隧道工程中的软岩支护技术

刘敬磊

[摘要]软岩支护是在隧道工程建设中经常会遇到的技术难题，软岩支护的稳定性和可靠性对于隧道工程有着重要影响，软岩支护不到位时将可能引发隧道塌方、交通受阻等多重问题，而且后期修复难度相当大，因此有必要提高隧道工程施工中的软岩支护技术，提升隧道工程施工质量。

[关键词]隧道工程；软岩支护；流变

文章编号：2095-4085（2016）09-0121-02

近些年来，我国在隧道工程软岩支护中积累了较多的成功经验和失败教训，有利地推动了软岩支护技术的发展。本文分析了现有的软岩支护理论和技术，并详细分析了软岩超前管棚支护技术。

1软岩支护理论和技术分类

1.1软岩支护理论

目前普遍比较认同的软岩支护理论大致分为两类，一是以定性原则为核心的软岩支护理论，二是以定量原则为核心的软岩支护理论。

以定性原则为基础的软岩支护理论中比较有代表性的是新奥法和松动圈支护理论。新奥法，简称为NATM，它最初是由奥地利学者总结的一套隧道设计与施工原则，在全世界的隧道工程施工中具有权威的指导意义。新奥法的创新之处在于将岩体视为了承载体，这一认识给传统的围岩支护手段带来了根本性的转变。软松动圈支护理论是由董方庭等人依据围绕开挖空间所产生的松动圈以及松动圈在支护中的作用和地位而提出的，对于解决围岩支护问题提出了新思路，但缺陷在于应用这一理论难以全面地考虑软岩中出现的各种较为复杂的情况，因而所制定的支护方式也可能存在与真实的围岩状况不相适应的地方。

以定量原则为基础的软岩支护理论中比较有代表性的是支护结构与围岩共同作用理论和应力平衡原理。支护结构与围岩共同作用理论认为在原岩应力状态遭到破坏以后隧道能否继续保持平衡取决于围岩的物理力学性质和原岩应力的大小。一般来说，坚硬的围岩周围的集中应力小，会比软弱围岩更加稳定。应力平衡原理认为软岩难以支护稳定的根本原因在于弹塑性边界上存在着应力不平衡，而提高支架阻力可以使围岩周围的应力实现平衡。以定量原则为基础的软岩支护理论实用性不强的原因在于软岩支护涉及的参数众多，计算较复杂，且很难获得真实数据以确定软岩的真实应力状态。

1.2软岩支护技术分类

软岩特殊的物理力学特性决定了软岩支护工程必须实行人工支护手段，才能使围岩支护具有较高的可靠性。目前应用较多的软岩支护技术主要分为以下三类。

一是砌体支护，砌体支护采用料石、砖和混凝土等材料，砌体支护作为一种较传统的支护手段，在实际中应用非常普遍，效果显著；二是支架支护，支架支护在支架间安装了拉杆和背板，有利于提高工程的稳定性。同时，支架支护形式较多，断面可以采用圆形、椭圆形、梯形、方环形、马蹄形等形状，还可进行壁后充填；三是锚喷支护，喷锚支护具有贴合性强、支护迅速和适应性强等多重优点，锚杆材料也可灵活地使用金属、钢丝绳锚杆和有机玻璃锚杆等，是目前发展前景最好的一种支护手段。

2软岩超前管棚支护技术

2.1受力原理

超前管棚支护是现代软岩支护技术中比较有代表性的一种预支护技术，具有施工方便、稳定可靠等优点。其原理是在即将开挖的隧道外轮廓周边分隔布置一定的外插角钻孔，安装惯性矩大的钢管，再进行注浆固结。注浆固结完成后会在拱顶形成加固保护环，这种加固环能够承受上部传递来的荷载，而拱内的围岩仅需要承受自身压力。在开挖轮廓周围遍布超前管棚，相应的加固环变形会变小，这时传递给隧道支护结构的上部荷载会显著减少。由于支撑结构具有较好的整体性，施工中的安全将得到保证。

2.2管棚施工

管棚施工包括施工准备、定向布孔、钻孔、安装钢管以及注浆施工等环节。施工准备中需要根据当地的地质情况确定注浆类型、注浆量和注浆压力，并以此为依据选择施工器材和机具。

管棚定向有两种方法，一是安装定向套管；二是采用挂线定向，安装定向套管具有定向准确和施工方便等优点，因而在实际工程中应用更加普遍。设计图纸中布孔对于相邻孔间距离有明确要求，施工时要注意控制间距。钻孔前需要喷混凝土封闭掌子面，以减少漏浆的可能性，钻孔时先轻压然后钻进，以确保开孔质量。待成孔完成以后，经检查合格可以将钢管推送入孔。注浆一般要先将水压入管路中检查注浆管是否密封，同时还需要依据实验确定合适的浆液比例，注浆时先大后小，先稀后浓，注浆后应对注浆情况进行检查，对于质量不达标的浆孔需要补孔注浆。

3结语

实践经验表明，目前应用较多的新奥法在技术上仍然存在着较多不足，这是由于新奥法提出时的岩石力学发展尚不完善，传统岩石力学研究背景下诞生的新奥法与现代岩石力学理论很难完全适应。为此，我们还需要加强软岩支护基础性理论研究工作，特别是要加强围岩变形机理，稳定准则及力学模型等支护理论中的一些基础性研究工作。

参考文献：

[1]董方庭.松动圈软岩锚喷支护理论和技术，中国煤矿软岩巷支护理论与实践[M].北京：中国矿业大学出版社，1996.

[2]陶波，伍法权，郭啟良，等.高地应力环境下乌鞘岭深埋长隧道软弱围岩流变规律实测与数值分析研究[J].岩石力学与工程学报，2006，（9）.

[3]刘志春，李文江，孙明磊，等.乌鞘岭隧道F4断层区段监控量测综合分析[J].岩石力学与工程学报，2006，（7）.