基于讓壓原理的支護(hù)技術(shù)在軟巖大變形隧道中的應(yīng)用探討

1、基于讓壓原理的支護(hù)技術(shù)在軟巖大變形隧道中的應(yīng)用探討摘要：隨著隧道工程向長、大、深埋方向發(fā)展及向西部高烈度震區(qū)的穿越，高地應(yīng)力及震區(qū)環(huán)境下的軟巖大變形災(zāi)害問題日益凸顯，如何有效應(yīng)對上述災(zāi)害成為業(yè)界亟待解決的難題之一。文章通過對當(dāng)前軟巖隧道變形特征及處治措施的分析入手，剖析了當(dāng)前當(dāng)前軟巖支護(hù)中存在的問題，提出了基于讓壓原理的軟巖大變形支護(hù)設(shè)計(jì)理論與方法，并據(jù)此建立了新型的讓壓支護(hù)體系。從讓壓支護(hù)體系中讓壓錨桿的基本作用機(jī)理出發(fā)，對讓壓支護(hù)系統(tǒng)的各組成構(gòu)件、關(guān)鍵技術(shù)等問題進(jìn)行了深入探討，指出了讓壓支護(hù)技術(shù)的下一步研究方向。關(guān)鍵詞：軟巖隧道，讓壓；大變形；支護(hù)體系DiscussiononApplica

2、tionofYieldingSupportingTechnologyforLarge-DeformationinSoftRockTunnelWANGE2,WUDexing3XUJinqiang1(1.PumpedstorageengineeringcenterofZheJiangprovinceHangzhou,310014;2.LaboratoryofTransportationTunnelEngineering,SouthwestJiaotongUniversity,Chengdu610031；3.ZhejiangProvincialInstituteofCommunicationsPla

3、nning,Design&Research,Hangzhou,310006)Abstract:Asthetunneltobelongeranddeeper,crossedthehighintensityearthquakezoneinthewest,thelargedeformationofsoftrockinhighgeostressandearthquakezoneisincreasinglyprominent.Howtoeffectivelycopewiththesedisastersisoneoftheproblemsurgentlytobesolved.Analysisont

4、hedeformationcharacteristicsandprocessingmeasuresofsoftrocktunnel,pointoutthecurrentproblemsexistinginthesoftrocksupportingsystem,thenproposedthedesigntheoryandmethodoflargedeformationinsoftrockbasedontheprincipleofyieldingsupport,andestablishedanewtypeofyieldingsupportsystem.Basedontheyieldingbolt&

5、#39;smechanisminyieldingsupportsystem,deeplydiscussionsaboutthevariouscomponentsandkeytechnologiesoftheyieldingsupportsystem,andsoon,thenputforwardfutureresearchdirectionofyieldingsupporttechnology.Keywords:softrocktunnel;yieldingsupport;largedeformation;supportingsystem1問題的提出在我國西部山區(qū)，分布有大范圍的軟巖地層，其中千

6、枚巖的分布極為廣泛，如蘭新鐵路線上的烏鞘嶺隧道1、在建蘭渝鐵路線上的木寨嶺隧道2、紙坊隧道；四川省境內(nèi)318線上的鵬鵲山隧道3及5.12強(qiáng)震區(qū)內(nèi)在建的廣（元）甘（肅）、汶（川）馬（爾康）等多條高速公路隧道等4，該類巖體具有強(qiáng)度低、性狀差、遇水易軟化等特點(diǎn)，加之近年來隨著隧道向長、大、深埋方向的發(fā)展，穿越高地應(yīng)力、高烈度區(qū)軟巖隧道建設(shè)過程中大變形災(zāi)害問題凸顯，嚴(yán)重危及了隧道施工及運(yùn)營安全。根據(jù)對已有大量軟巖隧道的現(xiàn)場監(jiān)測資料分析表明5:該類隧道施工過程中，因圍巖自承載能力弱，自穩(wěn)時間短，導(dǎo)致開挖后應(yīng)力調(diào)整階段圍巖變形速度快、變形量大，且應(yīng)力調(diào)整階段完成后，在應(yīng)力相對穩(wěn)定狀態(tài)下圍巖蠕變變形量較大，

7、故積累的總變形量也較大，一般均大于200mm,有的可達(dá)500mm,甚至在1000mm以上；而處于高烈度區(qū)的軟巖隧道除受隧道開挖后應(yīng)力的調(diào)整影響外，施工中的爆破振動及地震或后期余震的動力影響也將可能進(jìn)一步加大圍巖支護(hù)的變形量進(jìn)而誘發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，典型的案仞0口穿越5.12核心斷裂帶的廣甘路杜家山隧道6,在余震作用下軟巖變形突然增大進(jìn)而誘發(fā)了新的塌方（圖1）。圖1余震引起的塌方及襯砌破壞截至目前，鐵路、公路隧道雖出現(xiàn)了大量的軟巖大變形問題并開展了相關(guān)研究，但并未形成一套行之有效的技術(shù)保障體系。而支護(hù)方式的選擇受到諸多因素的限制，長期以來大多采用強(qiáng)支護(hù)以達(dá)到抑制變形的目的（如表1）7-12,支護(hù)參數(shù)的設(shè)計(jì)往

8、往突破了鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范或公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范中推薦值。如烏鞘嶺隧道大變形段采用45cm厚的初期支護(hù)，80cm后的二襯等大剛度支護(hù)措施1,12;廣甘路上的軟巖隧道，同樣采用了剛性極強(qiáng)的支護(hù)參數(shù)13-14。而支護(hù)方式及工藝材料方面大多采用常規(guī)的傳統(tǒng)模式，即噴碎+普通剛性錨桿+鋼拱架聯(lián)合支護(hù)。但軟巖隧道隨著開挖過程中應(yīng)力的逐漸釋放，巖體的持續(xù)流變以及遇水后表現(xiàn)出的膨脹等特性使得圍巖形變及荷載持續(xù)增加，支護(hù)體系的受力逐步增大，同時處于高烈度震區(qū)的軟巖隧道圍巖-結(jié)構(gòu)還將可能受到地震等動力荷載的附加作用，采用的強(qiáng)支護(hù)措施往往難以抑制持續(xù)增長的形變壓力，對于普通剛性錨桿常因不能適應(yīng)圍巖的變形而被拉斷失效，鋼拱

9、架因受荷過大而產(chǎn)生扭曲或剪斷，噴射碎出現(xiàn)開裂等現(xiàn)象（圖2）,傳統(tǒng)的支護(hù)方式及工藝在日益復(fù)雜多變的工程中受到了極大的挑戰(zhàn)，基于支護(hù)材料及其工藝更新的新型支護(hù)體系亟待提出。（b）鋼拱架扭曲變形圖2軟巖大變形強(qiáng)支護(hù)后破壞圖因此，對于軟巖大變形隧道應(yīng)改變傳統(tǒng)的“強(qiáng)支硬頂”治理思維模式，不能一味的采用剛度大、支護(hù)強(qiáng)、費(fèi)用高的支護(hù)手段以抑制圍巖的變形15,而應(yīng)在施工過程中及時進(jìn)行支護(hù)以控制圍巖早期變形的同時，讓圍巖的形變能得以適當(dāng)釋放，這就要求支護(hù)體系除能提供較高的支護(hù)阻力外，還應(yīng)具有一定的延伸性以適應(yīng)變形的需要，此處要求的延伸性不是以削弱支護(hù)體系的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，降低支護(hù)體系的承載能力為代價，而是要求支護(hù)體系

10、自身在保持恒阻的條件下，通過設(shè)置特殊的讓壓裝置來實(shí)現(xiàn)?？紤]到錨桿在大變形隧道支護(hù)體系中是極為重要的也是易于破壞的承載單元，因此，本文以其為切入點(diǎn)，從對新型讓壓錨桿的基本原理分析入手，通過對軟巖隧道大變形破壞特征及現(xiàn)行支護(hù)體系特點(diǎn)的探討，提出基于讓壓原理的新型支護(hù)體系及其設(shè)計(jì)方法，成果有望為我國大變形軟巖隧道的支護(hù)設(shè)計(jì)開辟新的蹊徑。表1國內(nèi)外典型軟巖大變形隧道支護(hù)措施統(tǒng)計(jì)隧道名稱巖性大變形特征支護(hù)措施辛普倫I線隧道全風(fēng)化石灰質(zhì)云母片巖在竣工若干年后，發(fā)生橫通道邊墻、拱部和隧底破裂、隆起圍巖壓力大地段采用工字鋼梁，并在鋼梁空隙間回填速凝混凝土阿爾貝格隧道巖石主要為千枚巖、片麻石，局部為含糜棱巖的片

11、巖、綠泥巖最大埋深740m,局部地段產(chǎn)生了2035cm的支護(hù)位移，變形速度最大達(dá)11.5cm/d設(shè)計(jì)初期支護(hù)為噴射混凝土厚2025cm,錨桿長13m,同時安設(shè)可縮鋼架陶恩隧道綠泥巖、千枚巖施工中在千枚巖和綠泥巖地段發(fā)生了大變形，產(chǎn)生了50cm（一般）及120cm（最大）的位移，最大位移速度達(dá)20cm/d初期采用4m長錨桿，25cm噴層，36kg/m的鋼支撐；后期錨桿改為6m,采用縱向伸縮縫，可縮支撐中屋隧道（日本）膨脹性凝灰?guī)r拱頂下沉及凈空位移達(dá)132mnf口215.3mm,錨桿軸力達(dá)180KN,部分錨桿被拉斷，襯砌出現(xiàn)裂縫加厚噴層，9m長錨桿，底部和底腳打錨桿，增大錨桿密度關(guān)角鐵路隧道通過大

12、小斷層17條，隧區(qū)沉積巖、巖漿巖、變質(zhì)巖均有出露最大變形達(dá)50cm,噴射混凝土剝落掉塊，拱架嚴(yán)重變形、扭曲噴層25cm,拱墻設(shè)小8鋼筋網(wǎng)，全斷面設(shè)2幅/m的I16型鋼鋼架，每幅鋼架底部設(shè)I16橫撐家竹箸隧道泥質(zhì)砂巖、頁巖及煤層煤系地層長達(dá)390m范圍發(fā)生大變形，拱頂下沉240cm,邊墻內(nèi)移160cm,底鼓80100cm；鋼拱架嚴(yán)重變形，噴層裂開剝落噴層250mm+150mm8m長錨桿，可縮式鋼架，55cm+25cm層鋼纖維硅木寨嶺公路隧道炭質(zhì)板巖夾泥巖，局部泥化軟弱斷層破碎帶埋深約12OmT重地段拱頂下沉量累計(jì)達(dá)155cm,在部分地段初期支護(hù)進(jìn)行了二次換拱，特殊地段換拱達(dá)4次自進(jìn)式錨桿長810

13、m,間距0.5*0.5m,鋼拱架采用122b0.5m,噴砂厚度25cm,設(shè)鋼筋網(wǎng)，超前支護(hù)采用42小導(dǎo)管注漿0.3m；二襯采用60cm鋼筋硅。烏鞘嶺隧道千枚巖初支下沉量較大，日下沉量在20mm以上，襯砌前的總下沉量在150mm左右正洞大變形段初期支護(hù)分2層（25+20cm）,分兩次施做，二襯采用80cm厚的鋼筋碎結(jié)構(gòu)，其余地段采用大剛度支護(hù)涼風(fēng)婭隧道灰?guī)r、沙頁巖互層，高地應(yīng)力在原坍方范圍右洞左側(cè)（靠左洞一側(cè)）拱墻交接處出現(xiàn)了約40cm的大變形。噴層25cm,錨桿注漿,施加20b型鋼鋼架，間距40cm,46m長的自進(jìn)式中空錨桿（0.8*0.8m）,55cm厚的鋼筋硅結(jié)構(gòu)杜家山隧道千枚巖最大變形量

14、達(dá)50cm,初襯噴射碎開裂、鋼拱架扭曲、剪斷現(xiàn)象嚴(yán)重，二襯開裂噴層30cm,I22b鋼架間距40cm,二襯采用厚60cm鋼筋碎2.軟巖隧道的大變形破壞特征及支護(hù)特點(diǎn)分析根據(jù)對國內(nèi)外大量軟巖隧道的統(tǒng)計(jì)分析表明，軟巖巖體及大變形災(zāi)害存在如下特點(diǎn)：2.1 軟巖基本特性（1）巖體強(qiáng)度低、遇水軟化、應(yīng)力強(qiáng)度比高：一般以頁巖、泥巖、千枚巖等為代表的軟巖地層,開挖暴露后易風(fēng)化、遇水易軟化，在應(yīng)力強(qiáng)度比高的地段容易發(fā)生塑性大變形現(xiàn)象。(2)巖體層間結(jié)合差、易滑塌：以千枚巖為代表的軟弱巖體，層間粘結(jié)力較低，尤其在絹云母富含較高的情況下，層間滑脫現(xiàn)象明顯，開挖后周邊巖體極易沿結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生松弛、滑移和墜落等變形破壞現(xiàn)

15、象。(3)巖體具有一定的膨脹性和流變特性，變形持續(xù)時間長，形變荷載大。(4)處于強(qiáng)震區(qū)的軟弱巖體經(jīng)強(qiáng)烈地震動力作用后，揉搓損傷現(xiàn)象明顯，產(chǎn)狀紊亂，擠壓破碎現(xiàn)象嚴(yán)重，裂隙貫通性好。2.2 大變形的基本特點(diǎn)(1)總體變形以向洞內(nèi)擠出為主，變形量大、持續(xù)時間長，以廣甘路獲取的現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)來看，最大形變量達(dá)50cm4;若考慮軟巖的流變特性，后期隨著時間的推移隧道變形收斂值仍將會有較大的增長趨勢。(2)災(zāi)害主要表現(xiàn)為初噴混凝土開裂、鋼拱架扭曲乃至侵界，嚴(yán)重時伴有掌子面坍塌的發(fā)生(圖1、2)。(3)隧道變形收斂速率高，圍巖自穩(wěn)能力差，在很短時間內(nèi)，圍巖將對初期支護(hù)產(chǎn)生較大的壓力，且形變壓力隨時間的增長不斷

16、增大。2.3 支護(hù)特點(diǎn)分析為應(yīng)對軟巖胴室的大變形問題，“強(qiáng)支護(hù)”及“及時支護(hù)”已成為現(xiàn)今其處置措施的主要技術(shù)手段，以此設(shè)計(jì)思路為理念，導(dǎo)致現(xiàn)今軟巖隧道大變形支護(hù)具有如下特征：(1)軟巖變形段基本都采用極強(qiáng)的以被動承壓的支護(hù)手段進(jìn)行控制，該類支護(hù)剛度大、延展性差、抗震性能低，若遇超出承載能力的壓力或偶然荷載(如地震、爆破荷載等)發(fā)生時極易產(chǎn)生如噴碎開裂、剝落、錨桿拉斷、鋼拱架扭曲等破壞，如某公路隧道軟巖大變形段采用強(qiáng)支護(hù)方案后二襯在余震作用下能量積聚而產(chǎn)生了裂縫(圖3)圖3鋼拱架扭曲及二襯開裂圖(2)為控制變形的進(jìn)一步發(fā)展，大變形段二襯一般及時跟進(jìn)，由于二襯基本采用現(xiàn)場模注生成，早期強(qiáng)度未達(dá)標(biāo)準(zhǔn)

17、時，形變壓力已持續(xù)作用上來，導(dǎo)致二襯產(chǎn)生開裂進(jìn)而影響后期承載(圖3)；(3)部分隧道采用了主動讓圍巖變形的支護(hù)手段，但主動變形僅限于鋼拱架部分，如阿爾貝格隧道、陶恩隧道。由于支護(hù)是一含噴砂+錨桿及鋼拱架的復(fù)雜體系，變形過程中上述各部分是一相互協(xié)調(diào)的綜合體，因此，僅容許鋼拱架產(chǎn)生相應(yīng)的變形難以達(dá)到預(yù)期效果，支護(hù)體系變形量不協(xié)調(diào)時易出現(xiàn)錨桿拉斷、初噴碎開裂、剝落掉塊等現(xiàn)象，如中屋隧道。因此，對于軟巖大變形隧道，控制變形過程中既要克服一味的采用強(qiáng)支護(hù)的被動承載手段，又要在特定承載能力條件下容許支護(hù)體系產(chǎn)生一定的協(xié)調(diào)變形，這就需要對支護(hù)系統(tǒng)尤其是初期支護(hù)體系中諸如錨桿、噴碎等進(jìn)行適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)，以便與可伸

18、縮的鋼拱架產(chǎn)生共同的協(xié)調(diào)變形，達(dá)到圍巖-支護(hù)穩(wěn)定與節(jié)約工程造價并舉的目的，即在原有的“強(qiáng)支護(hù)”、“及時支護(hù)”的基礎(chǔ)上增加了“讓壓支護(hù)”的理念。3讓壓支護(hù)技術(shù)在軟巖隧道工程中的作用機(jī)理分析一般來說，初期支護(hù)是承載結(jié)構(gòu)，二次襯砌主要作為安全儲備，因此，永久支護(hù)一般都是在初期支護(hù)變形停止后進(jìn)行的。顯然，通過強(qiáng)支護(hù)來阻止圍巖變形的努力(所謂“抵抗原則”)將會誘發(fā)圍巖抵抗的真實(shí)壓力，其量值將可能超出結(jié)構(gòu)可控范圍，進(jìn)而誘發(fā)風(fēng)險(xiǎn)16-17。因此，總結(jié)已有的工程經(jīng)驗(yàn)，圍巖大變形的隧道支護(hù)原則應(yīng)如下：(1)及時支護(hù)為了保證圍巖的承載能力，開挖后必須及時支護(hù)，盡快將圍巖的松動圈轉(zhuǎn)變?yōu)槌休d拱。(2)強(qiáng)支護(hù)軟巖大變形

19、隧道中應(yīng)力水平均是比較高的，支護(hù)荷載很大，要求支護(hù)結(jié)構(gòu)具有比較高的強(qiáng)度；為了控制和限制隧洞的變形，需要及時進(jìn)行強(qiáng)支護(hù)。(3)讓壓支護(hù)所謂讓壓，即是在保持結(jié)構(gòu)恒定承載能力及安全的條件下，允許其產(chǎn)生一定的位移量以釋放部分圍巖壓力及動荷載作用時積累的能量，待讓壓量釋放完畢后，結(jié)構(gòu)隨變形的進(jìn)一步加大而持續(xù)承載直至破壞。因此，基于讓壓原理的支護(hù)技術(shù)在大變形軟巖隧道或地震等動荷載作用下應(yīng)滿足兩方面的要求，首先要保障初支系統(tǒng)能提供恒定的高支護(hù)阻力抑制圍巖變形而不會破壞，另一方面充分發(fā)揮圍巖的自承載能力，即做到“支”中有“讓”，“讓”中有“支”，“支、讓”聯(lián)合，具體原理圖如圖4所示。圖4讓壓支護(hù)原理圖圖中1為

20、圍巖特性曲線，2、3為不同支護(hù)的力學(xué)特性曲線，2或3與1的交點(diǎn)即為該種支護(hù)與圍巖共同工作的節(jié)點(diǎn)。從圖中可以看出，可供選擇的支護(hù)途徑有兩條：一是如曲線3所示，加大支護(hù)剛度，提高支護(hù)阻力以減小軟巖隧道的圍巖變形，具體措施有采用重型密集的鋼架、加厚噴層碎、加密錨桿間距和增大錨桿長度等；二是如曲線2所示，支護(hù)對圍巖仍保持較高的工作阻力以阻止圍巖的變形，同時支護(hù)本身又有一定的可縮性，以適應(yīng)圍巖的變形。比較兩種支護(hù)方式可以看出，由于第二種支護(hù)具有特定的讓壓變形裝置，保持軟巖大變形隧道圍巖穩(wěn)定所需支護(hù)阻力和剛度較第一種支護(hù)明顯減弱，因而比較經(jīng)濟(jì)合理。3.1 讓壓錨桿的應(yīng)用現(xiàn)狀及基本特點(diǎn)探討讓壓錨桿是指在錨桿

21、中安裝一種特定的讓壓裝置，在被支護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)生大變形時，通過讓壓裝置使錨桿體產(chǎn)生與巖土體相適應(yīng)的變形，避免錨桿體拉斷失效，保持支護(hù)作用，它是一種可以有效地控制復(fù)雜多變而又難以支護(hù)的大變形巖土工程的特定錨桿(圖5)。讓壓錨桿受力變形的特點(diǎn)是當(dāng)巖土體的變形量加大到使錨桿承受的拉力超過其設(shè)計(jì)的屈服力時，錨桿體會在保持拉力為定值不變的情況下自動“伸長”，此時，錨桿變形會隨著巖土體變形持續(xù)增長而拉力值則維持固定不變，直到為錨桿設(shè)定的讓壓量耗盡，而拉力則尚在繼續(xù)增加時才會導(dǎo)致最終拉斷(圖6)。這樣，讓壓錨桿的讓壓變形具有調(diào)整圍巖開挖后的應(yīng)力重分布并具有更好地控制巖體大變形的作用，有利于巖體的長期持續(xù)穩(wěn)定。讓壓

22、裝置的讓壓變形作用有利于防止錨桿體過早地進(jìn)入屈服階段，對錨桿桿件具有保護(hù)作用，確保了錨桿體在支護(hù)持續(xù)期間不致失效或破壞。讓壓錨桿的讓壓系統(tǒng)釋放了圍巖過高的變形能，在恒定支護(hù)抗力下產(chǎn)生桿體變形，還能夠主動控制圍巖過大的變形量。讓壓錨桿用于震區(qū)隧道而言，其作用機(jī)理則是利用其柔性特點(diǎn)，當(dāng)動荷載迫使巖土體產(chǎn)生位移時，讓壓錨桿在保持支護(hù)力不變的狀態(tài)下允許巖土體位移，以巖土體的位移動能來削減動荷載的峰值，釋放了能量，降低了震動作用，達(dá)到提高工程抗震的目的。墊板連接套筒螺母讓壓錨具三壬三比三三最大讓壓行程內(nèi)錨段外錨段錨桿全長光面中空鉆桿體ZG2型）桿體中空外錨段（可滑移段）犧牲鉆頭桿體內(nèi)腔（注漿通道）中空鉆

23、桿（螺紋表面，ZG1型）圖5讓壓錨桿示意圖（a）典型變形特征曲線（b）有無讓壓管錨桿的比較（據(jù)捷馬公司）圖6讓壓錨桿的變形特征曲線讓壓錨桿的出現(xiàn)最早始于我國的煤礦行業(yè)，因開采的礦井向深部延伸，出現(xiàn)了越來越多的埋藏深度大、地應(yīng)力高及受回采動壓影響的巷道，加之以煤層為主的巖體強(qiáng)度低、自穩(wěn)時間短、能力差,巷道掘進(jìn)過程中出現(xiàn)了大量的大變形問題，傳統(tǒng)的支護(hù)方式已難以控制巷道的穩(wěn)定性，錨桿也常因不能適應(yīng)巷道的圍巖變形而出現(xiàn)拉斷失效現(xiàn)象，其支護(hù)問題一直是我國煤炭行業(yè)的棘手難題，而讓壓錨桿的出現(xiàn)使得上述問題得到了根本性改觀。國內(nèi)外對于讓壓錨桿的研究有近30年的歷史，但最初讓壓大多借助于材料自身的性能或通過形狀

24、的改變來實(shí)現(xiàn)，如采用延伸率較大的材質(zhì)或用桿體彎曲的波浪型、蛇形錨桿18,但前者對材質(zhì)要求較高，初錨力較低、變形參數(shù)難以控制；而后者讓壓量不甚合理、施工困難，難以保證整個支護(hù)系統(tǒng)的有效性。為此美國捷馬公司和國內(nèi)圖強(qiáng)公司結(jié)合已有讓壓錨桿的特點(diǎn)，研發(fā)了新型的可預(yù)先設(shè)計(jì)讓壓量的高預(yù)應(yīng)力、高強(qiáng)度讓壓錨桿（圖7）19,并在我國煤礦系統(tǒng)中得到了的應(yīng)用，取得了良好的支護(hù)效果，有效控制了巷道中的大變形問題20-21。但由于其研發(fā)及應(yīng)用的時間并不長，目前讓壓錨桿的應(yīng)用主要集中在煤炭工程領(lǐng)域中，而在鐵路、公路隧道中極為少見，究其原因主要有以下兩點(diǎn)：一是交通領(lǐng)域中大變形問題并不像煤礦系統(tǒng)中那么突出，導(dǎo)致對于變形支護(hù)技

25、術(shù)的重視程度及支護(hù)理論認(rèn)識不夠深入；二是兩者之間的支護(hù)理念存在較大的差異，礦業(yè)系統(tǒng)中一般僅施做一次支護(hù)，即所謂的初次襯砌，且大多作為臨時支護(hù)，使用周期較短；而交通隧道中現(xiàn)行的支護(hù)系統(tǒng)一般均采用初襯及二襯共同作用的復(fù)合式襯砌，且初支作為最初的承載單元后期將作為永久支護(hù)的一部分，同時，要求結(jié)構(gòu)的使用壽命一般在50-100年間，因此，無論從結(jié)構(gòu)體系的復(fù)雜性及使用功能方面都對基于讓壓錨桿的支護(hù)技術(shù)提出了更高的要求，讓壓支護(hù)技術(shù)在交通隧道領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用還有待于進(jìn)一步研發(fā)改進(jìn)。圖7捷馬及圖強(qiáng)公司研發(fā)的新型讓壓錨桿3.2 基于讓壓原理的支護(hù)體系設(shè)計(jì)及其關(guān)鍵技術(shù)問題的探討3.2.1 讓壓支護(hù)體系的基本組成正

26、如前述，一般的支護(hù)系統(tǒng)是以含錨桿、拱架及初噴碎的綜合體，在圍巖大變形過程中，一般要求該體系能與圍巖發(fā)生統(tǒng)一的協(xié)調(diào)變形，這就要求整個初期支護(hù)系統(tǒng)中各部分均能發(fā)生相應(yīng)的變形，形成徑向和環(huán)向的協(xié)調(diào)同步，為實(shí)現(xiàn)此目的，設(shè)計(jì)了如圖9所示的支護(hù)體系。系統(tǒng)中錨桿采用讓壓型，鋼支撐與噴層碎采用專門設(shè)計(jì)的讓壓控制器來實(shí)現(xiàn)讓壓變形。具體實(shí)施中有兩種方式可實(shí)現(xiàn)，第一種為初支系統(tǒng)中鋼拱架與噴射碎分段與讓壓控制器連接，二者統(tǒng)一協(xié)調(diào)變形，在此種方式下，可縮讓壓組件根據(jù)實(shí)際需要并結(jié)合地質(zhì)條件等可設(shè)計(jì)為多個，待支護(hù)發(fā)揮一定作用，壓力達(dá)到一定量值后可按設(shè)計(jì)讓壓量進(jìn)行壓縮，此時錨桿、鋼拱架及噴射碎將共同變形，若錨桿讓壓量設(shè)計(jì)為A

27、R的話，則噴射碎及鋼拱架可壓縮裝置的壓縮總量為2兀AR=A1+A2+A3+A4,讓壓控制器的設(shè)置部位應(yīng)根據(jù)大變形和地應(yīng)力分布情況（自重應(yīng)力為主還是構(gòu)造應(yīng)力為主）合理布設(shè)；第二種方式為鋼拱架與噴碎分開獨(dú)立設(shè)置，此時鋼拱架即為常規(guī)的可縮式鋼架，而噴射碎則與前述的分段讓壓設(shè)置相似，具體如圖9所示，此時錨桿及鋼拱架的讓壓量相同2兀AR,僅噴射讓壓錨桿讓壓控制器讓壓型錨桿碎可壓縮裝置的壓縮總量為2兀AR=A1+A2+A3+A4。圖8基于讓壓原理的支護(hù)系統(tǒng)葉；HUBS可壓縮單元可壓縮單元u型拱架或其它可壓縮型拱架（a）鋼拱架與噴碎分段連接鋼拱架（b）鋼拱瑞|啾徵即殳置圖9可縮讓壓裝置的連接方式從支護(hù)體系的

28、組成可以看出，讓壓支護(hù)技術(shù)包括洞室徑向讓壓技術(shù)、環(huán)向讓壓技術(shù)，其協(xié)同工作，提高了地下洞室支護(hù)的可靠性。支護(hù)體系包括讓壓錨桿、讓壓控制器或采用可縮性鋼拱架組成了一個讓壓支護(hù)系統(tǒng)，形成徑向和環(huán)向的協(xié)調(diào)同步變形，是對付高應(yīng)力大變形的有效手段。而體系中鋼拱架及讓壓控制器的實(shí)現(xiàn)與否是其關(guān)鍵所在，故此，本文對其進(jìn)行分別分析如下：（圖讓壓管1）讓壓控制器設(shè)計(jì)：讓壓控制器主要由定位鋼、讓壓器、承載板組成，該裝置為一個有一組讓壓管組成的盒子（圖10）,可分段與初支系統(tǒng)中的鋼拱架及噴射碎連接，統(tǒng)一協(xié)調(diào)變形8）,也可安裝在初期噴射混凝土層中和模筑混凝土層中，讓壓量及承載力的設(shè)計(jì)可根據(jù)現(xiàn)場需求制定。依據(jù)上述理念，杭州

29、圖強(qiáng)工程材料有限公司已研發(fā)出相應(yīng)的產(chǎn)品系列，并進(jìn)行了多組室內(nèi)試驗(yàn)，研發(fā)的讓壓控制器實(shí)現(xiàn)了不同讓壓量與讓壓荷載的多重組合。圖10讓壓控制器2）鋼拱架設(shè)計(jì)：讓壓支護(hù)體系中鋼拱架讓壓的實(shí)現(xiàn)一般可通過兩種途徑實(shí)現(xiàn)，第一種為采用可伸縮的U型可縮型拱架來實(shí)現(xiàn)（圖11）,其基本原理是靠鋼架接頭之間扣件一定預(yù)緊力產(chǎn)生磨阻力來使鋼架滑移，目前采用較為廣泛；另外一種為可通過專門的讓壓控制器來實(shí)現(xiàn)（圖9）。圖11U型可縮型拱架3.2.2 讓壓支護(hù)體系中關(guān)鍵技術(shù)問題的探討從前述分析可知，讓壓支護(hù)體系中仍存在如下關(guān)鍵技術(shù)問題有待于進(jìn)一步研究探討:(1)合理讓壓量的設(shè)計(jì)問題：從圖8中可以看出，隧道開挖后產(chǎn)生的位移量應(yīng)有3

30、部分組成：開挖之初的圍巖自由變形量U1,初支施做后圍巖-支護(hù)共同變形U2,達(dá)到一定支護(hù)阻力后的恒阻讓壓量U3,但如何合理設(shè)計(jì)上述三個變形量之間的關(guān)系，特別是讓壓量U3合理量值的設(shè)計(jì)是保證圍巖變形穩(wěn)定及支護(hù)結(jié)構(gòu)合理性的關(guān)鍵指標(biāo)。(2)讓壓支護(hù)系統(tǒng)的變形協(xié)調(diào)及穩(wěn)定性問題：支護(hù)系統(tǒng)是由讓壓錨桿、讓壓控制器、鋼拱架及噴射碎組成的聯(lián)合體，上述各構(gòu)件如何實(shí)現(xiàn)變形協(xié)調(diào)統(tǒng)一是未來設(shè)計(jì)及施工中應(yīng)重點(diǎn)解決的關(guān)鍵技術(shù)問題，尤其安裝若干個讓壓控制器的支護(hù)系統(tǒng)在軟巖大變形不均勻條件下能否保持穩(wěn)定性也將是未來該系統(tǒng)能否廣泛推廣的關(guān)鍵技術(shù)之一。(3)讓壓點(diǎn)的設(shè)計(jì)：即讓壓支護(hù)體系中的起始載荷，一般大變形軟巖隧道中，由于讓壓點(diǎn)

31、的大小應(yīng)保證各構(gòu)件隧道開挖過程中的總載荷小于其實(shí)際屈服極限。以保證讓壓系統(tǒng)中各構(gòu)件在支護(hù)過程中不發(fā)生屈服破壞。尤其在有動荷載產(chǎn)生的地方，在考慮靜力讓壓的基礎(chǔ)上，應(yīng)為動壓變形留有充分的余地。(4)讓壓載荷的恒阻穩(wěn)定性問題：在軟巖大變形隧道中的讓壓支護(hù)系統(tǒng)應(yīng)具有“強(qiáng)支護(hù)、及時支護(hù)與讓壓支護(hù)”聯(lián)合作用的特點(diǎn)，讓壓時不能以削弱支護(hù)力為代價，而是要求系統(tǒng)讓壓與恒阻支護(hù)相結(jié)合，即一旦支護(hù)系統(tǒng)開始讓壓，各構(gòu)件的載荷需保持基本穩(wěn)定，過大的載荷下降會導(dǎo)致支護(hù)效果不佳而可能誘發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，據(jù)已有研究資料，讓壓穩(wěn)定性的標(biāo)準(zhǔn)可以用讓壓穩(wěn)定系數(shù)來衡量。4結(jié)語通過文中對處于高地應(yīng)力及高烈度地區(qū)的軟巖隧道當(dāng)前支護(hù)技術(shù)及讓壓技術(shù)的

32、分析，得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：(1)目前鐵路、公路隧道中針對圍巖大變形問題主要采用“強(qiáng)支硬頂”的支護(hù)手段，抑制圍巖變形的同時誘發(fā)了極大的圍巖形變壓力，導(dǎo)致隧道建成之初支護(hù)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了諸如襯砌開裂、拱架扭曲等災(zāi)害問題。(2)基于讓壓理念的支護(hù)系統(tǒng)在圍巖大變形支護(hù)過程中應(yīng)采用“及時支護(hù)、強(qiáng)支護(hù)與讓壓支護(hù)”的基本原則，即保持一定支護(hù)阻力維持圍巖穩(wěn)定的同時，允許圍巖-支護(hù)系統(tǒng)產(chǎn)生相應(yīng)的協(xié)調(diào)變形。(3)讓壓支護(hù)技術(shù)的進(jìn)一步推廣有待于眾多關(guān)鍵技術(shù)的進(jìn)一步解決，關(guān)鍵技術(shù)包括：如何保持讓壓支護(hù)系統(tǒng)的變形協(xié)調(diào)性及穩(wěn)定性，如何合理設(shè)計(jì)圍巖自由變形量、圍巖-支護(hù)共同變形量及恒阻讓壓量三者之間的關(guān)系、如何合理確定讓壓荷載及保持其穩(wěn)定等等；(4)讓壓支護(hù)體系是一個復(fù)雜的綜合系統(tǒng)，其中涉及的諸如讓壓錨桿、讓壓控制器及可縮鋼拱架等各構(gòu)件的傳力機(jī)理及其相應(yīng)的構(gòu)造有待于進(jìn)一步開展深入研究。截止目前，對于讓壓錨桿國內(nèi)外研究相對較多，如美國的捷馬公司和杭州圖強(qiáng)工程材料有限公司研發(fā)了多類型的讓壓錨桿，而對于讓壓控制器目前國內(nèi)外研究較少，國內(nèi)僅杭州圖強(qiáng)公司目前開展了系列試驗(yàn)，但利用其組成的讓壓支護(hù)系統(tǒng)尚有待進(jìn)一步現(xiàn)場驗(yàn)證。參考文獻(xiàn)：1李國良朱永全烏鞘嶺隧道高地應(yīng)力軟弱圍巖大變形控制技術(shù)J鐵道工程學(xué)報(bào)20083(114)54-592劉高張帆宇李新召等木寨嶺隧道大變形特征及機(jī)理分析J巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)200524(增2)5