软弱围岩隧道台阶法施工中拱脚稳定性及其控制技术

2017-03-02冉磊

黑龙江交通科技 2017年9期

关键词：下台阶掌子面台阶

冉磊

(贵安新区开发投资有限公司，贵州贵阳 550025)

软弱围岩隧道台阶法施工中拱脚稳定性及其控制技术

冉磊

(贵安新区开发投资有限公司，贵州贵阳 550025)

简单阐述在软弱围岩地层条件下隧道施工过程中台阶法的运用，并根据目前存在的一些问题进行分析，概括出导致拱脚沉降现象出现的影响因素，并且针对这些因素提出提高其稳定性的控制手段。

软弱围岩隧道施工；台阶施工法；拱脚稳定性；拱脚控制技术

1 台阶法施工当中拱脚沉降机制分析

1.1 掌子面挤出效应引发上半断面整体下沉

隧道掌子面的最大挤出变形结果在不同围岩条件下是不一样的，在Ⅴ级围岩隧道的台阶施工方法当中，其上掌子面和下掌子面的挤出变形非常明显。纵向挤出变形十分显著，在这种情况下，如果忽略围岩体变的因素，必定会导致隧道前方开挖部分中上部核心土发生整体下沉情况。但是对于软弱围岩来说，其优势就是台阶的上部长度往往都比较短，因此上部核心土的位置理论上并不会受掌子面挤出变形的影响。但是在实际的施工过程和测试情况可以看出，不同于全断面开挖的底板隆起现象，即便是在比较接近上部台阶的底面核心土内部组织当中，能够发生地层沉降的概率仍旧比较大，并且效果也很明显，这种现象出现最根本的原因就是下台阶掌子面的纵向挤出变形比较严重，所以才会导致这种现象的出现。

1.2 上台阶基底承载刚度不足造成支护拱脚沉降

目前我国隧道工程主要涉及公路隧道、地铁隧道、铁路隧道等形式，施工方法也较多，包括分部施工法、全断面法、CRD法、台阶法等，但是隧道的施工过程原则是依据挖掘的进度来做支护工作，尤其在软弱围岩地层情况下施工更要严格遵循该原则。施工过程中，在上半断面支护工作完成后，支护结构由于受围岩压力的作用，因此会产生向下位移的分量，并且所受到的围岩压力还会伴随着隧道施工挖掘进度的深入而加大。并且因为拱脚围岩受到支护结构的作用面积较小，导致上台阶的拱脚地基支撑刚度比较小或者承载力不够大的时候，拱脚下沉现象发生的几率就大大增加。

1.3 后续施工效应促使拱脚进一步沉降

随着施工进程的推进，会对下台阶进行挖掘，因此会导致上台阶的支护结构拱脚发生悬空现象，虽然悬空时间比较短，但是在支护结构悬空的这段时间，拱部的变化会影响支护拱脚，从而使得支护拱脚出现整体下沉的发展趋势，这种趋势会一直持续到下台阶的支护结构施工完成以后。根据以往的实际施工经验来看，这种受下台阶的开挖影响而出现的拱脚下沉现象十分明显，因此在实际施工过程中要特别注意。并且随着施工进度的深入开展，支护结构拱脚的沉降程度还会进一步发展，支护结构所受到的载荷会不断的加大，在软弱围岩隧道中，围岩流变特性对支护结构的影响比较大，因此虽然及时的支护闭合成环，但是这种下沉现象仍然会继续持续一段时间。

1.4 施工技术的影响

在实际工程的施工中，支护拱脚的下沉还会受到施工工艺以及施工质量的影响。影响拱脚下沉的施工手段主要有：上台阶支护的脚部结构支撑情况，包括虚渣是否清除，垫板的设置情况等，掌子面基础变形的控制效果，上台阶拱脚部分的积水排除是否及时，锁脚和锚杆的施工质量，下台阶挖掘方法，下台阶的挖掘质量，台阶支护节点质量，支护结构闭合方法等。在软弱围岩隧道中，施工工艺和施工质量的把控是导致其某部分变形的重要原因，并且在实际工程施工中验证了这一观点。

2 软弱围岩隧道拱脚稳定技术分析

2.1 拱脚稳定性控制技术

结合当前国内的隧道施工设备条件和技术水平，扩大拱脚支护技术、设置锁脚锚管或者锁脚锚杆、增设临时仰拱等方法是目前可以实际应用的拱脚稳定性控制常用方法。

2.2 扩大拱脚支护效应分析

扩大拱脚支护台阶法的效果比较明显，能够很好的控制洞周的位移，对拱脚变形控制最为明显。单隧道中，扩大拱脚支护台阶法的拱脚收敛减小了很多，拱脚的沉降量减小了70%左右。

2.3 临时仰拱支护效应分析

临时仰拱的分析可以参照兰渝两水隧道，对于上台阶有/无两种情况来计算，分析其上下台阶的拱脚水平收敛程度和拱顶沉降与随开挖步的变化规律。从计算出的数据来看，有临时仰拱相对于没有临时仰拱的拱脚收敛减少了40%左右，墙腰收敛减少了1/5，拱顶的沉降差别不是很大，因此临时仰拱施工技术控制效果较为明显，但是在对拱顶的下沉控制方面却显得力不从心。

2.4 大拱脚支护技术现场试验

为了保证分析数据的合理性，笔者结合了渝兰铁路的隧道施工情况，开展大拱脚试验，试验中保持仰拱封闭于掌子面距离小于30 m，通过试验结果可以得出，大拱脚支护技术确实很好的抑制了变形的发生，拱顶沉降前后相差大约在53%，水平收敛大约相差19%，与计算的误差不大。