隧道破碎段鋼拱架單榀受力分析及預(yù)防措施

邱中原，張金鎖

（中交一航局第四工程有限公司第十五項目部，天津 300000）

隧道破碎段鋼拱架單榀受力分析及預(yù)防措施

邱中原，張金鎖

（中交一航局第四工程有限公司第十五項目部，天津 300000）

通過分析造成拱架單榀受力產(chǎn)生的原因，從多角度闡述了解決單榀受力的措施，為安全地施做軟弱圍巖隧道的初期支護(hù)提供一定的借鑒。

隧道；上臺階；單榀

1 造成單榀受力的原因分析

（1）地質(zhì)原因

造成隧道內(nèi)拱架單榀受力的最重要的自然因素就是地質(zhì)原因。

拱架單榀受力，往往表現(xiàn)為應(yīng)力集中，在破碎圍巖，尤其以裂隙發(fā)育的圍巖和含有中夾土的圍巖最為嚴(yán)重，這類圍巖中容易出現(xiàn)完整的巨型石塊，由于開挖而慢慢脫離原有的巖層，由于石塊不規(guī)則，往往是使其一點接觸到鋼拱架上，造成鋼拱架的應(yīng)力集中。

（2）上臺階超前支護(hù)與初期支護(hù)原因

破碎圍巖初期支護(hù)的過早，地應(yīng)力未有效釋放以及初期支護(hù)過晚圍巖自穩(wěn)性喪失，也會造成拱架的單榀受力。本質(zhì)原因是未能有效利用圍巖的自穩(wěn)性。

①破碎巖層一般設(shè)有超前支護(hù)，超前支護(hù)的形式以超前小導(dǎo)管支護(hù)和超前藥卷錨桿支護(hù)為主。

超前支護(hù)的一側(cè)在鋼拱架上，另一側(cè)在未開挖的巖層里，這樣就形成了一個簡支梁體系，在開挖時可以保證圍巖的穩(wěn)定性。確保不超前挖，保證超前支護(hù)的有效范圍，是保證以后圍巖不出現(xiàn)單榀受力的主要措施。

②過早的進(jìn)行超前支護(hù)，在圍巖的應(yīng)力沒有有效的釋放之前即進(jìn)行鋼拱架的安裝，會造成過剩的圍巖應(yīng)力施加到鋼拱架上，極其容易在下臺階開挖時導(dǎo)致上臺階鋼拱架的再次釋放，引起拱架的變形以及脫落。

③過晚的進(jìn)行初期支護(hù)，尤其是出現(xiàn)大面積的松動、掉塊后才進(jìn)行的初期支護(hù)，就會容易出現(xiàn)鋼拱架直接覆蓋巖層的危險狀況，尤其在上下臺階法開挖中，鋼拱架在下臺階未施做前，拱腳和鎖腳維持，但是在下臺階開挖未成環(huán)前，拱腳存在懸空時間段，及時加設(shè)墊腳但實際情況是墊腳是一般不受力，容易出現(xiàn)鋼拱架單榀受力脫落。

④連接筋設(shè)置不合理，出現(xiàn)點焊和不焊接的情況或者連接筋只是間隔拱架間距，使得拱架無法聯(lián)合受力造成鋼拱架單榀受力。

⑤系統(tǒng)錨桿焊接到了鋼拱架上會增加鋼拱架單榀受力的幾率，在圍巖自穩(wěn)能力尚可的情況下，起拱線以上圍巖由于圍巖沉降會帶動系統(tǒng)錨桿位移，屬于正常情況，但是如果將系統(tǒng)錨桿焊接到鋼拱架上，形變帶動系統(tǒng)錨桿位移，會造成鋼拱架上出現(xiàn)焊接點受集中壓應(yīng)力的危險情況，而造成正常的圍巖應(yīng)力釋放導(dǎo)致鋼拱架受集中應(yīng)力造成拱架的變形和脫落。

⑥拱架安裝的垂直度問題，拱架安裝如果不垂直，在偏角過大的情況下容易出現(xiàn)鋼拱架受力沿隧道開挖方向垮落。

⑦不按設(shè)計要求施做鎖腳錨桿或者根本忽略不做鎖腳，憑借經(jīng)驗施工，未施做鎖腳的會大大的增加拱架在已經(jīng)單榀受力的情況下拱架脫落的概率。

⑧開挖后不能及時的進(jìn)行初噴，造成圍巖暴露時間過長，圍巖持續(xù)的風(fēng)化，會嚴(yán)重的破壞圍巖的整體性，裂隙再次發(fā)育。

（3）開挖原因

①圍巖軟弱時，過量裝藥會造成已經(jīng)初期支護(hù)的圍巖段的強(qiáng)烈擾動，造成圍巖的二次破壞。

②小徑距隧道在開挖時要考慮到臨近隧道施工對已有初期支護(hù)的影響，必須有30～50 m的安全距離，保證臨近隧道不因為放炮而造成圍巖的二次破壞。

③未能有效的辨識已經(jīng)松動的圍巖，在開挖排險時未能及時的消除此類巖石，會增加拱架單榀受力的概率。

2 解決隧道拱架單榀受力的措施

（1）加強(qiáng)初期支護(hù)的驗收，保證拱架連接筋設(shè)置合理，，超前支護(hù)到位，并且在有效范圍內(nèi)。鋼筋網(wǎng)片焊接要合格，保證網(wǎng)片在出現(xiàn)圍巖小范圍塌落時可以起到應(yīng)力分散的作用。檢查系統(tǒng)錨桿確保系統(tǒng)錨桿與拱架無焊接。

（2）拱架安裝時確保按照設(shè)計參數(shù)進(jìn)行支護(hù)，不得隨意調(diào)整拱架間距，并要確保拱架的垂直度。

（3）掌握好初期支護(hù)的時間，給圍巖相應(yīng)的應(yīng)力釋放的時間。

（4）做好開挖準(zhǔn)備工作，不能一味的只考慮掌子面的開挖，而不顧及已經(jīng)成型的初期支護(hù)，尤其是下臺階開挖。小徑距隧道要更加注意，臨近隧道開挖爆破時對下臺階初期支護(hù)的影響。

（5）重視超前地質(zhì)預(yù)報的工作，注意圍巖的變化情況，上臺階支護(hù)結(jié)束后對圍巖較差段要標(biāo)記重視。

（6）要加強(qiáng)監(jiān)控量測尤其是在下臺階開挖時。

（7）重視安全教育，落實安全防護(hù)，如：逃生管道等要落實到實際，經(jīng)常性的對工人進(jìn)行安全教育，落實安全自救措施和提高安全防范意識。

3 總 結(jié)

隧道內(nèi)由于地質(zhì)條件和拱架安裝和臨近開挖造成的上臺階單榀受力，會造成在下臺階開挖時拱腳懸空時的拱架脫落和變形，是一種隱蔽的危險源，積極正確的認(rèn)識拱架單榀受力，了解造成單榀受力的原因，從根源上減少單榀受力的幾率，為隧道的安全有序施工提供保證。

［1］ 公路工程質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)（JTGF80/1-2004）［S］.

［2］ 公路隧道施工技術(shù)規(guī)范（JTG F60-2009）［S］.

［3］ 公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范（JTG C20-2011）［S］.

U458

C

1008-3383（2016）09-0147-01

2016-05-23

邱中原（1983-），男，天津?qū)幒尤耍椖坎扛苯?jīng)理。