淺析對(duì)隧道洞口支護(hù)的研究

曹邦舉

（宏遠(yuǎn)建設(shè)有限公司，浙江 溫嶺 317500）

在隧道建設(shè)施工中過程中，洞口工程的優(yōu)劣是公路建設(shè)的基本，它在每一條隧道建設(shè)中均扮演著最重要的角色，在洞口工程的施工過程中，隧道洞口支護(hù)的建設(shè)又顯得尤為重要。如果洞口支護(hù)的建設(shè)過程中得到充分的保障，不僅可改善動(dòng)內(nèi)的工作環(huán)境，保證施工人員的身體健康和工程項(xiàng)目的工期，同時(shí)也為施工單位節(jié)省了通風(fēng)費(fèi)用。所以可以看出，隧道洞口支護(hù)工程才是洞口工程建設(shè)的最基本要素。在施工建設(shè)過程中，必須采用最科學(xué)，最穩(wěn)妥的施工方式來(lái)確保隧道建設(shè)的質(zhì)量。為了能夠保證隧道洞口支護(hù)施工質(zhì)量，使其能符合設(shè)計(jì)規(guī)范技術(shù)要求，更好的滿足設(shè)計(jì)功能，就必須對(duì)其進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，根據(jù)前期勘察，在不同的地質(zhì)條件與建設(shè)要求下進(jìn)行合理的規(guī)范的設(shè)計(jì)，并必須嚴(yán)格的按照施工建設(shè)規(guī)范進(jìn)行合理實(shí)施，這樣才能真正意義上的使整個(gè)隧道工程質(zhì)量得到最大的保障。下面，就從設(shè)計(jì)原理與施工技術(shù)方面來(lái)了解隧道洞口支護(hù)的一些基本型式和選擇原則。

1 隧道洞口支護(hù)原理

隧道的結(jié)構(gòu)體系主要是由圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)共同組成的。其中圍巖是主要的承載元素，支護(hù)結(jié)構(gòu)是輔助性的，但是是必不可少的。在某些情況下，支護(hù)結(jié)構(gòu)主要起承載作用。這就是按現(xiàn)代巖石力學(xué)原則設(shè)計(jì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的基本出發(fā)點(diǎn)。洞室開挖使原平衡狀態(tài)產(chǎn)生應(yīng)力重分布，圍巖穩(wěn)定即要在應(yīng)力重分布的情況下使其再達(dá)到平衡，顯然欲達(dá)到再平衡，一是采用加支護(hù)結(jié)構(gòu)；二是促成發(fā)揮巖體本身的自承能力達(dá)到最終平衡。支護(hù)結(jié)構(gòu)的任務(wù)是：發(fā)揮巖體的自撐能力保證洞室穩(wěn)定，確保洞室的設(shè)計(jì)斷面凈空，封閉巖石的裂縫，防止漏水以及巖壁壁面的風(fēng)化等。以往采用厚鋼筋混凝土襯砌。

2 隧道洞口支護(hù)型式的選擇原則

2.1 要根據(jù)圍巖的形狀，特別是節(jié)理、裂隙等構(gòu)造的發(fā)育程度和力學(xué)性質(zhì)考慮。對(duì)軟弱破碎的節(jié)理和裂隙等小構(gòu)造特發(fā)育的圍巖，一般情況下還是選用鋼性支護(hù)，即現(xiàn)澆鋼筋混凝土為宜。對(duì)堅(jiān)硬的圍巖，要注意開挖洞室后的應(yīng)力集中及出現(xiàn)拉應(yīng)力區(qū)的范圍和量級(jí)大小，關(guān)鍵是考慮選用合適的錨桿或錨索，其他的按常規(guī)配套支護(hù)設(shè)計(jì)即可。

2.2 地下水往往是造成不良地質(zhì)現(xiàn)象（如軟化、風(fēng)化、膨脹以及破裂、坍滑崩塌等）的根源，要考慮對(duì)圍巖水文地質(zhì)條件探明程度，排水或堵滲漏措施等，一般圍巖中含水采用噴混凝土支護(hù)是不容易成功的。

2.3 要根據(jù)地質(zhì)測(cè)繪提出的資料，設(shè)計(jì)可結(jié)合工程布置及其力學(xué)作用，對(duì)圍巖的工程地質(zhì)狀況作出推測(cè)判斷及其空間作用（如赤平極射投影方法或簡(jiǎn)單的有限元分析），形成不穩(wěn)定的巖塊等的可能性和范圍，這是與錨桿或錨索的選擇直接有關(guān)的。

2.4 地下洞室的交叉口處，是受施工開挖，爆破干擾影響最劇烈的地區(qū)，一般圍巖的松弛破碎圈大，超挖及凹凸度比較嚴(yán)重，結(jié)合要達(dá)到的設(shè)計(jì)要求的整齊的斷面凈空，多數(shù)工程是選用現(xiàn)澆鋼筋混凝土襯砌交叉口。

2.5 要考慮隧道洞口支護(hù)型式的成本。支護(hù)是通過施工付諸實(shí)踐的，施工技術(shù)水平直接關(guān)系著支護(hù)成本預(yù)算。因此選擇支護(hù)形式要結(jié)合施工技術(shù)水平，較全面的分析，權(quán)衡出既經(jīng)濟(jì)又技術(shù)合理的支護(hù)型式。

2.6 隧道洞口支護(hù)型式的選擇要根據(jù)圍巖的地質(zhì)條件，使用要求，施工條件，材料及造價(jià)等因素綜合分析比較選定。但一般情況下還是盡量選用噴錨支護(hù)，因?yàn)閲婂^支護(hù)有利于發(fā)揮圍巖的自承能力，有排水防潮措施易于實(shí)現(xiàn)等明顯優(yōu)點(diǎn)。

3 隧道洞口常規(guī)支護(hù)技術(shù)

3.1 鋼、木支撐。鋼、木支撐是傳統(tǒng)的支護(hù)方式，在錨、噴、注漿等先進(jìn)技術(shù)出現(xiàn)前，隧道、礦井等地下洞室的開挖都靠鋼、木支撐為支護(hù)?，F(xiàn)在，采用鉆爆法開挖情況下，隧道洞口段開挖后圍巖的自穩(wěn)時(shí)間很短，而噴射混凝土、錨桿不能及時(shí)提供足夠的支護(hù)抗力，為了維持圍巖的穩(wěn)定和保證隧道的設(shè)計(jì)斷面，這時(shí)往往須采用鋼、木支撐進(jìn)行支護(hù)，以保證在開挖后的短時(shí)間內(nèi)就給圍巖強(qiáng)有力的支護(hù)。

3.2 錨桿。錨桿是用金屬或者其他高抗拉性能的材料制作的一種桿狀構(gòu)件。它用某些機(jī)械裝置和粘結(jié)介質(zhì)，通過一定的施工操作，將其安設(shè)在地下工程的圍巖或者其他工程結(jié)構(gòu)體中。錨桿可以主動(dòng)地加固巖土體，有效的控制其變形，防止坍塌的發(fā)生。由于錨桿技術(shù)的優(yōu)越性能，目前已經(jīng)成為公路隧道洞口最主要的錨固方法之一。

3.3 噴射混凝土。噴射混凝土是利用壓縮空氣等為動(dòng)力，將混凝土拌和料借助噴射機(jī)械，通過輸料管和噴嘴直接噴到受噴面上，并快速凝結(jié)硬化的一種工程技術(shù)。其主要的工作特性有及時(shí)性、粘結(jié)性、柔性和密封性，這些特性能最大限度地利用、發(fā)揮圍巖強(qiáng)度和分配外力，使支護(hù)結(jié)構(gòu)受力均勻。及時(shí)性指在隧道開挖后幾小時(shí)內(nèi)施作噴射混凝土，可以立即提供連續(xù)的大面積支撐抗力的特性。

3.4 鋼筋網(wǎng)。金屬網(wǎng)在軟巖和土砂圍巖中能夠提高附著力，在膨脹性圍巖中能夠防止剝落、提高柔性，在節(jié)理和龜裂多的硬巖中能夠提高抗剪性能和柔性。

3.5 型鋼、格柵鋼架。在圍巖條件較差地段或者地面沉降有嚴(yán)格限制時(shí)，需要在初期支護(hù)（錨噴支護(hù)）內(nèi)增設(shè)型鋼鋼架或者格柵（鋼筋）鋼架，使初期支護(hù)（錨噴支護(hù)）的鋼度得到增強(qiáng)。型鋼鋼架與格柵鋼架受力的不同在于，型鋼鋼架架設(shè)后立即起到支撐作用，而格柵鋼架必須與噴射混凝土共同作用才發(fā)揮其作用，抵抗圍巖變形。型鋼、格柵鋼架普遍應(yīng)用于圍巖穩(wěn)定性差的地段，特別在洞口段，往往配合超前小導(dǎo)管或者管棚一起使用。

在工程地質(zhì)條件惡劣的情況下，為了保證前方巖土體的穩(wěn)定，開挖前往往需要采用超前支護(hù)措施。主要有：

3.5.1 超前管棚

超前管棚是沿開挖輪廓周線，鉆設(shè)與隧道軸線平行（或有微小角度）的鉆孔，而后插入不同直徑的鋼管，并向管內(nèi)注漿，固結(jié)管周邊的圍巖，并在預(yù)定的范圍內(nèi)形成棚架的支護(hù)體系。它的主要作用是：提高管周圍的抗剪強(qiáng)度，先行支護(hù)圍巖，把因開挖引起的松弛控制在最小范圍內(nèi)，由于管棚具有較大的截面，較強(qiáng)的剛度，注漿量大，比較適合于大斷面開挖，另外管棚進(jìn)尺長(zhǎng)度較大，可以加固到較遠(yuǎn)的范圍，對(duì)于快速施工、控制地表沉降有很大幫助。

3.5.2 超前小導(dǎo)管

超前小導(dǎo)管注漿是采用較多的一種超前支護(hù)方法。它是沿初期支護(hù)外輪廓線，充分填充土體空隙，形成一定厚度的結(jié)合體。小導(dǎo)管注漿技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)是施工設(shè)備簡(jiǎn)單，工藝簡(jiǎn)單，可以根據(jù)實(shí)際情況，隨時(shí)確定小導(dǎo)管注漿的使用與否。小導(dǎo)管注漿適應(yīng)性強(qiáng)，可以根據(jù)實(shí)際情況，隨時(shí)變更施工方法。小導(dǎo)管注漿方法主要適用于自穩(wěn)時(shí)間短的軟弱破碎帶、淺埋軟弱圍巖和嚴(yán)重偏壓、砂層、砂卵右層、斷層破碎帶以及大面積淋水或者涌水的隧道。對(duì)結(jié)構(gòu)頂部處于亞粘土、粉細(xì)砂、中粗砂等地質(zhì)松軟、空隙較大的地層更為適用，效果明顯。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，涉及到隧道洞口支護(hù)的好壞不外乎兩個(gè)方面。一是對(duì)支護(hù)原理的認(rèn)識(shí)和理解，二是對(duì)隧道洞口支護(hù)型式的選擇?？傊?，隧道洞口段普遍存在圍巖破碎、淺埋和偏壓?jiǎn)栴}，支護(hù)困難，本文通過對(duì)支護(hù)技術(shù)進(jìn)行分析、歸納，在各種復(fù)雜條件下歸納出具有一定應(yīng)用范圍支護(hù)技術(shù)?？偨Y(jié)出洞口段支護(hù)的薄弱部位，找出軟弱破碎圍巖下支護(hù)的要點(diǎn)。以此指導(dǎo)以及優(yōu)化隧道洞口段支護(hù)的設(shè)計(jì)和施工，將顯得十分重要。如有不足之處，歡迎各界朋友批評(píng)指正。

[1]王毅才，隧道工程，北京：人民交通出版社，2006.6.

[2]廖紅建，巖土工程數(shù)值分析，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.2.