論防治隧道軟巖大變形的技術研究

1、    論防治隧道軟巖大變形的技術研究    劉鵬祖摘要：隨著我國社會的不斷飛速發(fā)展，人們對隧道施工技術提供了更多的要求，尤其是針對隧道修筑過程當中的一些高地應力區(qū)，其非常容易造成隧道軟巖大變形等諸多問題的出現。因此，研究防治隧道軟巖大變形的技術就具有非常重大的現實意義。本文主要分析了隧道軟巖大變形的原因，提出了軟巖隧道大變形防治的一些相關的措施。關鍵詞：防治；隧道軟巖；大變形；技術研究中圖分類號：u458文獻標識碼：a前言目前，隨著我國鐵路建筑事業(yè)的不斷快速發(fā)展，人們對鐵路建設的要求的關注也越來越多，其要求也越來越高。但是，我國現階段鐵路建設的隧道也隨

2、著人們生活要求的提高，以及社會的迅猛發(fā)展也越來越多，并且隧道軟巖大變形的問題在我國鐵路建設的過程當中也是經常的發(fā)生，為了解決鐵路建設過程之中的隧道軟巖大變形等問題就顯得至關重要，也是目前我國鐵路建設過程之中一個迫在眉睫、尚待解決的關鍵性問題。由于隧道軟巖大變形會導致支護系統(tǒng)的進一步破壞，甚至會發(fā)生隧道坍塌等現象，進而嚴重影響隧道的安全性和施工進度。通過本文，筆者一方面希望能夠起到一個拋磚引玉的作用，另一方面希望能夠給相關人員起到一定的指導作用。一、隧道軟巖大變形原因分析1.1地應力場對隧道變形的影響隧道的橫截面積一般比較的大，使得隧道地段處的應力也很大。尤其是對于軟巖隧道而言，其地應力場對隧道

3、變形的影響更加明顯。軟巖隧道通過變形而形成炭質巖，進而容易產生嚴重的變形，還會導致隧道巖體出現破壞現象。因此，高地應力是隧道發(fā)生變形的主要前提。1.2地下水對隧道變形的影響地下水的存在對隧道巖體會產生靜力作用，進而會導致隧道發(fā)生變形。地下水對巖體會造成損傷，主要是會導致巖體的強度下降。同時，對于頁巖等巖體，一旦遇到水就會出現軟化等現象，這更加會對巖體造成損傷。隧道局部位置處的水也會降低巖體的強度，進而就會加劇隧道的變形。因此，地下水的存在是隧道發(fā)生變形的主要內在原因之一，也是最主要的原因之一。1.3圍巖強度對隧道變形的影響隧道軟巖主要由砂質頁巖、粉砂頁巖和炭質頁巖等諸多物質組成，其中，圍巖對隧

4、道的強度也具有一定的影響。由于各種巖體的抗壓強度不一樣，使得在進行隧道開挖時巖體變形的程度也會不一樣，一般當圍巖壓力超過巖體的抗壓強度的時候，巖體就會發(fā)生形變現象，而且壓力越大，形變的程度也就更加的嚴重。但是，炭質頁巖巖體的抗壓強度明顯低于砂質頁巖巖體和灰?guī)r巖體的抗壓強度，因而在進行隧道開挖的過程之中，炭質頁巖巖體更加容易出現變形的現象。此外，由于圍巖風化比較嚴重，也會是圍巖的強度急劇下降。因此，圍巖的抗壓強度是隧道發(fā)生形變的本質因素。1.4初期支護對隧道變形的影響在進行隧道設計的時候，就應該考慮支護對隧道帶來的影響。一旦錨桿沒有打進到巖體中，就不能夠形成穩(wěn)固的圍巖圈，進而也就不能夠充分的控制

5、圍巖的流塑性變形，這也是導致隧道出現大變形的一種情況。圍巖地段設置鋼架的時候，一定要能夠抵抗巨大的壓力，以防止初期支護造成的隧道變形。因此，設計預留變形量也會在一定程度上減少隧道的變形。1.5施工方法對隧道變形的影響施工方法也是影響隧道圍巖變形的重要因素之一。一般情況下，由于施工期比較的短，現場管理也不到位，使得預防軟巖變形的措施也不是很強，這樣也就會導致施工過程之中隧道軟巖出現較大變形的現象。同時，如果所使用的施工機械不能夠達到施工的要求，也會造成軟巖圍巖出現較大變形的現象，并且由于施工造成的軟巖變形主要是出現在鋼架的一側。二、軟巖隧道大變形防治措施2.1設計方面隧道的開挖設計，一般是先設置

6、柔性支護，可以使圍巖出現一定的變形，這樣做是為了釋放地應力，以充分的發(fā)揮圍巖的自承載作用，主要是使圍巖和初期支護的組合能夠共同承載負荷。隧道的設計一般是按照以下原則進行的，第一，是優(yōu)化隧道的洞形，選擇合理的斷面。目前，我國隧道設計都是采用馬蹄形的斷面，選擇這種形狀的斷面主要是為了保證隧道結構的安全性。但是，在容易出現大變形的高地應力區(qū)域，我們一般應該優(yōu)先的選擇橢圓形斷面。第二，采取合理的措施來控制隧道的變形。由于高地應力、地下水和軟弱圍巖等諸多因素，都將會導致隧道出現變形，但是，通過采取合理的手段對圍巖進行加固，是可以有效地控制軟巖大變形的。現在，長錨桿是控制軟巖出現大變形的重要手段，確定錨桿

7、的長度應該按照設計的原則來進行圍巖松動圈的打入，以保證能夠形成穩(wěn)固的圍巖加固圈。由于隧道局部會受到構造的影響，隧道炭質頁巖地段的錨桿也應該按照設計的要求來確定其長度。同時，采取上層支護也是控制軟巖大變形的重要手段，但是，第一層支護是承載壓力的主要部分，第二層支護主要是為了穩(wěn)定圍巖的作用。此外，還可以采取可縮性的鋼架等措施來釋放軟巖的局部變形，以保證能夠控制整體隧道的變形。第三，采取先柔性支護的方式，后采用剛性支護的方式。這種加固圍巖的方式主要是指以錨桿和鋼架等組合共同起承載作用，以能夠釋放圍巖的大部分壓力。第四，預留變形，防止隧道出現空洞現象。高地應力和地下水的存在，就會導致軟巖圍巖發(fā)生不同程

8、度的大變形，在開挖隧道時預留一定的變形量，還能防止初期支護時形成凈空現象。同時，適當的預留變形量還可以釋放地應力，有效減少圍巖的承載力。尤其是隧道高地應力地段，預留變形量釋放地應力的效果更加明顯。當然，采用雙層支護時，也要合理地設置預留變形量，以保證隧道施工過程的順利進行。第五，封閉隧道應該形成環(huán)狀，以防止局部變形過大等問題。隧道施工中應該及時封閉隧道，同時還應該保證封閉的形狀形成環(huán)狀，進而有效增加隧道結構的強度及其負載能力，防止局部變形過大，以保證隧道的結構保持圓形和橢圓形的結構，同時，這種結構還能有效優(yōu)化隧道結構的負載分布，從而增加結構的安全性。2.2施工方面在完成隧道開挖后，一定要適當釋

9、放軟巖的應力，當應力釋放一旦到達一定的程度，就會及時起到有效的支護。同時，還要采取預留支護和鋼架等結構進行支護，以保證隧道結構的安全性，同時一定要確保圍巖不出現空洞現象。在施工方面，一般可以采取以下幾種措施防止隧道軟巖出現發(fā)變形，第一，減少對圍巖的擾動。在隧道施工過程中，應該盡量減少外界環(huán)境對圍巖的影響，進而控制圍巖的變形。具體可以從兩個方面進行控制，首先，嚴格控制爆破的數據，采用的爆破方式應該保證其振動更加小，盡量減少對圍巖的干擾，如果一次爆破對圍巖的擾動比較大，則可以考慮分段分部位批次爆破；其次，采用預留支護等手段，對圍巖軟弱處進行支護，并且預留一定的預留開挖量，使圍巖的應力能夠得到一定的

10、釋放，這樣有利于圍巖應力重分布，以便充分發(fā)揮圍巖的自穩(wěn)能力。并且在合理的時間及時施工初期支護以加固圍巖的結構，進而防止圍巖的大變形。第二，采用多層支護的方式。首先，可以采用超前小導管注漿，必要的時候可以采用雙排超前小導管。其次，拱頂和邊墻采用徑向注漿小導管，可以采用梅花形布置對圍巖進行加固。在進行隧道施工的過程中，可以先采用錨桿控制軟巖的結構，噴錨結合的方式對圍巖進行加固，在限制圍巖變形的同時還應該釋放圍巖的承載力，以防止隧道出現大變形等現象的發(fā)生。同時，在初期支護的鋼拱架上增加鎖腳錨桿。第三，采取短臺階的方式進行隧道開挖。根據圍巖的強度和斷面的大小采用不同的開挖方式，例如斷面較大并且圍巖比較

11、破碎的時候可以考慮采用三臺階七部開挖法，或者crd法等開挖方法。上臺階與中、下臺階的距離應該按照設計的要求來規(guī)定，這樣可以有效地減緩圍巖出現變形的可能性，使得隧道能夠更早地完成封閉成環(huán)，控制軟巖大變形的產生。第四，及早的施工仰拱，這樣更利于圍巖的穩(wěn)定。仰拱施做的越早，越利于隧道斷面形成雞蛋殼效應。第五，快速“強行”聯合支護：對于有膨漲變形的隧道，二次襯砌不能等到初期支護穩(wěn)定后才進行，而應該在適當的時間快速“強行”實施二次襯砌。三、總結總而言之，隨著我國交通事業(yè)的不斷發(fā)展，我國現在隧道工程也取得了快速的發(fā)展。目前，地下控制的開發(fā)和利用能夠獲得更多的交通空間，使得交通隧道的工程在現代交通中的地位更加重要。隧道軟巖大變形