地鐵隧道圍巖支護(hù)技術(shù)研究

譚特麗

摘要：本文通過闡述巖石力學(xué)基本原理，將其與工程實(shí)際相結(jié)合提出了以利用與提高圍巖強(qiáng)度、利用注漿技術(shù)提高圍巖承載能力、架設(shè)支架以阻止圍巖繼續(xù)破壞的三個(gè)地鐵隧道圍巖支護(hù)技術(shù)。從而為安全、經(jīng)濟(jì)、有效、環(huán)保的解決隧道圍巖的穩(wěn)定性問題提出參考。

關(guān)鍵詞：利用與提高圍巖強(qiáng)度、注漿技術(shù)、鋼結(jié)構(gòu)支架

隨著地鐵隧道建設(shè)大規(guī)模的展開,建設(shè)中面臨的圍巖支護(hù)問題日趨凸現(xiàn)。要解決圍巖支護(hù)問題首先就要收集地鐵隧道建設(shè)相關(guān)的工程地質(zhì)資料,主要包括地下水、地應(yīng)力、巖塊強(qiáng)度、巖石的裂隙度、節(jié)理間距、節(jié)理粗糙度等等因素。再利用近幾年來得到專家廣泛認(rèn)同的CSIR巖石分類方法將隧道施工的巖體進(jìn)行分類，以確定圍巖支護(hù)方案。近幾年來，經(jīng)過不斷的探索與實(shí)踐總結(jié)。地鐵隧道圍巖支護(hù)技術(shù)主要分以下三種：（1）利用與提高圍巖強(qiáng)度（2）利用注漿技術(shù)提高圍巖承載能力（3）架設(shè)支架以阻止圍巖繼續(xù)破壞。實(shí)踐表明運(yùn)用以上3個(gè)方面的圍巖支護(hù)技術(shù)可以確保地鐵隧道圍巖的穩(wěn)定性。

利用與提高圍巖強(qiáng)度

合理的利用圍巖的強(qiáng)度就要遵循巖石力學(xué)的基本原理，要以維護(hù)和加固圍巖為隧道施工的基本出發(fā)點(diǎn)，充分的利用圍巖的自承能力。因?yàn)閲鷰r既是產(chǎn)生支護(hù)荷載的主體，又是承受巖層荷載的結(jié)構(gòu)。如果將支護(hù)與圍巖作為一個(gè)整體并能使其相互作用，共同承擔(dān)圍巖壓力。就能安全、經(jīng)濟(jì)、有效的達(dá)到隧道圍巖穩(wěn)定的效果。從而摒棄了過去幾年施工中巖體做為對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的荷載，采用后襯砌的傳統(tǒng)做法。圍巖壓應(yīng)力是產(chǎn)生圍巖破壞的一個(gè)重要因素。根據(jù)研究圍巖壓應(yīng)力是變形壓力與松動(dòng)壓力的組合。這兩種壓力大部分由圍巖自己承擔(dān)，只有少部分轉(zhuǎn)移到了支護(hù)結(jié)構(gòu)上。所以支護(hù)荷載既取決于圍巖的性質(zhì)又取決于支護(hù)結(jié)構(gòu)的剛度和支護(hù)時(shí)間，研究發(fā)現(xiàn)圍巖的松動(dòng)區(qū)和圍巖內(nèi)二次應(yīng)力狀態(tài)與支護(hù)結(jié)構(gòu)性質(zhì)和時(shí)間有關(guān)。圍巖支護(hù)與支護(hù)工作曲線[1]關(guān)系如圖1所示。

其中，a為圍巖支護(hù)特性曲線；b為支護(hù)工作曲線。

其具體施工方法是（1）在隧道掘進(jìn)過程中，及時(shí)的噴射一層薄混凝土用來封閉圍巖裂隙并且可以形成初期支撐抗力來控制圍巖變形。由于極薄的混凝土噴層柔性較大，所以避免了噴層受到過大的荷載（2）按照隧道的實(shí)際隧道跨度、巖石性質(zhì)以及使用錨桿部位來確定錨桿的系統(tǒng)布置參數(shù)。一般情況下，系統(tǒng)布置錨桿參數(shù)可按下式計(jì)算[2]：；；其中L為錨桿長(zhǎng)度、S為錨桿間距、d為錨桿直徑、B為隧道跨度（米）、N為圍巖的穩(wěn)定性影響系數(shù)，（根據(jù)CSIR巖石分類方法將巖石分類）。其中Ⅱ類圍巖N=0.9；Ⅲ類圍巖N=1.0；Ⅳ類圍巖N=1.1；Ⅴ類圍巖N=1.2。；。鋪設(shè)錨桿，在圍巖內(nèi)形成承載拱；由噴射錨桿及巖石承載拱構(gòu)成隧道的外拱，從而起到臨時(shí)支護(hù)的作用，與此同時(shí)又是隧道永久支護(hù)的一部分；（3）在安裝錨桿的同時(shí)，在圍巖與支護(hù)中埋設(shè)應(yīng)變探頭成為測(cè)點(diǎn)，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量圍巖應(yīng)力分布情況，并且依據(jù)反饋的信息做出相應(yīng)的調(diào)整。主要是要滿足支護(hù)抗力與圍巖相適應(yīng)程度；（4）在確定圍巖已經(jīng)達(dá)到穩(wěn)定的情況下，進(jìn)行永久支護(hù)或者補(bǔ)噴、澆筑混凝土。形成一個(gè)具有一定支護(hù)效果的內(nèi)拱。是整個(gè)支護(hù)承載能力達(dá)到提升；（5）如果在松軟巖層中開挖地鐵隧道的情況下，要注意隧道斷面的形狀選擇[3]，最合理的斷面形狀應(yīng)確保拱的軸線與隧道圍巖壓力曲線達(dá)到吻合或者接近。所以斷面為拋物線形拱是較合理的選擇。如果隧道圍巖支護(hù)不夠的情況下，就要構(gòu)筑底拱以形成閉合的支護(hù)達(dá)到圍巖相對(duì)穩(wěn)定。在實(shí)施支護(hù)以后定時(shí)監(jiān)測(cè)，達(dá)到安全可靠的進(jìn)行圍巖支護(hù)效果。

利用注漿技術(shù)提高圍巖承載能力

在隧道施工過程中，如果圍巖為軟巖或者有滲透水現(xiàn)象發(fā)生。就會(huì)對(duì)隧道的圍巖穩(wěn)定性造成很大的危害。所以在隧道支護(hù)過程中利用注漿技術(shù)的防滲加固作用，來提高圍巖自身的承載能力。注漿技術(shù)配合噴錨聯(lián)合支護(hù)從而可以起到提高圍巖的抗凍能力及穩(wěn)定性的效果。在一般情況下，隧道注漿多采用水泥注漿來實(shí)現(xiàn)，在防滲透水的過程中要求漿液回填全面、飽滿，所以控制注漿壓力和注漿時(shí)間是十分重要的。注漿過程中首先要對(duì)圍巖的可注性進(jìn)行預(yù)判[4]，符合以下公式：；G為注入比、B15為砂層的篩分上篩余率為15%的顆粒粒徑、D85為粉體材料的篩分上篩余率為85%的顆粒粒徑，此系數(shù)通常以注漿材料的85%粒徑代替。在預(yù)判可注性后，確定注漿的方法。對(duì)于地質(zhì)勘探檢測(cè)結(jié)果為施工段有極大可能出現(xiàn)涌水現(xiàn)象的情況，通常使用全斷面超前預(yù)注漿的技術(shù)；對(duì)于裂隙水較多的施工段，要采用開挖后全斷面徑向注漿技術(shù)；對(duì)于圍巖發(fā)育較好，裂隙率較低的情況，多采用局部注漿技術(shù)；在出現(xiàn)返漿現(xiàn)象嚴(yán)重的情況下，可采用前進(jìn)式分段注漿技術(shù)。在注漿過程中，注漿的孔間距及孔網(wǎng)參數(shù)對(duì)注漿效果有很大影響。在注漿孔為多排孔的情況下，布孔方式一般采用梅花形布孔，這樣可以取得較好的注漿加固體厚度，與此同時(shí)可以減少注漿盲區(qū)。對(duì)于注漿孔終孔行距a和排距b公式如下：；其中R為注漿漿液的擴(kuò)散半徑。工程中注漿壓力可以由測(cè)量地下水壓力得出如下式所示：。注漿量的計(jì)算則與注漿速度有關(guān)，如果欲達(dá)到良好的注漿效果，就要遵循“低壓力，慢注漿”的原則。所以合理的調(diào)整注漿的速度是影響主漿效果的又一大因素。其公式如下：；其中Q為注漿量、R為注漿漿液擴(kuò)散半徑、L為填充注漿段長(zhǎng)度、為漿液的填充率、為注漿漿液損失率。在注漿的同時(shí)要設(shè)置混凝土止?jié){墻并在注漿后進(jìn)行效果評(píng)估。

架設(shè)支架以阻止圍巖繼續(xù)破壞

如果在以上圍巖支護(hù)手段都使用但圍巖穩(wěn)定性不佳的情況下，就需要架設(shè)支架以阻止圍巖的繼續(xù)破壞。支架由材料不同可以分木料支架、鋼筋混凝土支架、金屬支架等。支架是按照隧道斷面形狀大小為模具進(jìn)行制作的。由于施工手段比較復(fù)雜，采用人力物力比較大。所以在大多情況下不建議使用這種支護(hù)手段。

[1] 林勇.王成.新奧法施工中關(guān)于支護(hù)與圍巖自承的探討[J].工程力學(xué).2010，

2(A02):652-656

[2] 鄧仁清.高壓富水隧道注漿堵水施工技術(shù)及應(yīng)用.地下空間與工程學(xué)報(bào)，

2009，(02).