隧道圍巖穩(wěn)定性分析和襯砌技術(shù)分析

梁振翔

（貴州路橋集團(tuán)有限公司，貴州貴陽(yáng) 550001）

隧道圍巖穩(wěn)定性分析和襯砌技術(shù)分析

梁振翔

（貴州路橋集團(tuán)有限公司，貴州貴陽(yáng) 550001）

對(duì)公路隧道圍巖穩(wěn)定性和襯砌技術(shù)以及存在的問題進(jìn)行了具體的分析。

公路；隧道；圍巖穩(wěn)定性；襯砌技術(shù)

1 公路隧道圍巖穩(wěn)定性的研究現(xiàn)狀

1.1圍巖的分級(jí)方法

從19世紀(jì)開始圍巖壓力理論經(jīng)歷了從古典壓力理論、散體壓力理論到目前的彈性力學(xué)理論、塑性力學(xué)理論階段。在公路隧道施工中，因?yàn)樾逗勺饔脤?dǎo)致圍巖應(yīng)力進(jìn)行重分布。當(dāng)圍巖的應(yīng)力處比巖體彈性極限強(qiáng)度小，圍巖就比較有彈性，當(dāng)圍巖的應(yīng)力處比巖體彈性極限強(qiáng)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(xué)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(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法等。許多學(xué)者在該理論基礎(chǔ)上，提出了全新的圍巖穩(wěn)定性分析法?？梢酝ㄟ^BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)尋找到不利于圍巖穩(wěn)定性影響因素。也有學(xué)者把遺傳進(jìn)化算法和有限元結(jié)合運(yùn)用，獲得了圍巖穩(wěn)定性的最優(yōu)解。

1.3數(shù)值模擬方法

對(duì)圍巖的穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)一般是通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)或者在實(shí)驗(yàn)中獲得力學(xué)和變形的參數(shù)，通過計(jì)算機(jī)來進(jìn)行仿真模擬，得出預(yù)測(cè)結(jié)果。數(shù)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?yàn)檫@幾種分類方法的參數(shù)比較難確定，因此大多數(shù)學(xué)者選擇用模糊數(shù)學(xué)法來進(jìn)行圍巖穩(wěn)定性分類。黃宏偉等學(xué)者運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)法，對(duì)圍巖穩(wěn)定性進(jìn)行分析，從而提出了工程類比模糊經(jīng)驗(yàn)法。

1.5反分析法

反分析法是把在現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)到的能反映系統(tǒng)力學(xué)行為的一些物理信息量作為基礎(chǔ)，運(yùn)用反演模型來推算出該系統(tǒng)某些初始參數(shù)，比如初始地應(yīng)力和本構(gòu)模型參數(shù)等。運(yùn)用反分析法的目的是通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)信息來確立模型參數(shù)，獲得和工程量測(cè)值較為一致的分析結(jié)果。該分析法認(rèn)為隧洞圍巖的裂隙傳播會(huì)被周圍巖體所約束，可以通過反分析推測(cè)出變化的強(qiáng)度參數(shù)。

1.6圍巖穩(wěn)定性研究發(fā)展趨勢(shì)

（1）數(shù)值分析方法的藕合應(yīng)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(shù)值分析方法的優(yōu)點(diǎn)，盡可能的提高了計(jì)算的準(zhǔn)確性。

（2）塊體理論的發(fā)展

該理論主要是集合論拓樸學(xué)原理、矢量分析以及全空間赤平投影圖形方法來構(gòu)造塊體類型，將這些塊體和開挖面之間的關(guān)系細(xì)分為穩(wěn)定塊體和潛在關(guān)鍵塊體以及關(guān)鍵塊體和不可移動(dòng)塊體，最后通過關(guān)鍵塊體對(duì)圍巖穩(wěn)定性進(jìn)行分析，并且進(jìn)行支護(hù)設(shè)計(jì)。

（3）監(jiān)控量測(cè)技術(shù)的發(fā)展

一般在施工前的設(shè)計(jì)要根據(jù)地質(zhì)勘測(cè)資料和工程類比法來進(jìn)行設(shè)計(jì)，一般地質(zhì)條件和水文的變化會(huì)使得設(shè)計(jì)不是很符合實(shí)際施工的要求。所以在監(jiān)控量測(cè)的基礎(chǔ)上對(duì)圍巖穩(wěn)定性進(jìn)行分析，對(duì)施工設(shè)計(jì)進(jìn)行對(duì)應(yīng)的調(diào)整。

2 襯砌技術(shù)的發(fā)展

（1）組裝式拱架

組裝式拱架由幾個(gè)部分組成，包括拱圈、立腿、模板等等。組裝式拱架襯砌一個(gè)循環(huán)就要進(jìn)行1次拆卸、組裝，比較耗費(fèi)時(shí)間和人力，并且組裝會(huì)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(diǎn)，重量比較輕，耗費(fèi)成本較低，因此至今仍被使用。

（2）襯砌臺(tái)車

由于社會(huì)發(fā)展節(jié)奏變快，對(duì)襯砌速度也有了一定要求，因?yàn)榻M裝式拱架太過耗時(shí)耗力，所以人們研制出了更加省時(shí)的襯砌臺(tái)車。襯砌臺(tái)車的月襯砌速度在80延米以上，因?yàn)椴恍枰M(jìn)行反復(fù)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(tái)車

由于對(duì)襯砌表面的美觀有一定要求，所以就生產(chǎn)出大模板襯砌臺(tái)車。這種臺(tái)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(tái)車的承載能力較強(qiáng)，很大程度上提高了襯砌速度和效率。通常月進(jìn)尺在140延米以上。如果考慮成本和效率等因素，隧道單口長(zhǎng)度小于200 m時(shí)，可以采用組裝式拱架，而隧道單口的長(zhǎng)度在200 m以上，500 m以下時(shí)則可以采用襯砌臺(tái)車，長(zhǎng)度在500 m以上時(shí)，就要使用大模板襯砌臺(tái)車。

3 公路隧道的排水技術(shù)

（1）復(fù)合式襯砌防排水技術(shù)

復(fù)合式襯砌防排水技術(shù)采用的是半包式防水設(shè)計(jì)，由一次支護(hù)、二次模筑混凝土和防水材料組成?，F(xiàn)階段該排水技術(shù)廣泛用于我國(guó)公路隧道建設(shè)中。

（2）單層式襯砌防排水技術(shù)

單層式襯砌防排水技術(shù)是噴錨襯砌的單層式結(jié)構(gòu)，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(shí)度和抗凍性，不存在施工間隙，有很好的防水性。

4 結(jié) 語

隨著公路隧道建設(shè)速度的加快，對(duì)公路隧道圍巖穩(wěn)定性的分析方法更加成熟，準(zhǔn)確性更高，襯砌技術(shù)和防排水技術(shù)水平也得到很大的提升，現(xiàn)階段在我國(guó)應(yīng)用比較廣泛的是復(fù)合式襯砌防排水技術(shù)，而許多歐洲國(guó)家一般采用單層噴錨式襯砌防排水技術(shù)，該技術(shù)在我國(guó)還不夠成熟，尚處于研究實(shí)驗(yàn)階段。如何定量測(cè)定隧道排水標(biāo)準(zhǔn)是現(xiàn)在亟待解決的問題之一，為了解決這些問題，我國(guó)應(yīng)該加大對(duì)公路隧道排水技術(shù)的研究，推動(dòng)我國(guó)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(shù)現(xiàn)狀綜述［J］.城市建設(shè)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(shè)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(píng)價(jià)及襯砌技術(shù)研究［D］.西安科技大學(xué)，2013.

表1　支護(hù)結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定性評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)

2.6控制圍巖變形措施

施工中需要詳細(xì)記錄相關(guān)的地質(zhì)資料，并進(jìn)行科學(xué)的分析，實(shí)現(xiàn)超前預(yù)報(bào)，以避免工程事故的發(fā)生。例如對(duì)于軟弱圍巖的施工，控制圍巖形變的關(guān)鍵，在于對(duì)于支護(hù)體系的合理與充分利用，使其能夠與圍巖構(gòu)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(duì)塌方的區(qū)域?qū)嵤┖蠂苑乐顾綈夯斐砂踩[患。為了預(yù)防先行與后期可能出現(xiàn)的圍巖、支護(hù)變形問題，應(yīng)當(dāng)在隧道開挖施工后，采取初期支護(hù)施工，支護(hù)方式包括錨桿、鋼拱架設(shè)置和混凝土噴射。在實(shí)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(duì)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(hù)、穩(wěn)定拱腳的鎖腳錨管等施工方法進(jìn)行維護(hù)。而在設(shè)計(jì)支護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)，則要求注意保證支護(hù)結(jié)構(gòu)的封閉性，以利于整體穩(wěn)定封閉環(huán)狀結(jié)構(gòu)的形成，同時(shí)充分利用超前支護(hù)，利用超前小導(dǎo)管的設(shè)置，支護(hù)前方圍巖，達(dá)到加固周邊地層的目的，運(yùn)用雙層小導(dǎo)管實(shí)現(xiàn)對(duì)于松散地段的加固，擴(kuò)大加固圈的范圍。

3 結(jié) 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(jí)，才能夠合理選擇施工方法，并在施工中采取相應(yīng)安全措施，進(jìn)一步確保隧道工程施工的安全性與整體質(zhì)量。工作中應(yīng)當(dāng)充分了解影響圍巖穩(wěn)定性的因素，從而采取相應(yīng)的防護(hù)措施，因此，隧道圍巖分級(jí)是地質(zhì)勘察工作的關(guān)鍵，更是為后續(xù)施工順利開展的重要基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

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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。