淺議公路隧道的開挖與支護(hù)方法技術(shù)

淺議公路隧道的開挖與支護(hù)方法技術(shù)

摘要：目前為了更快實現(xiàn)我國交通運輸高速化、重載化，從而大力開發(fā)和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)步伐的加快，修建大量大公路隧道越來越受到重視。本文重點分析了公路隧道的開挖與支護(hù)技術(shù)。

關(guān)鍵詞：公路隧道開挖與支護(hù)

0引言

隧道是處于復(fù)雜地質(zhì)條件下的建筑工程，它受天然形成的地質(zhì)狀態(tài)如地應(yīng)力、地質(zhì)物理參數(shù)、地下水、地質(zhì)斷層等因素和人工開挖操作如開挖方式、支護(hù)方式、支護(hù)時間等因素影響很大。由于隧道所處的地質(zhì)環(huán)境不同，其圍巖穩(wěn)定特性也不同，因此應(yīng)采用的支護(hù)方式和開挖方式也就不一樣。目前隧道的開挖方式主要有全斷面開挖方法、臺階法、臺階分部開挖法、導(dǎo)坑法、單側(cè)壁導(dǎo)坑法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法等[1，2]。全斷面開挖方法適用于一級圍巖，臺階法適用于工級圍巖，上下臺階之間的距離，能滿足機(jī)具正常作業(yè)，并減少翻渣工作量臺階分部開挖法適用于一級圍巖，一般環(huán)形井挖進(jìn)尺以為宜導(dǎo)坑法適用于級圍巖，各工序安排緊湊，能保證施工安全單雙側(cè)壁導(dǎo)坑法適用于圍巖較差、沉降需要控制的隧道。而支護(hù)方式通常采用錨噴、錨網(wǎng)噴、錨噴網(wǎng)架、錨噴網(wǎng)架注漿、鋼架支護(hù)、鋼筋混凝土支護(hù)、注漿加固和預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)等，實際應(yīng)用中常常采用多次支護(hù)、聯(lián)合支護(hù)等形式。本文重點分析了公路隧道的開挖與支護(hù)技術(shù)。

1新奧法基本思想

20世紀(jì)60年代提出的新奧法施工方法，目前已成為地下工程的主要設(shè)計施工方法之一。從70年代以來，我國在地下工程的各個領(lǐng)域中，廣泛推廣淵源于新奧法隧道施工概念而發(fā)展起來的現(xiàn)代支護(hù)新技術(shù)—噴錨支護(hù)，至今無論在理論研究還是在工程實踐中都己經(jīng)有了長足的進(jìn)步。新奧法隧道施工的主要特點有：①隧道施工的概念與傳統(tǒng)的支護(hù)理論不同，新奧法的主要原理，可解釋為這樣一種概念，即將隧道斷面周圍巖石從荷載的發(fā)生者轉(zhuǎn)變?yōu)槌休d者。②既能有效地支護(hù)圍巖，同時又允許圍巖變形。新奧法認(rèn)為，先施做薄的輔助混凝土襯砌，監(jiān)測其變形過程，待變形達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后才可修筑永久性支護(hù)。③錨噴支護(hù)應(yīng)用于破碎巖體，錨桿支護(hù)的傳統(tǒng)概念是錨桿只能用于錨固隧道上部有可能脫落的巖石，而不能用于節(jié)理發(fā)育的破碎巖體之中。④變形動態(tài)與監(jiān)測施工，新奧法通過圍巖壓力釋放來實現(xiàn)二次平衡，因此通過測量圍巖和支護(hù)變形動態(tài)，控制隧道穩(wěn)定是新奧法的核心內(nèi)容。

2隧道開挖

隧道開挖的基本原則是在保證圍巖穩(wěn)定或減少對圍巖的擾動的前提條件下，選擇恰當(dāng)?shù)拈_挖方法和掘進(jìn)方式，并應(yīng)盡量提高掘進(jìn)速度。即在選擇開挖方法和掘進(jìn)方式時，一方面應(yīng)考慮隧道圍巖地質(zhì)條件及其變化情況，選擇能很好地適應(yīng)地質(zhì)條件及其變化，并能保持圍巖穩(wěn)定的方法和方式另一方面應(yīng)考慮隧道范圍內(nèi)巖體的堅硬程度，選擇能快速掘進(jìn)，并能減少對圍巖的擾動的方法和方式。

隧道開挖方法實際上是指開挖成形方法。按開挖隧道的橫斷面分部情形來分，開挖方法可分為全斷面開挖法、臺階開挖法、留核心土臺階開挖法、分部開挖法等。臺階開挖法，一般是將設(shè)計斷面分上半斷面和下半斷面兩次開挖成型，也有采用臺階上部弧形導(dǎo)坑超前開挖的。臺階法適用于III,IV級圍巖且含軟弱夾層帶或節(jié)理發(fā)育地段。根據(jù)圍巖的破碎程度，臺階法又可分為長臺階法、短臺階法、超短臺階法。由臺階法變化而來，上臺階超前倍洞跨，主要應(yīng)用在采用短臺階法開挖遇到土質(zhì)、涌水、掌子面坍塌等段落。特點是施工調(diào)整不大，在遇到短距離圍巖變化時可優(yōu)先采用，能較快提高施工的安全性，但工序增多，進(jìn)尺較短(一般不超過1m)。分部開挖法是將隧道斷面分部開挖逐步成型，且一般將某部超前開挖，故可稱為導(dǎo)坑超前開挖法。常用的有上下導(dǎo)坑超前開挖法、上導(dǎo)坑超前開挖法、單側(cè)壁導(dǎo)坑超前開挖法等。

光面爆破在隧道工程中的應(yīng)用己經(jīng)十分廣泛，它不僅能提高隧道的掘進(jìn)速度，科學(xué)有效的控制爆破還能避免超欠挖，保證后期支護(hù)效果。光面爆破的實質(zhì)就是在隧道掘進(jìn)設(shè)計斷面的輪廓線上布置加密的周邊眼，減小藥包直徑，減少裝藥量，采用低密度和低爆速的炸藥，以控制炸藥爆破能量及其作用，降低爆炸沖擊波的峰值作用，削減它在巖石中引起的應(yīng)力波強(qiáng)度，避免在炮孔周圍產(chǎn)生壓碎區(qū)，而使爆破作用集中到需要爆落的一側(cè)巖體上，減弱對原巖體的破壞作用。

3支護(hù)方法

噴射混凝土。向洞室內(nèi)表面圍巖噴射混凝土，能使被裂隙分割的巖塊體粘接起來，保持巖塊體的咬合和鑲嵌作用，通過提高巖塊體的粘接力和摩擦力來有效的防止圍巖松動，并避免或緩和了應(yīng)力集中現(xiàn)象的發(fā)生，而且給圍巖表面以抗力和剪力，使圍巖處于有利于穩(wěn)定的三軸應(yīng)力狀態(tài)，并通過噴混凝土層自身的結(jié)構(gòu)剛度，來阻止不穩(wěn)定體的坍塌。噴射混凝土自身有一定的剛度，能夠抵抗巖土體的坍塌，并且往往和其它支護(hù)方法共同作用，承受支護(hù)結(jié)構(gòu)的受壓變形，因此噴射混凝土支護(hù)方法是現(xiàn)代隧道施工最常用的方法之一。

錨桿支護(hù)。在巖土體中打入錨桿，能約束巖土體的變形，并通過向圍巖施加壓力，使原來處于二軸應(yīng)力狀態(tài)的洞室內(nèi)表面的圍巖保持三軸應(yīng)力狀態(tài)，從而阻止了圍巖體剛度的惡化，尤其是松動區(qū)內(nèi)圍巖的剛度。通過在巖土體中的系統(tǒng)錨桿的作用，在巖土體中形成了被約束變形的巖土體加固圈，形成了能夠承受外部荷載的巖土體承載拱，與巖土體共同承受外部荷載，增強(qiáng)了巖土體的穩(wěn)定性。

掛鋼筋網(wǎng)。鋼筋網(wǎng)通常是與錨桿連接在一起使用的，由于錨桿布設(shè)有一定的間距，而錨桿約束作用之間的巖土體就非常薄弱，易發(fā)生坍落，為此在錨桿之間用鋼筋網(wǎng)連接，可以使松散的巖土塊體處于三軸應(yīng)力狀態(tài)中，保持穩(wěn)定作用。同時錨桿之間相互連接，減小了由于單個錨桿失效，造成局部坍落的可能性。

鋼支撐。鋼支撐是利用支撐結(jié)構(gòu)自身的剛度來穩(wěn)定巖土體，控制巖土體的變形，一般在工作面開挖完成后，按設(shè)計間距立刻安裝，這樣能夠充分發(fā)揮鋼支撐的作用，穩(wěn)定巖土體。鋼支撐主要用于巖土體自身穩(wěn)定性極差的地層，通常有兩種形式，一種是用鋼筋制作的格柵鋼架結(jié)構(gòu)，另一種是用型鋼制作的工字鋼支撐。并且鋼支撐經(jīng)常與噴射混凝土、錨桿、鋼筋網(wǎng)同時使用，以確保巖土體的穩(wěn)定。

注漿導(dǎo)管超前支護(hù)。超前注漿導(dǎo)管在超前支護(hù)方法上其作用類似于超前錨桿，縱向支撐松散的巖體，在隧道開挖的開挖輪廓線施做，由后部的鋼支撐和前方未開挖部分巖土體支撐起中間部分的巖土體，起縱向梁作用。同時由于通過對導(dǎo)管內(nèi)注漿和砂漿錨桿注漿，漿液將進(jìn)入巖土體的裂隙中，形成剛度較大的土層加固圈，提高了巖土體的穩(wěn)定性。這種方法對于裂隙發(fā)育的塊狀巖體效果為佳，超前注漿導(dǎo)管的對巖土體的注漿加固作用較超前錨桿效果要突出。由于向巖土體內(nèi)注入了漿液，填補(bǔ)了巖土體中裂隙，不但提高了巖上體的力學(xué)性能指標(biāo)，同時起到了防水的作用，地下水往往會降低圍巖等級，不易使巖體失穩(wěn)，發(fā)生坍塌，因此，這種方法對于含水地層的支護(hù)加固效果尤其顯著。

管棚超前支護(hù)。管棚施工方法主要用于巖土體的成拱效果極差的巖土體地層，這種地層由于地層自重，產(chǎn)生較大的巖土體側(cè)向壓力，隧道內(nèi)會發(fā)生縱向的坍塌，引起前于地層自重，產(chǎn)生較大的巖土體側(cè)向壓力，隧道內(nèi)會發(fā)生縱向的坍塌，引起前方地層的陷落。為確保進(jìn)洞的安全，首先在洞口部位施工管棚，采用直徑較大的鋼管超前布置在開挖的外輪廓線，超前的距離較大，形成縱向鋼梁的作用，可以有效的減小由于巖土體自重產(chǎn)生的側(cè)向壓力，穩(wěn)定前方地層。

4結(jié)語

新奧法施工目前己成為地下工程的主要設(shè)計施工