隧道工程中的軟巖支護技術

劉敬磊

[摘要]軟巖支護是在隧道工程建設中經常會遇到的技術難題，軟巖支護的穩定性和可靠性對于隧道工程有著重要影響，軟巖支護不到位時將可能引發隧道塌方、交通受阻等多重問題，而且后期修復難度相當大，因此有必要提高隧道工程施工中的軟巖支護技術，提升隧道工程施工質量。

[關鍵詞]隧道工程；軟巖支護；流變

文章編號：2095-4085（2016）09-0121-02

近些年來，我國在隧道工程軟巖支護中積累了較多的成功經驗和失敗教訓，有利地推動了軟巖支護技術的發展。本文分析了現有的軟巖支護理論和技術，并詳細分析了軟巖超前管棚支護技術。

1軟巖支護理論和技術分類

1.1軟巖支護理論

目前普遍比較認同的軟巖支護理論大致分為兩類，一是以定性原則為核心的軟巖支護理論，二是以定量原則為核心的軟巖支護理論。

以定性原則為基礎的軟巖支護理論中比較有代表性的是新奧法和松動圈支護理論。新奧法，簡稱為NATM，它最初是由奧地利學者總結的一套隧道設計與施工原則，在全世界的隧道工程施工中具有權威的指導意義。新奧法的創新之處在于將巖體視為了承載體，這一認識給傳統的圍巖支護手段帶來了根本性的轉變。軟松動圈支護理論是由董方庭等人依據圍繞開挖空間所產生的松動圈以及松動圈在支護中的作用和地位而提出的，對于解決圍巖支護問題提出了新思路，但缺陷在于應用這一理論難以全面地考慮軟巖中出現的各種較為復雜的情況，因而所制定的支護方式也可能存在與真實的圍巖狀況不相適應的地方。

以定量原則為基礎的軟巖支護理論中比較有代表性的是支護結構與圍巖共同作用理論和應力平衡原理。支護結構與圍巖共同作用理論認為在原巖應力狀態遭到破壞以后隧道能否繼續保持平衡取決于圍巖的物理力學性質和原巖應力的大小。一般來說，堅硬的圍巖周圍的集中應力小，會比軟弱圍巖更加穩定。應力平衡原理認為軟巖難以支護穩定的根本原因在于彈塑性邊界上存在著應力不平衡，而提高支架阻力可以使圍巖周圍的應力實現平衡。以定量原則為基礎的軟巖支護理論實用性不強的原因在于軟巖支護涉及的參數眾多，計算較復雜，且很難獲得真實數據以確定軟巖的真實應力狀態。

1.2軟巖支護技術分類

軟巖特殊的物理力學特性決定了軟巖支護工程必須實行人工支護手段，才能使圍巖支護具有較高的可靠性。目前應用較多的軟巖支護技術主要分為以下三類。

一是砌體支護，砌體支護采用料石、磚和混凝土等材料，砌體支護作為一種較傳統的支護手段，在實際中應用非常普遍，效果顯著；二是支架支護，支架支護在支架間安裝了拉桿和背板，有利于提高工程的穩定性。同時，支架支護形式較多，斷面可以采用圓形、橢圓形、梯形、方環形、馬蹄形等形狀，還可進行壁后充填；三是錨噴支護，噴錨支護具有貼合性強、支護迅速和適應性強等多重優點，錨桿材料也可靈活地使用金屬、鋼絲繩錨桿和有機玻璃錨桿等，是目前發展前景最好的一種支護手段。

2軟巖超前管棚支護技術

2.1受力原理

超前管棚支護是現代軟巖支護技術中比較有代表性的一種預支護技術，具有施工方便、穩定可靠等優點。其原理是在即將開挖的隧道外輪廓周邊分隔布置一定的外插角鉆孔，安裝慣性矩大的鋼管，再進行注漿固結。注漿固結完成后會在拱頂形成加固保護環，這種加固環能夠承受上部傳遞來的荷載，而拱內的圍巖僅需要承受自身壓力。在開挖輪廓周圍遍布超前管棚，相應的加固環變形會變小，這時傳遞給隧道支護結構的上部荷載會顯著減少。由于支撐結構具有較好的整體性，施工中的安全將得到保證。

2.2管棚施工

管棚施工包括施工準備、定向布孔、鉆孔、安裝鋼管以及注漿施工等環節。施工準備中需要根據當地的地質情況確定注漿類型、注漿量和注漿壓力，并以此為依據選擇施工器材和機具。

管棚定向有兩種方法，一是安裝定向套管；二是采用掛線定向，安裝定向套管具有定向準確和施工方便等優點，因而在實際工程中應用更加普遍。設計圖紙中布孔對于相鄰孔間距離有明確要求，施工時要注意控制間距。鉆孔前需要噴混凝土封閉掌子面，以減少漏漿的可能性，鉆孔時先輕壓然后鉆進，以確保開孔質量。待成孔完成以后，經檢查合格可以將鋼管推送入孔。注漿一般要先將水壓入管路中檢查注漿管是否密封，同時還需要依據實驗確定合適的漿液比例，注漿時先大后小，先稀后濃，注漿后應對注漿情況進行檢查，對于質量不達標的漿孔需要補孔注漿。

3結語

實踐經驗表明，目前應用較多的新奧法在技術上仍然存在著較多不足，這是由于新奧法提出時的巖石力學發展尚不完善，傳統巖石力學研究背景下誕生的新奧法與現代巖石力學理論很難完全適應。為此，我們還需要加強軟巖支護基礎性理論研究工作，特別是要加強圍巖變形機理，穩定準則及力學模型等支護理論中的一些基礎性研究工作。

參考文獻：

[1]董方庭.松動圈軟巖錨噴支護理論和技術，中國煤礦軟巖巷支護理論與實踐[M].北京：中國礦業大學出版社，1996.

[2]陶波，伍法權，郭啟良，等.高地應力環境下烏鞘嶺深埋長隧道軟弱圍巖流變規律實測與數值分析研究[J].巖石力學與工程學報，2006，（9）.

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