軟弱圍巖隧道臺(tái)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(tái)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(jiǎn)單闡述在軟弱圍巖地層條件下隧道施工過程中臺(tái)階法的運(yùn)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(duì)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(tái)階施工法；拱腳穩(wěn)定性；拱腳控制技術(shù)

1 臺(tái)階法施工當(dāng)中拱腳沉降機(jī)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(jí)圍巖隧道的臺(tái)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(huì)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(duì)于軟弱圍巖來說，其優(yōu)勢(shì)就是臺(tái)階的上部長(zhǎng)度往往都比較短，因此上部核心土的位置理論上并不會(huì)受掌子面擠出變形的影響。但是在實(shí)際的施工過程和測(cè)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(tái)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(tái)階掌子面的縱向擠出變形比較嚴(yán)重，所以才會(huì)導(dǎo)致這種現(xiàn)象的出現(xiàn)。

1.2 上臺(tái)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(tái)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(huì)產(chǎn)生向下位移的分量，并且所受到的圍巖壓力還會(huì)伴隨著隧道施工挖掘進(jìn)度的深入而加大。并且因?yàn)楣澳_圍巖受到支護(hù)結(jié)構(gòu)的作用面積較小，導(dǎo)致上臺(tái)階的拱腳地基支撐剛度比較小或者承載力不夠大的時(shí)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(huì)對(duì)下臺(tái)階進(jìn)行挖掘，因此會(huì)導(dǎo)致上臺(tái)階的支護(hù)結(jié)構(gòu)拱腳發(fā)生懸空現(xiàn)象，雖然懸空時(shí)間比較短，但是在支護(hù)結(jié)構(gòu)懸空的這段時(shí)間，拱部的變化會(huì)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(shì)，這種趨勢(shì)會(huì)一直持續(xù)到下臺(tái)階的支護(hù)結(jié)構(gòu)施工完成以后。根據(jù)以往的實(shí)際施工經(jīng)驗(yàn)來看，這種受下臺(tái)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(shí)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(huì)進(jìn)一步發(fā)展，支護(hù)結(jié)構(gòu)所受到的載荷會(huì)不斷的加大，在軟弱圍巖隧道中，圍巖流變特性對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的影響比較大，因此雖然及時(shí)的支護(hù)閉合成環(huán)，但是這種下沉現(xiàn)象仍然會(huì)繼續(xù)持續(xù)一段時(shí)間。

1.4 施工技術(shù)的影響

在實(shí)際工程的施工中，支護(hù)拱腳的下沉還會(huì)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(tái)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(tái)階拱腳部分的積水排除是否及時(shí)，鎖腳和錨桿的施工質(zhì)量，下臺(tái)階挖掘方法，下臺(tái)階的挖掘質(zhì)量，臺(tái)階支護(hù)節(jié)點(diǎn)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(shí)際工程施工中驗(yàn)證了這一觀點(diǎn)。

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(kuò)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(shí)仰拱等方法是目前可以實(shí)際應(yīng)用的拱腳穩(wěn)定性控制常用方法。

2.2 擴(kuò)大拱腳支護(hù)效應(yīng)分析

擴(kuò)大拱腳支護(hù)臺(tái)階法的效果比較明顯，能夠很好的控制洞周的位移，對(duì)拱腳變形控制最為明顯。單隧道中，擴(kuò)大拱腳支護(hù)臺(tái)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(shí)仰拱支護(hù)效應(yīng)分析

臨時(shí)仰拱的分析可以參照蘭渝兩水隧道，對(duì)于上臺(tái)階有/無兩種情況來計(jì)算，分析其上下臺(tái)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(jì)算出的數(shù)據(jù)來看，有臨時(shí)仰拱相對(duì)于沒有臨時(shí)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(shí)仰拱施工技術(shù)控制效果較為明顯，但是在對(duì)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(chǎng)試驗(yàn)

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(yàn)，試驗(yàn)中保持仰拱封閉于掌子面距離小于30 m，通過試驗(yàn)結(jié)果可以得出，大拱腳支護(hù)技術(shù)確實(shí)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(jì)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(diǎn)分析變形的影響機(jī)制，深入的了解拱腳變形過程特點(diǎn)，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(tái)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(tái)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。