公路隧道围岩稳定性分析和衬砌技术现状初探

2018-01-11杨华

山西建筑 2017年36期

杨华

(山西省晋中路桥建设集团有限公司，山西晋中 030600)

现如今，公路建设速度越来越快，不仅为了满足人们日常出行、交通运输的整体要求，而且还为了能够满足现阶段我国城市化基础设施建设以及国民经济的发展要求。在这种状态下，公路隧道建设质量就显得更加重要，当前最长的隧道是铁路线上的秦岭隧道，全长有18.46 km。近年来，我国在公路建设方面投入了大量的资金，重视度也越来越高，而为了保证公路建设整体质量能够达到规定要求和标准，公路隧道围岩的稳定性要进行深入分析和研究，与此同时，对衬砌技术的科学合理应用进行分析。在保证公路隧道围岩稳定性能够得到有效控制的基础上，为公路建设打下良好基础。

1 公路隧道围岩稳定性理论分析

1.1 数值计算方法与人工智能方法

现如今，在社会近来不断快速发展的形势下，科学技术、信息网络技术的发展势头越来越迅猛，各种数值计算方法被广泛的应用到围岩稳定性分析中。比如现阶段在实际应用中已经能够取得良好应用效果的数值计算方法包括限差分法、限元法、边界元法等。隧道围岩岩体工程力学行为以及其自身的变形和破坏机理主要是体现在主观方面和客观方面，在某种程度上可以说是以一种随机状态存在。同时，由于信息或者是数据方面的获取具有一定的限制，导致其自身的真实性也有待确定。因此，虽然力学仍然是现阶段对工程问题进行解答时必不可少的一项重要手段，但是在当代社会这种手段已经不具有唯一性。神经网络、遗传算法等人工学科的兴起以及在现实中的广泛应用，能够为人们在工程中遇到的各类问题提供良好的解决思路和方法[1]。

1.2 围岩分类法

在针对工程进行实际计算和设计过程中，由于围岩分类法比较简单，而且能够提供良好的解决效果，被广泛的应用在实践中。围岩稳定性分类方法主要包括Stini法、Franklin法等。其中RMI方法中由于包含参数比较多，而这些参数很难保证最终的准确性，同时由于岩体工程力学的行为以及其自身的变形情况很难确定，所以在这种状态下，很多学者都会直接利用模糊数学方式对其实际情况进行处理。在这个基础上，相关学者提出在模糊回归分析法的基础上，对岩体进行分类，对花岗岩、粘板岩以及片岩隧道中的围岩分类进行推导和分析[2]。

2 公路隧道围岩稳定性研究发展趋势

我国在针对围岩稳定性进行分析和研究上，已经取得了一定的成效，但是针对围岩岩体本构关系的非线性、非均质性等特性在研究时，仍然缺少有效措施。因此，针对这一现状，在实际操作过程中，各国学者从不同的角度、利用不同的方式手段，对围岩稳定性进行深入研究。

2.1 数值分析方法的耦合应用

比如有限元与边界元之间的耦合、离散元与边界元之间的耦合等。通过相互之间的耦合应用，能够将不同数值自身在分析过程中的优势特点充分表现出来，而且还能够取长补短，将各自的缺点进行有效克服，这样有利于提高计算速度和最终数值的精准度。

2.2 块体理论发展

块体理论主要是针对个性各异岩体中具有切割体这一弓形，将拓扑学原理进行有效结合。与此同时，在对其进行分析和研究的时候，可以直接利用矢量分析和全空间赤平投影图形方法进行分析，这样能够有利于构造出一切块体类型。在完成构造之后，可以将这些块体和开挖面之间的关系进行分析，根据实际情况，将其确定为稳定块体、潜在关键块体或者是不可移动块体等多种形式[3]。在完成分类之后，可以根据关键块体的实际情况，对其进行稳定性分析，这样能够提出有针对性的支护设计，并且保证支护方案的有效落实。

3 公路隧道衬砌技术的现状及发展

衬砌是隧道施工过程中非常重要的环节之一，也是基础环节，衬砌技术在公路隧道实际施工过程中，能够直接对其自身的质量、施工速度以及施工成本产生影响。由此可以看出，在公路隧道施工中，衬砌技术在其中的重要性地位，不可撼动。

衬砌拱架是模筑衬砌中非常重要的一部分，其自身的建设质量能够对衬砌质量、速度以及成本和劳动强度产生影响。因此，在这种背景下，衬砌拱架自身的质量尤其重要，其自身经过长时间的发展之后，现有的拱架能够为衬砌自身的质量提供有效保障。除此之外，还能够保证衬砌的表面美观，而且实现高效率施工。

3.1 组装式拱架

组装式拱架最初被应用是在20世纪80年代之前，组装式拱架一般情况下，都是由拱圈、立腿、垫盘、横撑、模板等相互组合而成，如图1所示。

如图1所示的这种组装式拱架每当衬砌一个循环的时候，就需要对其进行一次拆卸和组装。在拆卸和组装过程中，不仅浪费大量的人力、物力资源，而且目前每次拆卸、安装时间都需要1 d～2 d左右，这样就会直接导致衬砌速度过慢。月平均衬砌速度一般情况下，会控制在40延米～60延米左右，与此同时，在组装过程中，会存在一定的安装误差，并且由于模板本身是提前铺设的，所以接缝比较多，而且接缝位置出现跑浆现象非常严重。在这种状态下，衬砌表面无论是误差或者是美观程度都比较差。但是这种组装式拱架结构的优势是比较容易加工，而且质量比较轻，制作成本也比较低[4]。在现阶段，虽然这种拱架形式已经逐渐被淘汰，但是在短浅隧道中仍然继续被使用。

3.2 衬砌台车

在20世纪80年代之后，对衬砌的整体速度要求越来越高，组装式拱架已经不能够满足施工工期的整体要求。因此，在这种背景下，人们逐渐研发出了衬砌台车，其自身主要是由轨道、行走装置、车架以及模板相互组合而成，如图2所示。

衬砌台车在实际应用过程中，由于只是单纯的平移，所以并不需要对其进行拆卸，平移以及就位一般情况下，只需要4 h～8 h，因此，衬砌速度与组装式拱架相比，具有一定的优势。衬砌台车的月衬砌速度一般情况下，会控制在80延米～100延米，在实际应用过程中，其自身能够有效对重复组装时的误差进行消除，所以表面误差能够得到有效控制。