淺埋隧道軟弱圍巖隧道設計施工優化技術研究

摘要：為研究淺埋隧道在軟弱圍巖的隧道支護設計及施工，文章針對軟弱圍巖的特點，結合工程實例，通過不同的支護方案及施工方法對比，對淺埋隧道軟弱圍巖隧道設計及施工進行優化分析。研究結果表明：對于在軟弱圍巖地區的淺埋隧道可以采用噴射混凝土加錨桿的支護結構，并且可以通過增加噴射混凝土的厚度來保證隧道的安全;提高混凝土的強度等級同樣有利于隧道的安全，但其效果不如增加噴射混凝土厚度明顯和經濟;當采用CRD方法進行淺埋隧道施工時，對隧道的安全較為有利。

關鍵詞：淺埋隧道;軟弱圍巖;支護結構;施工方法

0 引言

近年來，我國的綜合國力顯著提高，社會發展的進程不斷推進，國家基礎設施的建設快速發展，尤其是隧道及地下工程方面的建設呈爆發式的增長[1]。然而隧道工程在施工時，常常會遇到惡劣、復雜的地質環境，如在黃土地區、高海拔地區、巖溶地區等，亟須解決施工中的各種技術難題。由此，眾多學者對復雜地區隧道的設計及施工其進行大量的研究，其中高世軍等[2]對隧道支護結構的壓潰機理進行研究;劉新榮等[3]對支護結構的開裂進行分析，提出支護結構開裂失穩的原因，并提出對應的施工加固方案;楊明舉[4]通過研究提出采用地表加固的隧道開挖方法;梁勇旗等[5]對淺埋隧道的多種不同施工方法進行研究;白傳鵬等[6]對開挖大跨度淺埋隧道的力學特性進行研究，發現隧道的最大拉應力出現在拱頂、拱腰及拱底等部位。

本文在現有研究的基礎上，對軟弱圍巖的特點進行分析，并結合實際的工程案例對不同的淺埋隧道支護結構及施工方法進行研究。

1 軟弱圍巖的特點

圍巖主要是由涂層、巖體風化層等巖層所組成。軟弱圍巖其巖體的粘結力較弱，存在較為嚴重的破碎，在進行開挖時，顆粒間的摩擦無法保證巖體的穩定，故軟弱圍巖存在不穩定、易坍塌的特點;軟弱圍巖施工時經常會遇到泥巖、頁巖等軟質巖，軟質巖遇水時容易發生軟化變形;再者當軟弱圍巖在進行洞室開挖后周圍的巖體及自身的結構面沒有組織的抗壓力及抗壓度，容易發生安全事故。因此對于在軟弱圍巖地區進行隧道開挖時，必須采取一定的支護及較為合理的施工方法。

[=XQS（]淺埋隧道軟弱圍巖隧道設計施工優化技術研究/武建華[=JP2]2 隧道設計及施工優化

本文以某地區的某個淺埋隧道工程案例為背景。本工程中在確定隧道安全性的前提下，對隧道進行分段施工，并對不同施工段內的隧道采用不同的隧道支護方案及施工方法進行研究。

2.1 隧道的支護結構及施工方案

本隧道的支護結構在兩個區內均相同，均采用噴射混凝土加錨桿的支護結構，所不同的是對支護結構中的噴射混凝土強度等級及噴射的厚度參數進行調整。本隧道施工時主要采用兩種施工方法：（1）CRD法，該施工方法的斷面示意圖如圖1（a）所示;（2）單側壁導坑法施工，該施工方法的斷面示意圖如圖1（b）所示。分別在隧道一區采用CRD法，在二區采用單側壁導坑法。在進行隧道的開挖施工時，按圖中1、2、3、4的順序進行開挖，并依次進行錨桿施工及噴射混凝土的施工。隧道的具體支護方案及施工方法如表1所示。

2.2 隧道的監測

為研究支護結構的應力變化及隧道位移的變化，在隧道施工時對隧道的拱頂、左右拱腰及拱底進行監控，主要是在隧道內布設應力感應器，對其施工過程中支護結構的應力進行分析，同時在隧道內布設位移傳感器，以便測得隧道的沉降變化。

3 結構分析

3.1 支護結構應力分析

本文對本次施工過程各個施工支護方案的支護結構應力進行分析，并對統計的結果進行曲線繪制，具體如表2所示。

從表2中可以看出，不論是在哪種支護方案下，在隧道的拱腳及拱腰處其應力值較大，說明在隧道的拱腳及拱腰處易造成應力集中現象。對比在同一施工方法下的方案1與方案2可以發現，當在混凝土強度等級相同的情況下，增大噴射混凝土的厚度，各處的應力值均大大減小，說明增加噴射混凝土的厚度能有效減小支護結構的應力;對比方案1與方案3可以發現增大噴射混凝土的強度等級也對支護結構有利;但對比方案2與方案3可以發現，增加噴射混凝土的厚度對支護結構的作用較為有效。對比不同施工方法下的同一施工方案可以發現，采用CRD法施工其支護結構產生的應力值均比單側壁導坑法施工支護結構產生的應力值要小，說明采用CRD法施工對支護結構較為有利。

3.2 隧道位移分析

本文對本次施工過程中的一區二段的施工方案2及二區二段施工方案2的隧道拱頂位移進行分析，對統計的結果進行曲線繪制，具體如圖2所示。

從圖2中可以看出，CRD法施工與單側壁導坑法施工時對隧道在拱頂處產生的沉降變化趨勢大致相似，并且最終產生的最大拱頂沉降值相近，均約為1.7 mm。所不同的是單側壁導坑法施工時隧道拱頂沉降發生突變的點更提前，說明單側壁導坑法施工較為不利，隧道需及時做好支護結構，以防止隧道拱頂沉降突變。

4 結語

本文為研究淺埋隧道在軟弱圍巖的隧道支護設計及施工，通過實際的工程案例對其進行研究，對比采用不同的支護方案及施工方法，并對其結果進行監測。研究結果表明：對于在軟弱圍巖地區的淺埋隧道開挖時可以采用噴射混凝土加錨桿的支護結構，并且可以通過增加噴射混凝土的厚度來保證隧道的安全，提高混凝土的強度等級同樣有利于隧道的安全，但其效果不如增加噴射混凝土厚度明顯和經濟;當采用CRD方法進行淺埋隧道施工時，對隧道的安全較為有利。本文僅對軟弱圍巖中淺埋隧道的部分內容進行研究，相關研究還有待進一步進行，如其他類型的隧道支護結構及其他種類的施工方法等。

參考文獻：

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