公路隧道在特殊地質條件下施工技術研究

韓俊杰 曹留建

（登封市公路工程處，河南 登封452470）

0 緒論

（1）發展背景

改革開放三十年來，我國經濟得到了快速地發展。隨著經濟發展的需求，大量的高速公路網近年來被快速的建設起來。隨著公路技術的發展，原有的一些不適宜建設隧道的地區逐漸開始進行公路建設。關于一些偏遠地區因為山地以及特殊地質條件逐漸由于經濟發展得需要開始逐漸建設公路網絡[1]。

（2）隧道支護研究現狀

新奧法作為近些年來比較流行的隧道支護方法，被廣泛運用在公路隧道建設中。關于一些特殊地質條件，新奧法的獨特施工技術更加有效地保證了施工技術方面的要求。但是新奧法仍然有自己先天性的缺陷，這些缺陷會導致隧道施工技術低下，無法保證隧道施工建設要求。現有的隧道支護技術主要有以下幾個方面：

1）鋼拱架[2]：近些年來由于我國鋼鐵產量的大幅增加，鋼拱架技術被大量用于隧道支護技術。鋼拱架主要包含了格柵鋼架以及型鋼鋼拱。

2）噴錨技術[3]；隨著噴層材料以及錨桿材料的快速發展，噴錨技術被廣泛運用于特殊地質條件下的隧道建設中。自上世紀九十年代以來，我國常用混凝土噴層與錨桿結合進行支護。

3）聯合支護方法[4]：新奧法在實際使用中不斷地發展引申，最終得到了聯合支護方法。現在常見的聯合支護方法有：長錨桿柔性支護、錨噴技術以及錨噴網技術。

在特殊地質條件下的隧道施工技術上述支護技術有著極其嚴格的要求，對現有的隧道支護技術進行經驗總結對今后隧道施工中的技術方案選擇有著比較重要的要求。

1 軟弱圍巖條件下的隧道工程特性研究

1.1 軟弱圍巖力學特性

軟弱圍巖由于其自身較高的泥質含量以及巖體的獨特力學特性使得軟弱圍巖具有極易產生變形的顯著特點。軟弱圍巖的主要力學特性有：

（1）崩解性：在水的作用下，軟弱圍巖容易由于水的作用最終導致圍巖結構失效。最終導致軟弱圍巖崩塌。

（2）流變性：一些軟弱圍巖會因為力的作用隨著時間的變化逐漸產生位移，這種性質被稱之為流變性。

（3）膨脹性：軟弱圍巖在受到力的作用以及水的作用下會產生楔劈效應，當楔劈效應大于聯結力時，會產生一定的膨脹性變化。

（4）可塑性：由于軟弱圍巖自身性質的獨特性，一旦受力產生變化后的圍巖會由于內部結構的變化導致變形無法恢復。

1.2 噴射混凝土技術的應用研究

噴射混凝土是一種較為先進的隧道圍巖支護方法。噴射混凝土主要是運用混凝土噴射機將混凝土高速的噴射在圍巖表面。噴射混凝土可以迅速的形成強度，對圍巖快速地形成強度。隨著技術的快速發展噴射混凝土技術逐漸形成了以下幾個方面：

（1）濕噴：為了保證噴射混凝土時，混凝土揚塵現象嚴重，在噴射混凝土時加入一定比例的水，保證空氣質量的方法稱之為濕噴。這種方法技能保證施工技術要求，也可以保證工人身體健康。

（2）潮噴與干噴：干噴是將混合料以高速噴射在軟弱圍巖上，以形成強度保證圍巖的穩定性，潮噴是在噴射混合料前將混合料中拌制一定比例的水，降低噴射混合料時的揚塵。

（3）混合噴射：混合噴射是將兩種噴射方式混合使用的一種施工技術，這種施工技術主要的施工要點以及施工設備與上述兩種施工技術基本相同。

1.3 錨桿技術研究應用

作為圍護軟弱圍巖的一種重要施工方法，錨桿技術主要有以下幾點力學特性：

（1）支撐圍巖：通過錨桿與圍巖之間的摩擦力，對軟弱圍巖產生一定的壓力，有效地阻止圍巖強度的繼續惡化。

（2）加固圍巖：錨桿及其注漿可以將軟弱圍巖中的破裂面以及節理裂紋粘結在一起，從而增強圍巖的力學參數。

（3）吊懸作用以及增強摩阻力：吊懸作用是將軟弱的易掉落的圍巖與穩定的圍巖結合在一起形成較為穩定的整體。增強摩阻力則可以提高軟弱圍巖的整體性。

2 特殊地質條件下的隧道監測技術的研究

2.1 監控量測的目的

為了保證軟弱圍巖條件下隧道的施工技術要求，一定要在施工過程中時刻保證監控量測。通過監控量測圍巖在各個時刻的數據，可以判斷軟弱圍巖在施工過程中的支護狀況變化以及圍巖穩定性狀態。圍巖監測的主要方面有：

（1）選測項目：常見施工中的一些檢測項目為選測項目，具體有地表下沉、圍巖壓力以及鋼支撐內力等方面。

（2）必測項目：對于一些量測項目必須進行時刻檢測測量。例如拱頂下沉、周邊位移、錨桿以及錨索內力等項目。

2.2 特殊地質條件下監測結果研究

通過對在軟弱圍巖條件下的公路隧道中的實際施工經驗進行總結，富水千枚巖層條件施工時應當注意以下幾點：

（1）在富水千枚巖層中進行公路隧道施工時，檢測測量數據中周邊收斂數據較小，要小于拱頂下沉數據。經過理論分析后，認為實際數據應該會大于測量數據，測量數據偏小主要是由于施工工序影響了量測準確性。

（2）鋼架內側壓應力經常大于拉應力，鋼架的受力較為安全且拱腳處盈利水平比較高。主要原因是由于產生了應力集中的現象。

（3）在富水千枚巖層地質條件下的公路隧道建設中，錨桿在控制圍巖變形方面效果較差，不能有效的提高圍巖的穩定性。

（4）對在富水千枚巖層條件下建設的公路隧道而言，二次襯砌所受到的應力較小。一般情況下二次襯砌所受到的應力要遠遠小于設計強度。所以按照一般施工要求進行施工只要可以保證設計強度，二次襯砌一般不會產生破壞，且穩定性較好。

3 結論

經過對現有的公路隧道施工技術以及現有的公路隧道施工監測量測技術的理論分析，本文得到了現有的公路隧道施工技術的各個優點以及缺點。結合具體施工經驗總結，得到了以下幾點結論：

（1）富水千枚巖層地區公路隧道建設中，隧道位移變形較大。主要原因是由于富水千枚巖層容易遇水軟化。具體施工過程中應當適當增大變形預留量。

（2）通過對錨桿技術的理論分析以及實際工作經驗總結發現，錨桿對富水千枚巖層條件下的公路隧道工程效果不大，現場施工過程中應當加長錨桿以滿足施工要求。

［1］楊連云.對高等級公路路線設計中若干問題的探討[J].林業科技情報，2001(5).

［2］李文明.軟弱圍巖隧道穩定性及初期支護合理性研究[D].重慶：重慶大學,2010.

［3］Oteo CS.Urban tunnels inhard soils[J].Geotechnical Engineering of Hard Soils／Soft Rocks，1993,3.

［4］徐干成，等.地下工程支護結構[M].北京：中國水利水電出版社,2002.

［5］Muir Wood，AM.The Circular Tunnel in Elastic Ground[J].Géotechnique,1976,25.