不同可以分木料支架、鋼筋混凝土支架、金屬支架等。支架是按照隧道斷面形狀大小為模具進行制作的。由于施工手段比較復雜，采用人力物力比較大。所以在大多情況下不建議使用這種支護手段。

[1] 林勇.王成.新奧法施工中關于支護與圍巖自承的探討[J].工程力學.2010，

2(A02):652-656

[2] 鄧仁清.高壓富水隧道注漿堵水施工技術及應用.地下空間與工程學報，

2009，(02).