軟巖隧道支護結構設計優化研究

曹 威

中鐵第六勘察設計院集團有限公司隧道設計分公司 天津 300123

正文：

前言：

以高速發展的科學技術水平為良好契機，我國在隧道支護工作中也應用了諸多先進技術，并且效果顯著。錨噴支護技術在我國隧道支護工程中應用較為廣泛，是隧道支護技術的重要組成部分。軟巖隧道與硬巖隧道不同，出于釋放圍巖變形能的目的，塑形圈可以在隧道支護中使用。目前，我國軟巖隧道的支護結構還有很大的發展空間，可以充分利用先進的支護技術來進一步優化設計。軟巖隧道支護結構的設計優化工作需要遵循一些必要的原則，使得優化設計之后的軟巖隧道支護結構可以在保護圍巖力學強度的基礎上讓圍巖變形能得到進一步釋放，在保證隧道支撐強度質量的基礎上減少支護成本支出，以提高企業經濟效益。支護時機和支護剛度作為軟巖隧道支護結構優化設計工作的兩大要點，是施工企業與施工人員必須引以高度重視的重要工作。所謂支護時機，依據工程作業項目的不同，又具體劃分為支護施作時機和支護作用時機，此外，以支護工序的不同，又可將支護時機分為初次錨噴支護時機和二次襯砌施作時機兩種，所以，支護施作時機與支護作用時機需要依據具體的工程情況而定，不能一概而論。但是，又有相關實踐數據表明，在某些特殊情況下，支護施作時機與支護作用時機是等同的，所以，在通常情況下，我們將支護施作時機與支護作用時機統稱為支護時機。軟巖隧道支護結構的優化設計工作留有很大的發展空間，施工企業要及時找出當前軟巖隧道支護工作中存在的問題，尋求相應的優化設計措施，從而促進我國軟巖隧道支護結構設計優化工作的健康發展。

1 簡述軟巖支護理論

在對軟巖的支護工程中，有一套較為完整的軟巖支護理論，依據核心不同，劃分為兩類，一類軟巖支護理論將定量原則作為核心內容，另一類軟巖支護理論將定性原則作為核心內容。在應用實際上，以定性原則為核心的軟巖支護理論相對于以定量原則為核心的軟巖支護理論而言，應用更為廣泛。

1.1 以定性原則為核心的軟巖支護理論

當前應用實踐中，以定性原則為核心的軟巖支護理論應用比較廣泛，其主要代表是松動圈支護理論和新奧法支護理論。松動圈軟巖支護理論，顧名思義，是圍繞松動圈對圍巖的支護作用所提出的一套理論，這一理論可以說是針對圍巖支護問題有所創新，對解決這類問題效果較為顯著，但是，不可否認的是，松動圈軟巖支護理論在與實際圍巖情況的適應性上還有待提高，應用該理論前必須充分考慮軟巖的實際狀況如何；新奧法軟巖支護理論，在世界范圍內的軟巖隧道建設工程中具有重要意義，這一理論在傳統的軟巖支護方法上有許多創新性措施，尤其是對于隧道施工巖體的角色轉變，不再把巖體看作是施工難點，而是轉換角度將其作為承載體，從而更有利于軟巖隧道支護工作順利進行。

1.2 以定量原則為核心的軟巖支護理論

另一種具有代表性的軟巖支護理論是將定量原則作為核心內容的軟巖支護理論，由應力平衡原理和支護結構與圍巖共同作用理論共同構成。應力平衡原理，顧名思義，是針對軟巖邊界的應力問題所提出的，致力于使得軟巖邊界的應力可以趨向于平衡狀態，從而起到更好的支護作用，該理論鑒于此提出的解決措施，是以提高支架阻力的方法來間接實現著力平衡。支護結構與圍巖共同作用理論，與應力平衡原理有異曲同工之處，也是一套針對維持軟巖隧道平衡的相關理論，只不過，該理論除卻需要考量圍巖應力之外，還需要考量圍巖的相關物理力學性質，以便可以更好保證隧道的平衡狀態。

2 分析軟巖隧道支護工程中存在的主要問題

對于軟巖隧道支護結構優化設計工作而言，一系列軟巖支護理論的提出無疑起到了舉足輕重的作用，從根本上推動了軟巖隧道支護優化設計工作的健康發展。我國在軟巖隧道支護理論的應用上，有一個循序漸進的過程，八九十年代的初步應用，到之后的熟練應用，是一個由不成熟到成熟的應用過程，但是，在相關理論應用較為成熟的前提下，在軟巖隧道支護工作中仍然存在一些問題，突出問題為支護工作實施過程中的某些不確定性。

軟巖隧道支護工作中的不確定性問題主要體現在三方面，包括圍巖變形機理的不確定性、圍巖支護參數的不確定性以及圍巖荷載環境的不確定性。圍巖變形機理的不確定性主要是由支護時機以及支護形式的不確定導致的，因此，要想合理確定圍巖變形機理，需要將其進行確定，并且還需要將支護參數確定好；圍巖支護參數的確定與圍巖的穩定性二者之間有直接關聯，目前，工程類比法是輔助支護參數合理確定的常用理論方法；圍巖荷載環境的不確定性，主要是當前有關理論不夠成熟所導致的，所以有關技術人員還應對其進行深入研究。

3 簡述軟巖隧道支護結構優化設計的主要措施

為了更好地開展軟巖隧道支護結構的優化設計工作，有效解決軟巖隧道支護工作中的問題，需要輔之以必要的軟巖隧道支護結構優化設計措施。

3.1 應用軟巖流變控制原理

新奧法軟巖支護理論在當前軟巖隧道支護工程中應用最為廣泛，新奧法隸屬于以定性原則為核心的軟巖支護理論體系。新奧法雖然對軟巖支護有一定的積極作用，但是對于定性原則的理解人們意見不一，所以難以統一看法，不利于為其創設良好的應用環境。基于此，有關專家學者選擇應用軟巖流變控制原理來進一步完善新奧法支護理論，幫助人們進一步了解定性原則，所以，應用軟巖流變控制原理是提高軟巖隧道支護效果的重要舉措。

3.2 確定支護結構的優化設計方案

要想深入設計優化支護結構，需要提前選擇科學合理的優化方案來輔助進行。鑒于軟巖隧道支護結構優化設計工作工程量大，整個工程建設需要投入大量的人力、物力以及財力資源，因此，只需要選取代表部分試驗，來確定良好的試驗方案，否則只會增加人才物資源負擔，造成不必要的資源浪費。另外，有關技術人員在確定軟巖隧道支護結構的優化設計方案的過程中，需要對多種影響因素進行全面、細致的考量，對各個環節進行嚴格把關，力求制定出一套切實可行且高效的支護結構優化設計方案。

3.3 選擇恰當的計算模型

為了更好的進行軟巖隧道支護結構的優化設計工作，需要在工程前期提前選擇好恰當的計算模型，為工作開展起到良好的對照作用。尤其是在對錨桿計算模型的選用上，需要引起高度重視，因為，錨桿是整個支護工作的重點，對提高圍巖的穩定性而言意義重大。此外，技術人員還要做好相應的注漿加固工作，以有效提高圍巖的變形模量和抗剪強度。總之，在選擇計算模型時，技術人員要依據軟巖隧道支護結構的發展現狀，有目標的去進行設計優化，從而選用科學合理的計算模型去為后續工作提供正確的對照。

4 結束語

綜上所述，做好軟巖隧道支護結構的設計優化工作對于我國的隧道工程建設行業來說意義重大。在具體優化設計工作中，積極主動地應用相關軟巖支護理論是關鍵更是重要前提，此外，鑒于我國當前在軟巖隧道支護工作中仍然存有一些問題，有關人員要在建設實踐中積極尋找相應的解決措施，深入優化設計軟巖隧道的支護結構，繼而使得支護結構的支護效果能夠在應用過程中將支護優勢發揮最大化。總而言之，我國的軟巖隧道支護結構的優化設計工作還有很大的發展空間，有關技術人員還需在實踐中進一步深化研究，正視軟巖隧道支護工程中存在的主要問題，合理應用軟巖流變控制原理，確定支護結構的優化設計方案，選擇恰當的計算模型，推動我國的隧道建設工程健康發展。