淺埋隧道軟弱圍巖隧道設(shè)計(jì)施工優(yōu)化技術(shù)研究

摘要：為研究淺埋隧道在軟弱圍巖的隧道支護(hù)設(shè)計(jì)及施工，文章針對(duì)軟弱圍巖的特點(diǎn)，結(jié)合工程實(shí)例，通過(guò)不同的支護(hù)方案及施工方法對(duì)比，對(duì)淺埋隧道軟弱圍巖隧道設(shè)計(jì)及施工進(jìn)行優(yōu)化分析。研究結(jié)果表明：對(duì)于在軟弱圍巖地區(qū)的淺埋隧道可以采用噴射混凝土加錨桿的支護(hù)結(jié)構(gòu)，并且可以通過(guò)增加噴射混凝土的厚度來(lái)保證隧道的安全;提高混凝土的強(qiáng)度等級(jí)同樣有利于隧道的安全，但其效果不如增加噴射混凝土厚度明顯和經(jīng)濟(jì);當(dāng)采用CRD方法進(jìn)行淺埋隧道施工時(shí)，對(duì)隧道的安全較為有利。

關(guān)鍵詞：淺埋隧道;軟弱圍巖;支護(hù)結(jié)構(gòu);施工方法

0 引言

近年來(lái)，我國(guó)的綜合國(guó)力顯著提高，社會(huì)發(fā)展的進(jìn)程不斷推進(jìn)，國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)快速發(fā)展，尤其是隧道及地下工程方面的建設(shè)呈爆發(fā)式的增長(zhǎng)[1]。然而隧道工程在施工時(shí)，常常會(huì)遇到惡劣、復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境，如在黃土地區(qū)、高海拔地區(qū)、巖溶地區(qū)等，亟須解決施工中的各種技術(shù)難題。由此，眾多學(xué)者對(duì)復(fù)雜地區(qū)隧道的設(shè)計(jì)及施工其進(jìn)行大量的研究，其中高世軍等[2]對(duì)隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的壓潰機(jī)理進(jìn)行研究;劉新榮等[3]對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的開(kāi)裂進(jìn)行分析，提出支護(hù)結(jié)構(gòu)開(kāi)裂失穩(wěn)的原因，并提出對(duì)應(yīng)的施工加固方案;楊明舉[4]通過(guò)研究提出采用地表加固的隧道開(kāi)挖方法;梁勇旗等[5]對(duì)淺埋隧道的多種不同施工方法進(jìn)行研究;白傳鵬等[6]對(duì)開(kāi)挖大跨度淺埋隧道的力學(xué)特性進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)隧道的最大拉應(yīng)力出現(xiàn)在拱頂、拱腰及拱底等部位。

本文在現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上，對(duì)軟弱圍巖的特點(diǎn)進(jìn)行分析，并結(jié)合實(shí)際的工程案例對(duì)不同的淺埋隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)及施工方法進(jìn)行研究。

1 軟弱圍巖的特點(diǎn)

圍巖主要是由涂層、巖體風(fēng)化層等巖層所組成。軟弱圍巖其巖體的粘結(jié)力較弱，存在較為嚴(yán)重的破碎，在進(jìn)行開(kāi)挖時(shí)，顆粒間的摩擦無(wú)法保證巖體的穩(wěn)定，故軟弱圍巖存在不穩(wěn)定、易坍塌的特點(diǎn);軟弱圍巖施工時(shí)經(jīng)常會(huì)遇到泥巖、頁(yè)巖等軟質(zhì)巖，軟質(zhì)巖遇水時(shí)容易發(fā)生軟化變形;再者當(dāng)軟弱圍巖在進(jìn)行洞室開(kāi)挖后周圍的巖體及自身的結(jié)構(gòu)面沒(méi)有組織的抗壓力及抗壓度，容易發(fā)生安全事故。因此對(duì)于在軟弱圍巖地區(qū)進(jìn)行隧道開(kāi)挖時(shí)，必須采取一定的支護(hù)及較為合理的施工方法。

[=XQS（]淺埋隧道軟弱圍巖隧道設(shè)計(jì)施工優(yōu)化技術(shù)研究/武建華[=JP2]2 隧道設(shè)計(jì)及施工優(yōu)化

本文以某地區(qū)的某個(gè)淺埋隧道工程案例為背景。本工程中在確定隧道安全性的前提下，對(duì)隧道進(jìn)行分段施工，并對(duì)不同施工段內(nèi)的隧道采用不同的隧道支護(hù)方案及施工方法進(jìn)行研究。

2.1 隧道的支護(hù)結(jié)構(gòu)及施工方案

本隧道的支護(hù)結(jié)構(gòu)在兩個(gè)區(qū)內(nèi)均相同，均采用噴射混凝土加錨桿的支護(hù)結(jié)構(gòu)，所不同的是對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)中的噴射混凝土強(qiáng)度等級(jí)及噴射的厚度參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。本隧道施工時(shí)主要采用兩種施工方法：（1）CRD法，該施工方法的斷面示意圖如圖1（a）所示;（2）單側(cè)壁導(dǎo)坑法施工，該施工方法的斷面示意圖如圖1（b）所示。分別在隧道一區(qū)采用CRD法，在二區(qū)采用單側(cè)壁導(dǎo)坑法。在進(jìn)行隧道的開(kāi)挖施工時(shí)，按圖中1、2、3、4的順序進(jìn)行開(kāi)挖，并依次進(jìn)行錨桿施工及噴射混凝土的施工。隧道的具體支護(hù)方案及施工方法如表1所示。

2.2 隧道的監(jiān)測(cè)

為研究支護(hù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力變化及隧道位移的變化，在隧道施工時(shí)對(duì)隧道的拱頂、左右拱腰及拱底進(jìn)行監(jiān)控，主要是在隧道內(nèi)布設(shè)應(yīng)力感應(yīng)器，對(duì)其施工過(guò)程中支護(hù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力進(jìn)行分析，同時(shí)在隧道內(nèi)布設(shè)位移傳感器，以便測(cè)得隧道的沉降變化。

3 結(jié)構(gòu)分析

3.1 支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析

本文對(duì)本次施工過(guò)程各個(gè)施工支護(hù)方案的支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)力進(jìn)行分析，并對(duì)統(tǒng)計(jì)的結(jié)果進(jìn)行曲線繪制，具體如表2所示。

從表2中可以看出，不論是在哪種支護(hù)方案下，在隧道的拱腳及拱腰處其應(yīng)力值較大，說(shuō)明在隧道的拱腳及拱腰處易造成應(yīng)力集中現(xiàn)象。對(duì)比在同一施工方法下的方案1與方案2可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)在混凝土強(qiáng)度等級(jí)相同的情況下，增大噴射混凝土的厚度，各處的應(yīng)力值均大大減小，說(shuō)明增加噴射混凝土的厚度能有效減小支護(hù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力;對(duì)比方案1與方案3可以發(fā)現(xiàn)增大噴射混凝土的強(qiáng)度等級(jí)也對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)有利;但對(duì)比方案2與方案3可以發(fā)現(xiàn)，增加噴射混凝土的厚度對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的作用較為有效。對(duì)比不同施工方法下的同一施工方案可以發(fā)現(xiàn)，采用CRD法施工其支護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的應(yīng)力值均比單側(cè)壁導(dǎo)坑法施工支護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的應(yīng)力值要小，說(shuō)明采用CRD法施工對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)較為有利。

3.2 隧道位移分析

本文對(duì)本次施工過(guò)程中的一區(qū)二段的施工方案2及二區(qū)二段施工方案2的隧道拱頂位移進(jìn)行分析，對(duì)統(tǒng)計(jì)的結(jié)果進(jìn)行曲線繪制，具體如圖2所示。

從圖2中可以看出，CRD法施工與單側(cè)壁導(dǎo)坑法施工時(shí)對(duì)隧道在拱頂處產(chǎn)生的沉降變化趨勢(shì)大致相似，并且最終產(chǎn)生的最大拱頂沉降值相近，均約為1.7 mm。所不同的是單側(cè)壁導(dǎo)坑法施工時(shí)隧道拱頂沉降發(fā)生突變的點(diǎn)更提前，說(shuō)明單側(cè)壁導(dǎo)坑法施工較為不利，隧道需及時(shí)做好支護(hù)結(jié)構(gòu)，以防止隧道拱頂沉降突變。

4 結(jié)語(yǔ)

本文為研究淺埋隧道在軟弱圍巖的隧道支護(hù)設(shè)計(jì)及施工，通過(guò)實(shí)際的工程案例對(duì)其進(jìn)行研究，對(duì)比采用不同的支護(hù)方案及施工方法，并對(duì)其結(jié)果進(jìn)行監(jiān)測(cè)。研究結(jié)果表明：對(duì)于在軟弱圍巖地區(qū)的淺埋隧道開(kāi)挖時(shí)可以采用噴射混凝土加錨桿的支護(hù)結(jié)構(gòu)，并且可以通過(guò)增加噴射混凝土的厚度來(lái)保證隧道的安全，提高混凝土的強(qiáng)度等級(jí)同樣有利于隧道的安全，但其效果不如增加噴射混凝土厚度明顯和經(jīng)濟(jì);當(dāng)采用CRD方法進(jìn)行淺埋隧道施工時(shí)，對(duì)隧道的安全較為有利。本文僅對(duì)軟弱圍巖中淺埋隧道的部分內(nèi)容進(jìn)行研究，相關(guān)研究還有待進(jìn)一步進(jìn)行，如其他類型的隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)及其他種類的施工方法等。

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