軟巖隧道工程問(wèn)題分析

前言：想要寫(xiě)出一篇引人入勝的文章？我們特意為您整理了軟巖隧道工程問(wèn)題分析范文，希望能給你帶來(lái)靈感和參考，敬請(qǐng)閱讀。

摘要:介紹了軟巖隧道工程的發(fā)展現(xiàn)狀，對(duì)目前軟巖隧道施工過(guò)程中面臨的主要問(wèn)題進(jìn)行了詳細(xì)分析，指出了問(wèn)題存在的原因，并對(duì)今后軟巖隧道的研究方向進(jìn)行了展望，以提高軟巖隧道工程的施工技術(shù)水平。

關(guān)鍵詞:隧道，軟巖，變形，圍巖支護(hù)

1概述

隨著交通事業(yè)的快速發(fā)展，越來(lái)越多的隧道工程將會(huì)在地形、地貌及地質(zhì)背景復(fù)雜的西部山區(qū)修建。隧道在施工過(guò)程中不可避免的會(huì)遇到軟弱圍巖、高地應(yīng)力圍巖、斷層破碎帶等復(fù)雜的地質(zhì)狀況。通常意義上，穿越這些地區(qū)的隧道統(tǒng)稱(chēng)為軟巖隧道［1］。軟巖隧道開(kāi)挖易造成圍巖大變形，控制圍巖變形也是軟巖隧道開(kāi)挖所要解決的主要問(wèn)題之一。尤其是對(duì)于穿越軟弱地層的大跨度隧道而言，如果支護(hù)不強(qiáng)或支護(hù)不及時(shí)，將會(huì)發(fā)生塌方冒頂或二次襯砌嚴(yán)重開(kāi)裂現(xiàn)象，將會(huì)給工程安全性造成嚴(yán)重的威脅。通常來(lái)說(shuō)，隧道圍巖大變形指在高地應(yīng)力軟弱圍巖條件下，圍巖發(fā)生沉降破壞并最終導(dǎo)致隧道圍巖失穩(wěn)的現(xiàn)象［1］。其實(shí)質(zhì)是圍巖產(chǎn)生剪應(yīng)力使得巖體彼此錯(cuò)動(dòng)、斷裂破壞，也就是說(shuō)使圍巖的自穩(wěn)能力喪失，產(chǎn)生塑性變形，進(jìn)而迫使圍巖向開(kāi)挖洞室方向擠壓，產(chǎn)生大變形的現(xiàn)象。對(duì)于大變形的界定［2］，鐵二院考慮了預(yù)留變形量的影響，認(rèn)為單線隧道適當(dāng)?shù)念A(yù)留變形量一般不大于150mm，雙線隧道一般則不大于300mm，正常的變形量上限取上述值的0．8倍，在支護(hù)位移上，若單線隧道大于130mm，雙線隧道大于250mm，就認(rèn)定為發(fā)生了大變形。近年來(lái)，隨著深埋特長(zhǎng)隧道建設(shè)的日益增多，國(guó)內(nèi)外對(duì)軟弱圍巖隧道大變形的變形機(jī)理［3］、變形特征［4］、控制措施［5］、施工工法［6，7］及支護(hù)時(shí)機(jī)［8］等等方面做了大量的研究，并取得了一定的成果。

2大跨軟巖隧道存在的問(wèn)題

由于地層地質(zhì)的復(fù)雜性，大跨軟巖隧道工程仍然面臨著以下幾個(gè)急需解決的關(guān)鍵問(wèn)題:1)對(duì)圍巖變形的判斷與控制。對(duì)于軟巖隧道圍巖變形的研究主要集中在三個(gè)方面:a．從理論方面對(duì)變形機(jī)理進(jìn)行研究;b．選擇合理的施工工法對(duì)圍巖變形進(jìn)行控制;c．運(yùn)用有限元或其他數(shù)值模擬的手段對(duì)圍巖的變形量和變形趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)。從眾多的學(xué)術(shù)論文和科研成果中不難發(fā)現(xiàn)，對(duì)于圍巖變形的機(jī)理多是采用連續(xù)性介質(zhì)理論進(jìn)行分析，而實(shí)際工程中的圍巖是非連續(xù)的，它是巖塊和結(jié)構(gòu)面在三維空間的一種非定向關(guān)系。尤其是對(duì)于地質(zhì)狀況比較復(fù)雜的軟弱圍巖，都是由多種物理成分組成的，且各物理成分的大小、多少及分布具有很大的隨機(jī)性。但是，在實(shí)際的研究和應(yīng)用中，例如采用數(shù)值模擬的方法對(duì)軟巖隧道圍巖變形進(jìn)行分析時(shí)，又必須運(yùn)用巖體的本構(gòu)關(guān)系，這本身就是存在問(wèn)題的，更不要說(shuō)計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性了。不論是理論分析還是數(shù)值模擬都沒(méi)有辦法對(duì)圍巖的變形量進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷。這將引起另外一個(gè)問(wèn)題，就是在采取控制變形措施時(shí)，通常采用的是依據(jù)相似工程經(jīng)驗(yàn)制定施工方案，并沒(méi)有針對(duì)不同的變形量采取相應(yīng)的控制措施，因此變形控制措施也具有一定的盲目性。另外，隧道施工中變形可以達(dá)到1．0m甚至更大，軟弱圍巖變形本質(zhì)上屬于大變形問(wèn)題，然而巖體力學(xué)中使用的彈塑性變形理論［9］雖然對(duì)材料的非線性進(jìn)行了考慮，但是嚴(yán)格意義上仍屬小變形理論。2)對(duì)合理支護(hù)時(shí)機(jī)的探討。隧道二次襯砌施作時(shí)機(jī)始終是隧道界討論的熱點(diǎn)問(wèn)題，二次襯砌的支護(hù)時(shí)機(jī)是保證二次襯砌長(zhǎng)期穩(wěn)定的關(guān)鍵。特別是對(duì)于軟巖大變形隧道，如果二次襯砌施作過(guò)晚，則可能造成初期支護(hù)變形過(guò)大而無(wú)法控制，以致隧道失穩(wěn);但如果施作過(guò)早，則不利于地應(yīng)力的釋放和充分發(fā)揮圍巖的自穩(wěn)能力，從而使二襯受力過(guò)大而導(dǎo)致開(kāi)裂，降低了隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。因此，合理確定二次襯砌施作時(shí)機(jī)是保證隧道施工階段和長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)階段安全性的關(guān)鍵。但是現(xiàn)階段，對(duì)于隧道二次襯砌支護(hù)時(shí)機(jī)的研究仍然沒(méi)有形成系統(tǒng)的體系。研究者多根據(jù)具體的工程背景選擇不同的巖石彈塑性模型，采用的確定合理支護(hù)時(shí)機(jī)的判定方法也各有不同。對(duì)于二襯支護(hù)時(shí)機(jī)的影響因素的分析也多是針對(duì)單一影響因素，并沒(méi)有綜合考慮。

3軟巖隧道的發(fā)展與展望

為了滿(mǎn)足交通建設(shè)的需要，將不可避免的遇到更多的軟巖隧道工程。圍巖大變形的控制問(wèn)題仍然是未來(lái)軟巖隧道工程需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。從根本上講要更深入的研究圍巖的變形機(jī)理，找出適用于實(shí)際工程地質(zhì)狀況的圍巖的本構(gòu)關(guān)系。在施工的過(guò)程中，超前地質(zhì)預(yù)報(bào)要貫穿整個(gè)隧道的開(kāi)挖過(guò)程，監(jiān)控測(cè)量要及時(shí)跟進(jìn)。對(duì)于具有代表性的工程要完善施工工法，以便以后類(lèi)似工程經(jīng)驗(yàn)借鑒。隧道是地層圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)共同組成的復(fù)雜受力體。支護(hù)是一個(gè)過(guò)程，一個(gè)好的支護(hù)方案要讓這一過(guò)程與圍巖變形過(guò)程相協(xié)調(diào)?？紤]到軟弱圍巖的蠕變特性，圍巖的自穩(wěn)能力是與施加相關(guān)的，因此二次襯砌的支護(hù)需要一個(gè)合理的時(shí)機(jī)。反過(guò)來(lái)理解，如果要確定合理的二襯支護(hù)時(shí)機(jī)，首先要對(duì)圍巖的蠕變特性和變形機(jī)理進(jìn)行充分而深入地分析，只有在此基礎(chǔ)上，才能選擇適當(dāng)?shù)闹ёo(hù)時(shí)機(jī)和支護(hù)形式以及確定合適的支護(hù)參數(shù)。由于目前的研究多針對(duì)二次襯砌的支護(hù)時(shí)機(jī)探討，應(yīng)該將整個(gè)支護(hù)過(guò)程統(tǒng)一起來(lái)，形成與不同圍巖級(jí)別、不同斷面尺寸、不同開(kāi)挖方式、不同支護(hù)參數(shù)相對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)的支護(hù)方案，以及更完善的施工工法。

4結(jié)語(yǔ)

本文主要針對(duì)近年來(lái)出現(xiàn)的軟巖隧道工程中的突出問(wèn)題進(jìn)行了討論，并對(duì)軟巖隧道工程今后的發(fā)展進(jìn)行了展望。為了滿(mǎn)足交通建設(shè)的需要，更多更為復(fù)雜的軟巖隧道工程也必將積累更多的工程經(jīng)驗(yàn)，更好更深入的解決圍巖大變形的控制問(wèn)題。隨著支護(hù)理論的不斷發(fā)展、支護(hù)技術(shù)的不斷進(jìn)步，軟巖隧道工程施工技術(shù)水平將會(huì)不斷提高和發(fā)展。

參考文獻(xiàn):

［1］陳玉．共和隧道圍巖大變形機(jī)理及防治措施研究［D］．重慶:重慶大學(xué)，2008．

［2］喻渝．?dāng)D壓性圍巖支護(hù)大變形的機(jī)理及判定方法［J］．世界隧道，1993，2(1):46-50．

［3］劉伴興．軟巖隧道大變形機(jī)理及位移控制基準(zhǔn)［D］．石家莊:石家莊鐵道學(xué)院，2006．

［4］段慶偉，何滿(mǎn)朝，張世國(guó)．復(fù)雜條件下圍巖變形特征數(shù)值模擬研究［J］．煤炭科學(xué)技術(shù)，2002，30(6):55-58．

［5］柴瑞峰，王才高．鳥(niǎo)鞘嶺特長(zhǎng)隧道大變形圍巖段施工技術(shù)［J］．鐵道建筑，2005(12):38-39．

［6］王祥秋，楊林德，高文華．軟弱圍巖蠕變損傷機(jī)理及合理支護(hù)時(shí)間的反演分析［J］．巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2004，23(5):793-796．

［7］王建宇，胡元芳，劉志強(qiáng)．高地應(yīng)力軟弱圍巖隧道擠壓型變形和可讓性支護(hù)原理［J］．現(xiàn)代隧道技術(shù)，2012，49(3):9-17．

［8］劉全林，楊敏．軟弱圍巖巷道錨固支護(hù)機(jī)理及變形分析［J］．巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2002，21(8):1158-1161．

［9］張良輝，熊厚金，張清．隧道圍巖位移的彈塑粘性解析解［J］．巖土工程學(xué)報(bào)，1997，19(4):66-72．

作者：任海勇 單位：山西藍(lán)焰煤層氣集團(tuán)有限責(zé)任公司