隧道圍巖穩(wěn)定性分析和襯砌技術分析

梁振翔

（貴州路橋集團有限公司，貴州貴陽 550001）

隧道圍巖穩(wěn)定性分析和襯砌技術分析

梁振翔

（貴州路橋集團有限公司，貴州貴陽 550001）

對公路隧道圍巖穩(wěn)定性和襯砌技術以及存在的問題進行了具體的分析。

公路；隧道；圍巖穩(wěn)定性；襯砌技術

1 公路隧道圍巖穩(wěn)定性的研究現(xiàn)狀

1.1圍巖的分級方法

從19世紀開始圍巖壓力理論經歷了從古典壓力理論、散體壓力理論到目前的彈性力學理論、塑性力學理論階段。在公路隧道施工中，因為卸荷作用導致圍巖應力進行重分布。當圍巖的應力處比巖體彈性極限強度小，圍巖就比較有彈性，當圍巖的應力處比巖體彈性極限強度大，則圍巖部分處于塑性狀態(tài)，但這并不意味著圍巖失去穩(wěn)定性。

1.2人工智能方法

圍巖體工程力學是解決工程問題的必要手段，但是并不是唯一的求解方法。還有一些人工智能方法能為我們解決隧道工程問題提供幫助，如神經網絡、遺傳算法等。許多學者在該理論基礎上，提出了全新的圍巖穩(wěn)定性分析法。可以通過BP神經網絡尋找到不利于圍巖穩(wěn)定性影響因素。也有學者把遺傳進化算法和有限元結合運用，獲得了圍巖穩(wěn)定性的最優(yōu)解。

1.3數值模擬方法

對圍巖的穩(wěn)定性的評價一般是通過對現(xiàn)場進行監(jiān)測或者在實驗中獲得力學和變形的參數，通過計算機來進行仿真模擬，得出預測結果。數值模擬方法主要包括有限元法和邊界元法以及離散元法和有限差分法等等。

1.4圍巖分類法

圍巖穩(wěn)定性分類方法主要包含RMR法、Q法和nMI（noekMassxndex）法。因為這幾種分類方法的參數比較難確定，因此大多數學者選擇用模糊數學法來進行圍巖穩(wěn)定性分類。黃宏偉等學者運用模糊數學法，對圍巖穩(wěn)定性進行分析，從而提出了工程類比模糊經驗法。

1.5反分析法

反分析法是把在現(xiàn)場量測到的能反映系統(tǒng)力學行為的一些物理信息量作為基礎，運用反演模型來推算出該系統(tǒng)某些初始參數，比如初始地應力和本構模型參數等。運用反分析法的目的是通過對現(xiàn)場量測信息來確立模型參數，獲得和工程量測值較為一致的分析結果。該分析法認為隧洞圍巖的裂隙傳播會被周圍巖體所約束，可以通過反分析推測出變化的強度參數。

1.6圍巖穩(wěn)定性研究發(fā)展趨勢

（1）數值分析方法的藕合應用

比如有限元和邊界元的藕合，離散元和邊界元的藕合，以及3者間的耦合，充分的利用各種數值分析方法的優(yōu)點，盡可能的提高了計算的準確性。

（2）塊體理論的發(fā)展

該理論主要是集合論拓樸學原理、矢量分析以及全空間赤平投影圖形方法來構造塊體類型，將這些塊體和開挖面之間的關系細分為穩(wěn)定塊體和潛在關鍵塊體以及關鍵塊體和不可移動塊體，最后通過關鍵塊體對圍巖穩(wěn)定性進行分析，并且進行支護設計。

（3）監(jiān)控量測技術的發(fā)展

一般在施工前的設計要根據地質勘測資料和工程類比法來進行設計，一般地質條件和水文的變化會使得設計不是很符合實際施工的要求。所以在監(jiān)控量測的基礎上對圍巖穩(wěn)定性進行分析，對施工設計進行對應的調整。

2 襯砌技術的發(fā)展

（1）組裝式拱架

組裝式拱架由幾個部分組成，包括拱圈、立腿、模板等等。組裝式拱架襯砌一個循環(huán)就要進行1次拆卸、組裝，比較耗費時間和人力，并且組裝會出現(xiàn)誤差，有比較多的接縫，在接縫位置比較容易跑漿，襯砌表面缺乏美觀性。組裝式拱架也有一些優(yōu)點，重量比較輕，耗費成本較低，因此至今仍被使用。

（2）襯砌臺車

由于社會發(fā)展節(jié)奏變快，對襯砌速度也有了一定要求，因為組裝式拱架太過耗時耗力，所以人們研制出了更加省時的襯砌臺車。襯砌臺車的月襯砌速度在80延米以上，因為不需要進行反復組裝而存在較小的誤差。但是在模板的接縫處也存在跑漿情況，其制造成本較高。

（3）大模板襯砌臺車

由于對襯砌表面的美觀有一定要求，所以就生產出大模板襯砌臺車。這種臺車的模板避免了因組合而使接縫處跑漿的情況，使襯砌的表面美觀程度提高。大模板襯砌臺車的承載能力較強，很大程度上提高了襯砌速度和效率。通常月進尺在140延米以上。如果考慮成本和效率等因素，隧道單口長度小于200 m時，可以采用組裝式拱架，而隧道單口的長度在200 m以上，500 m以下時則可以采用襯砌臺車，長度在500 m以上時，就要使用大模板襯砌臺車。

3 公路隧道的排水技術

（1）復合式襯砌防排水技術

復合式襯砌防排水技術采用的是半包式防水設計，由一次支護、二次模筑混凝土和防水材料組成?，F(xiàn)階段該排水技術廣泛用于我國公路隧道建設中。

（2）單層式襯砌防排水技術

單層式襯砌防排水技術是噴錨襯砌的單層式結構，噴錨襯砌主要由錨桿和濕噴高性能混凝土等組成。外加劑可以增加它的密實度和抗凍性，不存在施工間隙，有很好的防水性。

4 結 語

隨著公路隧道建設速度的加快，對公路隧道圍巖穩(wěn)定性的分析方法更加成熟，準確性更高，襯砌技術和防排水技術水平也得到很大的提升，現(xiàn)階段在我國應用比較廣泛的是復合式襯砌防排水技術，而許多歐洲國家一般采用單層噴錨式襯砌防排水技術，該技術在我國還不夠成熟，尚處于研究實驗階段。如何定量測定隧道排水標準是現(xiàn)在亟待解決的問題之一，為了解決這些問題，我國應該加大對公路隧道排水技術的研究，推動我國公路隧道的發(fā)展。

［1］ 邵曉躍.公路隧道圍巖穩(wěn)定性分析和襯砌技術現(xiàn)狀綜述［J］.城市建設理論研究（電子版），2012，13（32）.

［2］ 陳喜兵，吳黨科.公路隧道圍巖穩(wěn)定性分析［J］.城市建設理論研究（電子版），2014，10（31）.

［3］ 王傳智.新安嶺淺埋偏壓隧道圍巖穩(wěn)定性評價及襯砌技術研究［D］.西安科技大學，2013.

表1　支護結構安全穩(wěn)定性評判標準

2.6控制圍巖變形措施

施工中需要詳細記錄相關的地質資料，并進行科學的分析，實現(xiàn)超前預報，以避免工程事故的發(fā)生。例如對于軟弱圍巖的施工，控制圍巖形變的關鍵，在于對于支護體系的合理與充分利用，使其能夠與圍巖構成具備良好承載能力的整體。

隧道施工中需要重視前方的封堵、后方的加固，對塌方的區(qū)域實施合圍，以防止塌方惡化，造成安全隱患。為了預防先行與后期可能出現(xiàn)的圍巖、支護變形問題，應當在隧道開挖施工后，采取初期支護施工，支護方式包括錨桿、鋼拱架設置和混凝土噴射。在實際的施工中，需要注意盡可能減小開挖斷面或縮短開挖跨度，從而有效控制變形，防止出現(xiàn)塌方。對于軟弱圍巖，則需要尤其重視掌子面的穩(wěn)定性，可采用拱頂超前支護、穩(wěn)定拱腳的鎖腳錨管等施工方法進行維護。而在設計支護結構時，則要求注意保證支護結構的封閉性，以利于整體穩(wěn)定封閉環(huán)狀結構的形成，同時充分利用超前支護，利用超前小導管的設置，支護前方圍巖，達到加固周邊地層的目的，運用雙層小導管實現(xiàn)對于松散地段的加固，擴大加固圈的范圍。

3 結 語

通過分析確定隧道圍巖的穩(wěn)定性、可靠性，明確圍巖等級，才能夠合理選擇施工方法，并在施工中采取相應安全措施，進一步確保隧道工程施工的安全性與整體質量。工作中應當充分了解影響圍巖穩(wěn)定性的因素，從而采取相應的防護措施，因此，隧道圍巖分級是地質勘察工作的關鍵，更是為后續(xù)施工順利開展的重要基礎。

參考文獻：

［1］ 程立.聲波測試在某引水隧洞圍巖松弛測試中的應用［J］.勘察科學技術，2015，（1）：59-61.

［2］ 刁梅.分析如何做好地下工程施工勘察的措施［J］.建筑工程技術與設計，2015，（5）：45-46.

U458

C

1008-3383（2016）09-0151-02

2016-06-08

梁振翔（1982-），男，廣東廣州人，工程師，研究方向：公路工程施工與管理。