公路隧道圍巖穩定性分析和襯砌技術現狀初探

楊 華

(山西省晉中路橋建設集團有限公司，山西 晉中 030600)

現如今，公路建設速度越來越快，不僅為了滿足人們日常出行、交通運輸的整體要求，而且還為了能夠滿足現階段我國城市化基礎設施建設以及國民經濟的發展要求。在這種狀態下，公路隧道建設質量就顯得更加重要，當前最長的隧道是鐵路線上的秦嶺隧道，全長有18.46 km。近年來，我國在公路建設方面投入了大量的資金，重視度也越來越高，而為了保證公路建設整體質量能夠達到規定要求和標準，公路隧道圍巖的穩定性要進行深入分析和研究，與此同時，對襯砌技術的科學合理應用進行分析。在保證公路隧道圍巖穩定性能夠得到有效控制的基礎上，為公路建設打下良好基礎。

1 公路隧道圍巖穩定性理論分析

1.1 數值計算方法與人工智能方法

現如今，在社會近來不斷快速發展的形勢下，科學技術、信息網絡技術的發展勢頭越來越迅猛，各種數值計算方法被廣泛的應用到圍巖穩定性分析中。比如現階段在實際應用中已經能夠取得良好應用效果的數值計算方法包括限差分法、限元法、邊界元法等。隧道圍巖巖體工程力學行為以及其自身的變形和破壞機理主要是體現在主觀方面和客觀方面，在某種程度上可以說是以一種隨機狀態存在。同時，由于信息或者是數據方面的獲取具有一定的限制，導致其自身的真實性也有待確定。因此，雖然力學仍然是現階段對工程問題進行解答時必不可少的一項重要手段，但是在當代社會這種手段已經不具有唯一性。神經網絡、遺傳算法等人工學科的興起以及在現實中的廣泛應用，能夠為人們在工程中遇到的各類問題提供良好的解決思路和方法[1]。

1.2 圍巖分類法

在針對工程進行實際計算和設計過程中，由于圍巖分類法比較簡單，而且能夠提供良好的解決效果，被廣泛的應用在實踐中。圍巖穩定性分類方法主要包括Stini法、Franklin法等。其中RMI方法中由于包含參數比較多，而這些參數很難保證最終的準確性，同時由于巖體工程力學的行為以及其自身的變形情況很難確定，所以在這種狀態下，很多學者都會直接利用模糊數學方式對其實際情況進行處理。在這個基礎上，相關學者提出在模糊回歸分析法的基礎上，對巖體進行分類，對花崗巖、粘板巖以及片巖隧道中的圍巖分類進行推導和分析[2]。

2 公路隧道圍巖穩定性研究發展趨勢

我國在針對圍巖穩定性進行分析和研究上，已經取得了一定的成效，但是針對圍巖巖體本構關系的非線性、非均質性等特性在研究時，仍然缺少有效措施。因此，針對這一現狀，在實際操作過程中，各國學者從不同的角度、利用不同的方式手段，對圍巖穩定性進行深入研究。

2.1 數值分析方法的耦合應用

比如有限元與邊界元之間的耦合、離散元與邊界元之間的耦合等。通過相互之間的耦合應用，能夠將不同數值自身在分析過程中的優勢特點充分表現出來，而且還能夠取長補短，將各自的缺點進行有效克服，這樣有利于提高計算速度和最終數值的精準度。

2.2 塊體理論發展

塊體理論主要是針對個性各異巖體中具有切割體這一弓形，將拓撲學原理進行有效結合。與此同時，在對其進行分析和研究的時候，可以直接利用矢量分析和全空間赤平投影圖形方法進行分析，這樣能夠有利于構造出一切塊體類型。在完成構造之后，可以將這些塊體和開挖面之間的關系進行分析，根據實際情況，將其確定為穩定塊體、潛在關鍵塊體或者是不可移動塊體等多種形式[3]。在完成分類之后，可以根據關鍵塊體的實際情況，對其進行穩定性分析，這樣能夠提出有針對性的支護設計，并且保證支護方案的有效落實。

3 公路隧道襯砌技術的現狀及發展

襯砌是隧道施工過程中非常重要的環節之一，也是基礎環節，襯砌技術在公路隧道實際施工過程中，能夠直接對其自身的質量、施工速度以及施工成本產生影響。由此可以看出，在公路隧道施工中，襯砌技術在其中的重要性地位，不可撼動。

襯砌拱架是模筑襯砌中非常重要的一部分，其自身的建設質量能夠對襯砌質量、速度以及成本和勞動強度產生影響。因此，在這種背景下，襯砌拱架自身的質量尤其重要，其自身經過長時間的發展之后，現有的拱架能夠為襯砌自身的質量提供有效保障。除此之外，還能夠保證襯砌的表面美觀，而且實現高效率施工。

3.1 組裝式拱架

組裝式拱架最初被應用是在20世紀80年代之前，組裝式拱架一般情況下，都是由拱圈、立腿、墊盤、橫撐、模板等相互組合而成，如圖1所示。

如圖1所示的這種組裝式拱架每當襯砌一個循環的時候，就需要對其進行一次拆卸和組裝。在拆卸和組裝過程中，不僅浪費大量的人力、物力資源，而且目前每次拆卸、安裝時間都需要1 d～2 d左右，這樣就會直接導致襯砌速度過慢。月平均襯砌速度一般情況下，會控制在40延米～60延米左右，與此同時，在組裝過程中，會存在一定的安裝誤差，并且由于模板本身是提前鋪設的，所以接縫比較多，而且接縫位置出現跑漿現象非常嚴重。在這種狀態下，襯砌表面無論是誤差或者是美觀程度都比較差。但是這種組裝式拱架結構的優勢是比較容易加工，而且質量比較輕，制作成本也比較低[4]。在現階段，雖然這種拱架形式已經逐漸被淘汰，但是在短淺隧道中仍然繼續被使用。

3.2 襯砌臺車

在20世紀80年代之后，對襯砌的整體速度要求越來越高，組裝式拱架已經不能夠滿足施工工期的整體要求。因此，在這種背景下，人們逐漸研發出了襯砌臺車，其自身主要是由軌道、行走裝置、車架以及模板相互組合而成，如圖2所示。

襯砌臺車在實際應用過程中，由于只是單純的平移，所以并不需要對其進行拆卸，平移以及就位一般情況下，只需要4 h～8 h，因此，襯砌速度與組裝式拱架相比，具有一定的優勢。襯砌臺車的月襯砌速度一般情況下，會控制在80延米～100延米，在實際應用過程中，其自身能夠有效對重復組裝時的誤差進行消除，所以表面誤差能夠得到有效控制。

4 結語

我國公路隧道的快速發展，在某種程度上對隧道圍巖穩定性理論和襯砌技術的發展也能夠起到一定的輔助性作用。因此，在這種大環境背景下，要根據公路建設的具體要求，在保證圍巖穩定性得到有效控制的基礎上，能夠將襯砌技術的作用充分發揮出來。

[1] 林銀飛，鄭穎人.彈塑性有限厚條法及工程應用[J].工程力學,2010(2)：12-13.

[2] 朱素平，周楚良.地下圓形隧道圍巖穩定性的粘彈性力學分析[J].同濟大學報,2010(3)：37-39.

[3] 李術才，李術忱，朱維申.三峽右岸地下電站廠房圍巖穩定性斷裂損傷分析[J].巖土力學,2010(3)：45-48.

[4] 孫 鈞，朱合華.軟弱圍巖隧洞施工性態的力學模擬與分析[J].巖土力學,2010(4)：21-24.