隧道破碎段鋼拱架單榀受力分析及預(yù)防措施

邱中原，張金鎖

（中交一航局第四工程有限公司第十五項(xiàng)目部，天津 300000）

隧道破碎段鋼拱架單榀受力分析及預(yù)防措施

邱中原，張金鎖

（中交一航局第四工程有限公司第十五項(xiàng)目部，天津 300000）

通過(guò)分析造成拱架單榀受力產(chǎn)生的原因，從多角度闡述了解決單榀受力的措施，為安全地施做軟弱圍巖隧道的初期支護(hù)提供一定的借鑒。

隧道；上臺(tái)階；單榀

1 造成單榀受力的原因分析

（1）地質(zhì)原因

造成隧道內(nèi)拱架單榀受力的最重要的自然因素就是地質(zhì)原因。

拱架單榀受力，往往表現(xiàn)為應(yīng)力集中，在破碎圍巖，尤其以裂隙發(fā)育的圍巖和含有中夾土的圍巖最為嚴(yán)重，這類(lèi)圍巖中容易出現(xiàn)完整的巨型石塊，由于開(kāi)挖而慢慢脫離原有的巖層，由于石塊不規(guī)則，往往是使其一點(diǎn)接觸到鋼拱架上，造成鋼拱架的應(yīng)力集中。

（2）上臺(tái)階超前支護(hù)與初期支護(hù)原因

破碎圍巖初期支護(hù)的過(guò)早，地應(yīng)力未有效釋放以及初期支護(hù)過(guò)晚圍巖自穩(wěn)性喪失，也會(huì)造成拱架的單榀受力。本質(zhì)原因是未能有效利用圍巖的自穩(wěn)性。

①破碎巖層一般設(shè)有超前支護(hù)，超前支護(hù)的形式以超前小導(dǎo)管支護(hù)和超前藥卷錨桿支護(hù)為主。

超前支護(hù)的一側(cè)在鋼拱架上，另一側(cè)在未開(kāi)挖的巖層里，這樣就形成了一個(gè)簡(jiǎn)支梁體系，在開(kāi)挖時(shí)可以保證圍巖的穩(wěn)定性。確保不超前挖，保證超前支護(hù)的有效范圍，是保證以后圍巖不出現(xiàn)單榀受力的主要措施。

②過(guò)早的進(jìn)行超前支護(hù)，在圍巖的應(yīng)力沒(méi)有有效的釋放之前即進(jìn)行鋼拱架的安裝，會(huì)造成過(guò)剩的圍巖應(yīng)力施加到鋼拱架上，極其容易在下臺(tái)階開(kāi)挖時(shí)導(dǎo)致上臺(tái)階鋼拱架的再次釋放，引起拱架的變形以及脫落。

③過(guò)晚的進(jìn)行初期支護(hù)，尤其是出現(xiàn)大面積的松動(dòng)、掉塊后才進(jìn)行的初期支護(hù)，就會(huì)容易出現(xiàn)鋼拱架直接覆蓋巖層的危險(xiǎn)狀況，尤其在上下臺(tái)階法開(kāi)挖中，鋼拱架在下臺(tái)階未施做前，拱腳和鎖腳維持，但是在下臺(tái)階開(kāi)挖未成環(huán)前，拱腳存在懸空時(shí)間段，及時(shí)加設(shè)墊腳但實(shí)際情況是墊腳是一般不受力，容易出現(xiàn)鋼拱架單榀受力脫落。

④連接筋設(shè)置不合理，出現(xiàn)點(diǎn)焊和不焊接的情況或者連接筋只是間隔拱架間距，使得拱架無(wú)法聯(lián)合受力造成鋼拱架單榀受力。

⑤系統(tǒng)錨桿焊接到了鋼拱架上會(huì)增加鋼拱架單榀受力的幾率，在圍巖自穩(wěn)能力尚可的情況下，起拱線以上圍巖由于圍巖沉降會(huì)帶動(dòng)系統(tǒng)錨桿位移，屬于正常情況，但是如果將系統(tǒng)錨桿焊接到鋼拱架上，形變帶動(dòng)系統(tǒng)錨桿位移，會(huì)造成鋼拱架上出現(xiàn)焊接點(diǎn)受集中壓應(yīng)力的危險(xiǎn)情況，而造成正常的圍巖應(yīng)力釋放導(dǎo)致鋼拱架受集中應(yīng)力造成拱架的變形和脫落。

⑥拱架安裝的垂直度問(wèn)題，拱架安裝如果不垂直，在偏角過(guò)大的情況下容易出現(xiàn)鋼拱架受力沿隧道開(kāi)挖方向垮落。

⑦不按設(shè)計(jì)要求施做鎖腳錨桿或者根本忽略不做鎖腳，憑借經(jīng)驗(yàn)施工，未施做鎖腳的會(huì)大大的增加拱架在已經(jīng)單榀受力的情況下拱架脫落的概率。

⑧開(kāi)挖后不能及時(shí)的進(jìn)行初噴，造成圍巖暴露時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，圍巖持續(xù)的風(fēng)化，會(huì)嚴(yán)重的破壞圍巖的整體性，裂隙再次發(fā)育。

（3）開(kāi)挖原因

①圍巖軟弱時(shí)，過(guò)量裝藥會(huì)造成已經(jīng)初期支護(hù)的圍巖段的強(qiáng)烈擾動(dòng)，造成圍巖的二次破壞。

②小徑距隧道在開(kāi)挖時(shí)要考慮到臨近隧道施工對(duì)已有初期支護(hù)的影響，必須有30～50 m的安全距離，保證臨近隧道不因?yàn)榉排诙斐蓢鷰r的二次破壞。

③未能有效的辨識(shí)已經(jīng)松動(dòng)的圍巖，在開(kāi)挖排險(xiǎn)時(shí)未能及時(shí)的消除此類(lèi)巖石，會(huì)增加拱架單榀受力的概率。

2 解決隧道拱架單榀受力的措施

（1）加強(qiáng)初期支護(hù)的驗(yàn)收，保證拱架連接筋設(shè)置合理，，超前支護(hù)到位，并且在有效范圍內(nèi)。鋼筋網(wǎng)片焊接要合格，保證網(wǎng)片在出現(xiàn)圍巖小范圍塌落時(shí)可以起到應(yīng)力分散的作用。檢查系統(tǒng)錨桿確保系統(tǒng)錨桿與拱架無(wú)焊接。

（2）拱架安裝時(shí)確保按照設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行支護(hù)，不得隨意調(diào)整拱架間距，并要確保拱架的垂直度。

（3）掌握好初期支護(hù)的時(shí)間，給圍巖相應(yīng)的應(yīng)力釋放的時(shí)間。

（4）做好開(kāi)挖準(zhǔn)備工作，不能一味的只考慮掌子面的開(kāi)挖，而不顧及已經(jīng)成型的初期支護(hù)，尤其是下臺(tái)階開(kāi)挖。小徑距隧道要更加注意，臨近隧道開(kāi)挖爆破時(shí)對(duì)下臺(tái)階初期支護(hù)的影響。

（5）重視超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的工作，注意圍巖的變化情況，上臺(tái)階支護(hù)結(jié)束后對(duì)圍巖較差段要標(biāo)記重視。

（6）要加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)尤其是在下臺(tái)階開(kāi)挖時(shí)。

（7）重視安全教育，落實(shí)安全防護(hù)，如：逃生管道等要落實(shí)到實(shí)際，經(jīng)常性的對(duì)工人進(jìn)行安全教育，落實(shí)安全自救措施和提高安全防范意識(shí)。

3 總 結(jié)

隧道內(nèi)由于地質(zhì)條件和拱架安裝和臨近開(kāi)挖造成的上臺(tái)階單榀受力，會(huì)造成在下臺(tái)階開(kāi)挖時(shí)拱腳懸空時(shí)的拱架脫落和變形，是一種隱蔽的危險(xiǎn)源，積極正確的認(rèn)識(shí)拱架單榀受力，了解造成單榀受力的原因，從根源上減少單榀受力的幾率，為隧道的安全有序施工提供保證。

［1］ 公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)（JTGF80/1-2004）［S］.

［2］ 公路隧道施工技術(shù)規(guī)范（JTG F60-2009）［S］.

［3］ 公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范（JTG C20-2011）［S］.

U458

C

1008-3383（2016）09-0147-01

2016-05-23

邱中原（1983-），男，天津?qū)幒尤耍?xiàng)目部副經(jīng)理。