軟弱圍巖隧道臺階法施工中拱腳穩(wěn)定性及其控制技術(shù)

冉 磊

(貴安新區(qū)開發(fā)投資有限公司，貴州 貴陽 550025)

軟弱圍巖隧道臺階法施工中拱腳穩(wěn)定性及其控制技術(shù)

冉 磊

(貴安新區(qū)開發(fā)投資有限公司，貴州 貴陽 550025)

簡單闡述在軟弱圍巖地層條件下隧道施工過程中臺階法的運用，并根據(jù)目前存在的一些問題進(jìn)行分析，概括出導(dǎo)致拱腳沉降現(xiàn)象出現(xiàn)的影響因素，并且針對這些因素提出提高其穩(wěn)定性的控制手段。

軟弱圍巖隧道施工；臺階施工法；拱腳穩(wěn)定性；拱腳控制技術(shù)

1 臺階法施工當(dāng)中拱腳沉降機制分析

1.1 掌子面擠出效應(yīng)引發(fā)上半斷面整體下沉

隧道掌子面的最大擠出變形結(jié)果在不同圍巖條件下是不一樣的，在Ⅴ級圍巖隧道的臺階施工方法當(dāng)中，其上掌子面和下掌子面的擠出變形非常明顯。縱向擠出變形十分顯著，在這種情況下，如果忽略圍巖體變的因素，必定會導(dǎo)致隧道前方開挖部分中上部核心土發(fā)生整體下沉情況。但是對于軟弱圍巖來說，其優(yōu)勢就是臺階的上部長度往往都比較短，因此上部核心土的位置理論上并不會受掌子面擠出變形的影響。但是在實際的施工過程和測試情況可以看出，不同于全斷面開挖的底板隆起現(xiàn)象，即便是在比較接近上部臺階的底面核心土內(nèi)部組織當(dāng)中，能夠發(fā)生地層沉降的概率仍舊比較大，并且效果也很明顯，這種現(xiàn)象出現(xiàn)最根本的原因就是下臺階掌子面的縱向擠出變形比較嚴(yán)重，所以才會導(dǎo)致這種現(xiàn)象的出現(xiàn)。

1.2 上臺階基底承載剛度不足造成支護(hù)拱腳沉降

目前我國隧道工程主要涉及公路隧道、地鐵隧道、鐵路隧道等形式，施工方法也較多，包括分部施工法、全斷面法、CRD法、臺階法等，但是隧道的施工過程原則是依據(jù)挖掘的進(jìn)度來做支護(hù)工作，尤其在軟弱圍巖地層情況下施工更要嚴(yán)格遵循該原則。施工過程中，在上半斷面支護(hù)工作完成后，支護(hù)結(jié)構(gòu)由于受圍巖壓力的作用，因此會產(chǎn)生向下位移的分量，并且所受到的圍巖壓力還會伴隨著隧道施工挖掘進(jìn)度的深入而加大。并且因為拱腳圍巖受到支護(hù)結(jié)構(gòu)的作用面積較小，導(dǎo)致上臺階的拱腳地基支撐剛度比較小或者承載力不夠大的時候，拱腳下沉現(xiàn)象發(fā)生的幾率就大大增加。

1.3 后續(xù)施工效應(yīng)促使拱腳進(jìn)一步沉降

隨著施工進(jìn)程的推進(jìn)，會對下臺階進(jìn)行挖掘，因此會導(dǎo)致上臺階的支護(hù)結(jié)構(gòu)拱腳發(fā)生懸空現(xiàn)象，雖然懸空時間比較短，但是在支護(hù)結(jié)構(gòu)懸空的這段時間，拱部的變化會影響支護(hù)拱腳，從而使得支護(hù)拱腳出現(xiàn)整體下沉的發(fā)展趨勢，這種趨勢會一直持續(xù)到下臺階的支護(hù)結(jié)構(gòu)施工完成以后。根據(jù)以往的實際施工經(jīng)驗來看，這種受下臺階的開挖影響而出現(xiàn)的拱腳下沉現(xiàn)象十分明顯，因此在實際施工過程中要特別注意。并且隨著施工進(jìn)度的深入開展，支護(hù)結(jié)構(gòu)拱腳的沉降程度還會進(jìn)一步發(fā)展，支護(hù)結(jié)構(gòu)所受到的載荷會不斷的加大，在軟弱圍巖隧道中，圍巖流變特性對支護(hù)結(jié)構(gòu)的影響比較大，因此雖然及時的支護(hù)閉合成環(huán)，但是這種下沉現(xiàn)象仍然會繼續(xù)持續(xù)一段時間。

1.4 施工技術(shù)的影響

在實際工程的施工中，支護(hù)拱腳的下沉還會受到施工工藝以及施工質(zhì)量的影響。影響拱腳下沉的施工手段主要有：上臺階支護(hù)的腳部結(jié)構(gòu)支撐情況，包括虛渣是否清除，墊板的設(shè)置情況等，掌子面基礎(chǔ)變形的控制效果，上臺階拱腳部分的積水排除是否及時，鎖腳和錨桿的施工質(zhì)量，下臺階挖掘方法，下臺階的挖掘質(zhì)量，臺階支護(hù)節(jié)點質(zhì)量，支護(hù)結(jié)構(gòu)閉合方法等。在軟弱圍巖隧道中，施工工藝和施工質(zhì)量的把控是導(dǎo)致其某部分變形的重要原因，并且在實際工程施工中驗證了這一觀點。

2 軟弱圍巖隧道拱腳穩(wěn)定技術(shù)分析

2.1 拱腳穩(wěn)定性控制技術(shù)

結(jié)合當(dāng)前國內(nèi)的隧道施工設(shè)備條件和技術(shù)水平，擴大拱腳支護(hù)技術(shù)、設(shè)置鎖腳錨管或者鎖腳錨桿、增設(shè)臨時仰拱等方法是目前可以實際應(yīng)用的拱腳穩(wěn)定性控制常用方法。

2.2 擴大拱腳支護(hù)效應(yīng)分析

擴大拱腳支護(hù)臺階法的效果比較明顯，能夠很好的控制洞周的位移，對拱腳變形控制最為明顯。單隧道中，擴大拱腳支護(hù)臺階法的拱腳收斂減小了很多，拱腳的沉降量減小了70%左右。

2.3 臨時仰拱支護(hù)效應(yīng)分析

臨時仰拱的分析可以參照蘭渝兩水隧道，對于上臺階有/無兩種情況來計算，分析其上下臺階的拱腳水平收斂程度和拱頂沉降與隨開挖步的變化規(guī)律。從計算出的數(shù)據(jù)來看，有臨時仰拱相對于沒有臨時仰拱的拱腳收斂減少了40%左右，墻腰收斂減少了1/5，拱頂?shù)某两挡顒e不是很大，因此臨時仰拱施工技術(shù)控制效果較為明顯，但是在對拱頂?shù)南鲁量刂品矫鎱s顯得力不從心。

2.4 大拱腳支護(hù)技術(shù)現(xiàn)場試驗

為了保證分析數(shù)據(jù)的合理性，筆者結(jié)合了渝蘭鐵路的隧道施工情況，開展大拱腳試驗，試驗中保持仰拱封閉于掌子面距離小于30 m，通過試驗結(jié)果可以得出，大拱腳支護(hù)技術(shù)確實很好的抑制了變形的發(fā)生，拱頂沉降前后相差大約在53%，水平收斂大約相差19%，與計算的誤差不大。

3 結(jié)束語

總的來說，在軟弱圍巖隧道的施工過程，應(yīng)該采取有效的控制手段來防止拱腳不穩(wěn)定現(xiàn)象的出現(xiàn)，包括方法的改進(jìn)以及施工中的預(yù)防控制，徹底解決不穩(wěn)定性問題，為隧道的安全通行提供保障。因此要重點分析變形的影響機制，深入的了解拱腳變形過程特點，提出能使拱腳穩(wěn)定的施工方法，提升隧道的質(zhì)量安全性。

[1] 廖勝君. 軟弱圍巖隧道臺階法施工中拱腳穩(wěn)定性及其控制技術(shù)分析[J]. 江西建材,2014,(15):140.

[2] 勞道軍. 淺談軟弱圍巖隧道臺階法施工中拱腳穩(wěn)定性及其控制技術(shù)[J].科技創(chuàng)業(yè)月刊,2013,(9):188-189.

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1008-3383(2017)09-0169-01

2017-03-12

冉磊(1976-)，男，工程師，研究方向：交通土建工程。