軟巖隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化研究

曹 威

中鐵第六勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司隧道設(shè)計(jì)分公司 天津 300123

正文：

前言：

以高速發(fā)展的科學(xué)技術(shù)水平為良好契機(jī)，我國在隧道支護(hù)工作中也應(yīng)用了諸多先進(jìn)技術(shù)，并且效果顯著。錨噴支護(hù)技術(shù)在我國隧道支護(hù)工程中應(yīng)用較為廣泛，是隧道支護(hù)技術(shù)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(hù)中使用。目前，我國軟巖隧道的支護(hù)結(jié)構(gòu)還有很大的發(fā)展空間，可以充分利用先進(jìn)的支護(hù)技術(shù)來進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)。軟巖隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化工作需要遵循一些必要的原則，使得優(yōu)化設(shè)計(jì)之后的軟巖隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)可以在保護(hù)圍巖力學(xué)強(qiáng)度的基礎(chǔ)上讓圍巖變形能得到進(jìn)一步釋放，在保證隧道支撐強(qiáng)度質(zhì)量的基礎(chǔ)上減少支護(hù)成本支出，以提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。支護(hù)時(shí)機(jī)和支護(hù)剛度作為軟巖隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)工作的兩大要點(diǎn)，是施工企業(yè)與施工人員必須引以高度重視的重要工作。所謂支護(hù)時(shí)機(jī)，依據(jù)工程作業(yè)項(xiàng)目的不同，又具體劃分為支護(hù)施作時(shí)機(jī)和支護(hù)作用時(shí)機(jī)，此外，以支護(hù)工序的不同，又可將支護(hù)時(shí)機(jī)分為初次錨噴支護(hù)時(shí)機(jī)和二次襯砌施作時(shí)機(jī)兩種，所以，支護(hù)施作時(shí)機(jī)與支護(hù)作用時(shí)機(jī)需要依據(jù)具體的工程情況而定，不能一概而論。但是，又有相關(guān)實(shí)踐數(shù)據(jù)表明，在某些特殊情況下，支護(hù)施作時(shí)機(jī)與支護(hù)作用時(shí)機(jī)是等同的，所以，在通常情況下，我們將支護(hù)施作時(shí)機(jī)與支護(hù)作用時(shí)機(jī)統(tǒng)稱為支護(hù)時(shí)機(jī)。軟巖隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)工作留有很大的發(fā)展空間，施工企業(yè)要及時(shí)找出當(dāng)前軟巖隧道支護(hù)工作中存在的問題，尋求相應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)措施，從而促進(jìn)我國軟巖隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化工作的健康發(fā)展。

1 簡述軟巖支護(hù)理論

在對軟巖的支護(hù)工程中，有一套較為完整的軟巖支護(hù)理論，依據(jù)核心不同，劃分為兩類，一類軟巖支護(hù)理論將定量原則作為核心內(nèi)容，另一類軟巖支護(hù)理論將定性原則作為核心內(nèi)容。在應(yīng)用實(shí)際上，以定性原則為核心的軟巖支護(hù)理論相對于以定量原則為核心的軟巖支護(hù)理論而言，應(yīng)用更為廣泛。

1.1 以定性原則為核心的軟巖支護(hù)理論

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

1.2 以定量原則為核心的軟巖支護(hù)理論

另一種具有代表性的軟巖支護(hù)理論是將定量原則作為核心內(nèi)容的軟巖支護(hù)理論，由應(yīng)力平衡原理和支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖共同作用理論共同構(gòu)成。應(yīng)力平衡原理，顧名思義，是針對軟巖邊界的應(yīng)力問題所提出的，致力于使得軟巖邊界的應(yīng)力可以趨向于平衡狀態(tài)，從而起到更好的支護(hù)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(shí)現(xiàn)著力平衡。支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖共同作用理論，與應(yīng)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(guān)理論，只不過，該理論除卻需要考量圍巖應(yīng)力之外，還需要考量圍巖的相關(guān)物理力學(xué)性質(zhì)，以便可以更好保證隧道的平衡狀態(tài)。

2 分析軟巖隧道支護(hù)工程中存在的主要問題

對于軟巖隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)工作而言，一系列軟巖支護(hù)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(hù)優(yōu)化設(shè)計(jì)工作的健康發(fā)展。我國在軟巖隧道支護(hù)理論的應(yīng)用上，有一個循序漸進(jìn)的過程，八九十年代的初步應(yīng)用，到之后的熟練應(yīng)用，是一個由不成熟到成熟的應(yīng)用過程，但是，在相關(guān)理論應(yīng)用較為成熟的前提下，在軟巖隧道支護(hù)工作中仍然存在一些問題，突出問題為支護(hù)工作實(shí)施過程中的某些不確定性。

軟巖隧道支護(hù)工作中的不確定性問題主要體現(xiàn)在三方面，包括圍巖變形機(jī)理的不確定性、圍巖支護(hù)參數(shù)的不確定性以及圍巖荷載環(huán)境的不確定性。圍巖變形機(jī)理的不確定性主要是由支護(hù)時(shí)機(jī)以及支護(hù)形式的不確定導(dǎo)致的，因此，要想合理確定圍巖變形機(jī)理，需要將其進(jìn)行確定，并且還需要將支護(hù)參數(shù)確定好；圍巖支護(hù)參數(shù)的確定與圍巖的穩(wěn)定性二者之間有直接關(guān)聯(lián)，目前，工程類比法是輔助支護(hù)參數(shù)合理確定的常用理論方法；圍巖荷載環(huán)境的不確定性，主要是當(dāng)前有關(guān)理論不夠成熟所導(dǎo)致的，所以有關(guān)技術(shù)人員還應(yīng)對其進(jìn)行深入研究。

3 簡述軟巖隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的主要措施

為了更好地開展軟巖隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)工作，有效解決軟巖隧道支護(hù)工作中的問題，需要輔之以必要的軟巖隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)措施。

3.1 應(yīng)用軟巖流變控制原理

新奧法軟巖支護(hù)理論在當(dāng)前軟巖隧道支護(hù)工程中應(yīng)用最為廣泛，新奧法隸屬于以定性原則為核心的軟巖支護(hù)理論體系。新奧法雖然對軟巖支護(hù)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(tǒng)一看法，不利于為其創(chuàng)設(shè)良好的應(yīng)用環(huán)境。基于此，有關(guān)專家學(xué)者選擇應(yīng)用軟巖流變控制原理來進(jìn)一步完善新奧法支護(hù)理論，幫助人們進(jìn)一步了解定性原則，所以，應(yīng)用軟巖流變控制原理是提高軟巖隧道支護(hù)效果的重要舉措。

3.2 確定支護(hù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

要想深入設(shè)計(jì)優(yōu)化支護(hù)結(jié)構(gòu)，需要提前選擇科學(xué)合理的優(yōu)化方案來輔助進(jìn)行。鑒于軟巖隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)工作工程量大，整個工程建設(shè)需要投入大量的人力、物力以及財(cái)力資源，因此，只需要選取代表部分試驗(yàn)，來確定良好的試驗(yàn)方案，否則只會增加人才物資源負(fù)擔(dān)，造成不必要的資源浪費(fèi)。另外，有關(guān)技術(shù)人員在確定軟巖隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的過程中，需要對多種影響因素進(jìn)行全面、細(xì)致的考量，對各個環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)，力求制定出一套切實(shí)可行且高效的支護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。

3.3 選擇恰當(dāng)?shù)挠?jì)算模型

為了更好的進(jìn)行軟巖隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)工作，需要在工程前期提前選擇好恰當(dāng)?shù)挠?jì)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(jì)算模型的選用上，需要引起高度重視，因?yàn)椋^桿是整個支護(hù)工作的重點(diǎn)，對提高圍巖的穩(wěn)定性而言意義重大。此外，技術(shù)人員還要做好相應(yīng)的注漿加固工作，以有效提高圍巖的變形模量和抗剪強(qiáng)度。總之，在選擇計(jì)算模型時(shí)，技術(shù)人員要依據(jù)軟巖隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的發(fā)展現(xiàn)狀，有目標(biāo)的去進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，從而選用科學(xué)合理的計(jì)算模型去為后續(xù)工作提供正確的對照。

4 結(jié)束語

綜上所述，做好軟巖隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化工作對于我國的隧道工程建設(shè)行業(yè)來說意義重大。在具體優(yōu)化設(shè)計(jì)工作中，積極主動地應(yīng)用相關(guān)軟巖支護(hù)理論是關(guān)鍵更是重要前提，此外，鑒于我國當(dāng)前在軟巖隧道支護(hù)工作中仍然存有一些問題，有關(guān)人員要在建設(shè)實(shí)踐中積極尋找相應(yīng)的解決措施，深入優(yōu)化設(shè)計(jì)軟巖隧道的支護(hù)結(jié)構(gòu)，繼而使得支護(hù)結(jié)構(gòu)的支護(hù)效果能夠在應(yīng)用過程中將支護(hù)優(yōu)勢發(fā)揮最大化。總而言之，我國的軟巖隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)工作還有很大的發(fā)展空間，有關(guān)技術(shù)人員還需在實(shí)踐中進(jìn)一步深化研究，正視軟巖隧道支護(hù)工程中存在的主要問題，合理應(yīng)用軟巖流變控制原理，確定支護(hù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，選擇恰當(dāng)?shù)挠?jì)算模型，推動我國的隧道建設(shè)工程健康發(fā)展。