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隧道圍巖情況描述篇一
隨著我國鐵路路網(wǎng)的完善，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的提高，特別是高速鐵路和客運專線的大量修建，隧道建設(shè)規(guī)模和技術(shù)水平也踏上了一個新的臺階;然而，軟弱圍巖隧道坍方、作業(yè)人員傷亡等事故卻時有發(fā)生，隧道建設(shè)的安全現(xiàn)狀無法與當(dāng)前的形勢相適應(yīng)。從設(shè)計源頭上解決當(dāng)前軟弱圍巖隧道建設(shè)過程中存在的問題，是非常必要和及時的。
我國是世界鐵路隧道大國。據(jù)統(tǒng)計，截止目前，我國鐵路隧道通車運營長度已達(dá)到6000公里，在建隧道約6600公里，規(guī)劃設(shè)計長度約7600公里，預(yù)計到2020年，我國鐵路隧道總長將達(dá)2萬公里左右，位居世界第一。
我院承擔(dān)的任務(wù)主要集中在西南山區(qū)，地形、地質(zhì)條件復(fù)雜，一方面，隧道多；另一方面，隧道通過軟弱圍巖地段長，如：全長462km的成蘭線，隧道長度就達(dá)到322km，隧線比70%，ⅳ、ⅴ級圍巖的比重75％，且多為千枚巖、板巖等軟弱圍巖地層。
這些都從客觀上增大了隧道設(shè)計在安全方面的風(fēng)險。半個多世紀(jì)來，我院在西南山區(qū)鐵路隧道的建設(shè)中，既積累了一定的經(jīng)驗，也有不少教訓(xùn)和體會，根據(jù)會議安排，下面我就軟弱圍巖隧道工程設(shè)計方面做簡要匯報，不妥之處，敬請領(lǐng)導(dǎo)批評指正。
一、軟弱圍巖主要工程地質(zhì)特點
軟弱圍巖一般是指巖質(zhì)軟弱、承載力低、節(jié)理裂隙發(fā)育、結(jié)構(gòu)破碎的圍巖，工程地質(zhì)特點有：(1)巖體破碎松散、粘結(jié)力差：一般為土層、巖體全風(fēng)化層、擠壓破碎帶等構(gòu)成的圍巖，由于結(jié)構(gòu)破碎松散，巖體間的粘結(jié)力差，開挖洞室后，僅靠顆粒間的摩擦效應(yīng)和微弱膠結(jié)作用成拱，這類巖體極不穩(wěn)定，尤其是在淺埋地段容易發(fā)生坍塌冒頂。
(2)圍巖強(qiáng)度低、遇水易軟化：一般以頁巖、泥巖、片巖、炭質(zhì)巖、千枚巖等為代表的軟質(zhì)巖地層，由于其強(qiáng)度低、穩(wěn)定性差，開挖暴露后易風(fēng)化、遇水易軟化，尤其是深埋地段受高應(yīng)力影響容易發(fā)生塑性變形，造成洞室內(nèi)擠。
(3)巖體結(jié)構(gòu)面軟弱、易滑塌：主要是存在于受結(jié)構(gòu)面切割影響嚴(yán)重的塊狀巖體中，由于結(jié)構(gòu)面的粘結(jié)強(qiáng)度較低，開挖后周邊巖體極易沿結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生松弛、滑移和墜落等變形破壞現(xiàn)象。
（二）、軟弱圍巖的變形與破壞特征
軟弱圍巖的工程地質(zhì)性質(zhì)決定了它在隧道工程中的變形特征，即開挖后自穩(wěn)能力差，表現(xiàn)出“自穩(wěn)時間短、易坍塌”的特征。
由于隧道的開挖，使先前支撐隧道洞身圍巖被移走，洞壁臨空；造成圍巖應(yīng)力進(jìn)行重新調(diào)整，圍巖與洞壁均向隧道凈空方向變形。
這種變形由三部分組成：一是，隧道正前方掌子面的水平位移，表現(xiàn)為掌子面的水平鼓出;二是，掌子面前方圍巖下沉，淺埋隧道表現(xiàn)為地表下沉，形成沉降槽;三是，剛開挖的隧道洞壁出現(xiàn)收斂變形，表現(xiàn)為拱頂下沉和邊墻內(nèi)移;
圖
掌子面鼓出/地表沉降槽
圖 拱頂下沉和邊墻內(nèi)移
若這種變形不進(jìn)行控制，則可能發(fā)生隧道坍方。常見的隧道坍方類型可以歸納為兩類：一是掌子面水平變形過大，發(fā)生掌子面擠出坍方；另一類是支護(hù)下沉過大，出現(xiàn)整體失穩(wěn)坍方。
圖 掌子面擠出坍方
圖 整體失穩(wěn)坍方
當(dāng)隧道上部覆土較淺時，隧道內(nèi)的變形可能發(fā)展到地表，引起地表變形開裂，甚至出現(xiàn)坍塌冒頂?shù)那闆r。這種坍方對隧道工程的建設(shè)和環(huán)境的危害性極大。
整體失穩(wěn)坍方工程實例
二、軟弱圍巖隧道潛在安全風(fēng)險源
針對軟弱圍巖隧道的支護(hù)變形、塌方等風(fēng)險，從地質(zhì)角度進(jìn)行分析總結(jié)，其潛在安全風(fēng)險源主要有6種情況：（1）軟弱圍巖淺埋、偏壓
軟弱圍巖淺埋地段，隧道施工時拱部一般難于成拱，在未采取足夠措施前，軟弱圍巖淺埋隧道易發(fā)生局部塌方；軟弱圍巖偏壓地段，隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)將承受顯著的不對稱荷載，施工期間易造成初期支護(hù)縱向開裂或錯臺，變形過大甚至塌方。
圖 地形引起的偏壓
圖 地質(zhì)引起的偏壓（2）土質(zhì)隧道
土質(zhì)隧道強(qiáng)度低、自穩(wěn)性差，與巖石隧道相比要承受更大的荷載，若初期支護(hù)強(qiáng)度不足，將導(dǎo)致變形大、嚴(yán)重時會出現(xiàn)局部坍塌等安全風(fēng)險。
土質(zhì)隧道塌方冒頂及洞內(nèi)松散坍體
3）大埋深軟巖隧道
在大埋深軟巖地段，一般存在較高的地應(yīng)力，由于軟巖抗壓強(qiáng)度低，開挖過程中洞壁巖體剝離，位移極為顯著，變形持續(xù)時間長，隧底常出現(xiàn)隆起現(xiàn)象。
通過該段時，若支護(hù)不足，可能造成支護(hù)變形過度、侵限，甚至塌方等安全風(fēng)險。
支護(hù)大變形嚴(yán)重侵入凈空實例
（4）斷層破碎帶
由于斷層上下兩盤的相對運動，常使斷層面附近巖石破碎成碎石和粉末狀，形成斷層破碎帶，其巖體一般自穩(wěn)性極差，且常伴有地下水，隧道通過斷層破碎帶時易發(fā)生塌方、掌子面突泥、突水等安全風(fēng)險。
斷層破碎帶及塌方
（5）結(jié)構(gòu)面發(fā)育的塊狀巖體地段
塊狀圍巖的力學(xué)特性是巖石單體強(qiáng)度較高、承載力較高，但因結(jié)構(gòu)面發(fā)育，受其切割制約，特別是在有地下水組合作用的條件下，巖體整體穩(wěn)定性差，這類圍巖隧道坍塌的特點是個別巖塊失穩(wěn)，造成較大范圍巖塊突然坍塌。
結(jié)構(gòu)面發(fā)育
坍塌巖塊（6）不同巖層接觸帶地段
由于不同巖層，巖性差異大，加之常伴有地下水，在接觸面附近常發(fā)育有風(fēng)化剝蝕面，巖體較為軟弱、破碎，隧道通過時，在掌子面上方或前方，易發(fā)生塌方、涌泥等安全風(fēng)險。
接觸帶塌方
三、軟弱圍巖隧道設(shè)計
（一）、軟弱圍巖隧道設(shè)計理論
在隧道工程的設(shè)計與施工中，除了了解軟弱圍巖隧道“自穩(wěn)差、易坍塌”的工程特點，還必須清楚地認(rèn)識到隧道不同于地面建筑物的3個主要特點：
（1）隧道是由圍巖和多種支護(hù)結(jié)構(gòu)兩部分組成的，即：
隧道 = 圍巖 + 支護(hù)
圍巖與支護(hù)共同承擔(dān)山體的壓力。隧道工程的主要特點
（1）隧道承受的壓力具有不確定性。
（2）支護(hù)體系是控制圍巖變形的關(guān)鍵。
為有效控制隧道工程安全風(fēng)險，避免或減少坍方事故發(fā)生，應(yīng)以“充分調(diào)動圍巖的承載能力，有效控制圍巖變形和松弛”為設(shè)計理念，按新奧法原理進(jìn)行軟弱圍巖隧道設(shè)計。
（二）、隧道支護(hù)設(shè)計
根據(jù)新奧法原理，軟弱圍巖隧道支護(hù)一般采用復(fù)合襯砌。復(fù)合襯砌由初期支護(hù)、二次襯砌兩部分組成。隧道開挖后先實施噴射混凝土、錨桿、鋼拱架等與圍巖密貼的初期支護(hù)，約束圍巖變形，并根據(jù)變形監(jiān)控量測結(jié)果，適時施作二次襯砌。
圖 復(fù)合襯砌圖
1、初期支護(hù)設(shè)計
初期支護(hù)是由噴射混凝土、錨桿、鋼架組成的聯(lián)合支護(hù)體系，是復(fù)合襯砌隧道的主要承載結(jié)構(gòu)。初期支護(hù)設(shè)計錨桿
錨桿作為初期支護(hù)的另一主要構(gòu)件，設(shè)計施工中是必不可少的，特別是在軟弱圍巖中，其對圍巖的加固作用十分明顯。
1）軟弱圍巖中錨桿的作用
在軟弱圍巖中單憑噴射混凝土往往難以抵抗圍巖的巨大形變壓力，不能有效地保證支護(hù)的可靠性。在這種情況下，需要將噴射混凝土與錨桿聯(lián)合使用，并把錨桿作為主要的支護(hù)措施。
軟弱圍巖中錨桿的主要作用是通過形成具有一定厚度的“加固圈”來“加固圍巖”。“加固圈”承擔(dān)外層圍巖傳來的荷載，使得最后傳到噴射混凝土層的荷載大為減小。
錨桿對圍巖的加固是通過錨桿周圍的水泥砂漿與圍巖的粘結(jié)力來實現(xiàn)的，因此需保證錨固可靠，且錨桿墊板必須與巖面緊貼。
2）軟弱圍巖錨桿設(shè)計與施工要點：
（1）錨桿的布置一般沿洞室周邊徑向均勻布置，必要時底部也要加錨桿；
（2）為保證加固帶有一定厚度，錨桿的長度與間距之比一般為2:1；
（3）為防止錨桿間圍巖坍落，還應(yīng)配合網(wǎng)噴混凝土，噴層主要承擔(dān)錨桿間的局部坍塌荷載；
（4）為達(dá)到設(shè)計目的，軟弱圍巖錨桿施工中要求做到：錨桿錨固可靠，全長粘結(jié)；要用墊板，且墊板要求與巖面緊貼。初期支護(hù)設(shè)計-鋼架
鋼架分型鋼鋼架與格柵鋼架兩種，一般應(yīng)與錨桿、噴混凝土共同使用。
鋼架斷面圖 格柵鋼架 1）鋼架的作用 鋼架的作用有四點：
一是噴混凝土發(fā)揮作用前支撐圍巖；
二是對噴射混凝土進(jìn)行補強(qiáng)；
三是作為超前支護(hù)的支點；
四是與錨桿、噴射混凝土共同發(fā)揮初期支護(hù)的作用。2）鋼架適用范圍
鋼架的最大特點是剛度大，架設(shè)后能夠立即承載受力。因此，多用于軟弱破碎或土質(zhì)圍巖中，需要控制圍巖變形迅速發(fā)展的場合。如淺埋、偏壓及土層隧道等。
鋼架的設(shè)計與施工要點：
（1）一般采用工字鋼，或“八字結(jié)”形聯(lián)系鋼筋的格柵鋼架；
（2）鋼架間距一般為0.6～1.0m。
（3）為增加鋼架的整體性，每榀鋼架間應(yīng)設(shè)縱向連接構(gòu)件；
（4）鋼架拱腳及墻腳應(yīng)有控制鋼架位移和下沉的措施。為達(dá)到設(shè)計目的，鋼架的施工要求做到：
（1）接頭是整個鋼架的薄弱環(huán)節(jié)，必須加強(qiáng);
（2）鋼架應(yīng)直立安裝，并用混凝土預(yù)制塊與圍巖頂緊；
（3）型鋼鋼架應(yīng)預(yù)留注漿孔，及時對噴混凝土層后回填注漿，保證與圍巖密貼；
（4）分部開挖鋼架落底接長時，要注意防止失穩(wěn)。
2、二次襯砌設(shè)計
軟弱圍巖中二次襯砌也是主要承載結(jié)構(gòu)，二次襯砌與初期支護(hù)共同承擔(dān)較大的后期圍巖變形壓力，應(yīng)適時施作。
（1）二次襯砌的作用
軟弱圍巖隧道中，二次襯砌的主要作用：一是承載，二是安全儲備，保障運營的安全。
（2）二次襯砌的設(shè)計與施工要點
二次襯砌原則上應(yīng)適時施做。軟弱圍巖二次襯砌應(yīng)帶仰拱，與邊墻應(yīng)圓順連接，減少應(yīng)力集中。
為達(dá)到設(shè)計目的，軟弱圍巖二次襯砌施工要求做到：二次襯砌應(yīng)先施工仰拱，分段整體澆注。二次襯砌背后空洞應(yīng)回填密實。
四、軟弱圍巖變形控制技術(shù)
1、控制掌子面變形、坍塌的技術(shù)
掌子面過大的變形將導(dǎo)致坍塌事故的發(fā)生。這種事故占隧道坍方事故的比例最高，造成的人員、機(jī)械設(shè)備的損失最大，在設(shè)計施工中都應(yīng)該引起高度重視。
控制掌子面變形、坍塌的技術(shù)掌子面錨桿
（2）掌子面錨桿 設(shè)置掌子面錨桿的目的是控制圍巖開挖后的先行位移和掌子面位移，也是給大斷面開挖創(chuàng)造條件，有利于控制先行和后期圍巖、支護(hù)變形。
掌子面錨桿的長度一般都在10～20m 之間，宜優(yōu)先采用易于切割的玻璃纖維錨桿。
圖 掌子面錨桿
控制掌子面變形、坍塌的技術(shù)-掌子面噴混凝土封閉
（3）掌子面噴混凝土封閉
掌子面噴混凝土是現(xiàn)場使用較多的另一種維持掌子面穩(wěn)定的支護(hù)措施。
圖 掌子面混凝土封閉 控制掌子面變形、坍塌的技術(shù)
（4）掌子面預(yù)留核心土
掌子面預(yù)留核心土防止掌子面失穩(wěn)、坍方是隧道中運用最廣、最簡單、最經(jīng)濟(jì)的技術(shù)措施之一。
核心土
2、控制落底開挖坍方技術(shù)
隧道上臺階開挖支護(hù)完成，下一道工序就是下臺階落底開挖。這道工序風(fēng)險極大。落底時上半部支護(hù)基礎(chǔ)懸空，失去支撐，很容易引起支護(hù)和圍巖失穩(wěn)、坍方。這種事故一旦發(fā)生，容易造成前方掌子面作業(yè)人員被困和傷亡。
落底開挖的關(guān)鍵技術(shù)是在開挖前給上半斷面支護(hù)結(jié)構(gòu)提供一個臨時或永久的基礎(chǔ)，控制支護(hù)拱腳的快速下沉。
常見的控制拱腳下沉技術(shù)有：（1）鎖腳錨管技術(shù)
鎖腳錨管當(dāng)它作為承載結(jié)構(gòu)時，主要是傳遞來自于上部初期支護(hù)的壓力，因此，應(yīng)盡量沿拱腳切線方向設(shè)置。若施作不到位，將降低錨管作用效果。
圖
鎖腳錨管
（2）臨時仰拱技術(shù)
臨時仰拱在臺階法開挖的軟巖大斷面隧道中經(jīng)常使用，能讓上臺階臨時封閉成環(huán)，有效地控制上半段面支護(hù)的沉降，保證下臺階開挖的安全。
圖 臺階法臨時仰拱（3）擴(kuò)大拱腳技術(shù)
擴(kuò)大拱腳是通過展寬基礎(chǔ)，減小地基壓力的方法，實現(xiàn)控制支護(hù)沉降的又一種有效的技術(shù)手段。其關(guān)鍵是基礎(chǔ)要有足夠的寬度，設(shè)計寬度一般為0.8～1.0m。施作時，若拱腳寬度不夠，將造成沉降過大，達(dá)不到設(shè)計要求。
圖 擴(kuò)大拱腳
3、工程實例
成功實施的超大斷面軟弱圍巖隧道工程實例：六沾鐵路烏蒙山二號隧道。隧道出口為四線車站隧道，全長610m，其最大開挖寬度達(dá)28.42m，最大開挖面積為354.30m2，為單跨交通隧道的世界之最。隧道洞身主要通過泥巖、頁巖夾砂巖等地層。針對跨度超大、圍巖軟弱的特點，結(jié)構(gòu)采用核心土、超前預(yù)支護(hù)、邊墻設(shè)臺的拱跨式結(jié)構(gòu)，有效地控制了支護(hù)的變形。目前大跨開挖已基本完成，未出現(xiàn)坍塌問題。
圖 六沾鐵路烏蒙山二號隧道實例
五、體會與建議
1、遵循“選線四原則”，從設(shè)計源頭降低軟弱圍巖隧道風(fēng)險
隧道位置的選擇在重視洞口地形、地質(zhì)條件的同時，應(yīng)充分考慮隧道洞身地質(zhì)條件，隧道位置應(yīng)盡量避免或減少通過軟弱圍巖地段。
在選線設(shè)計時，要遵循以下“選線四原則”：
（1）選擇構(gòu)造簡單，地層單一，地下水不發(fā)育，巖體完整性較好的地段；
（2）盡量減少傍山、淺埋段，避免短隧道群。
（3）隧道洞身宜平行水平最大主應(yīng)力方向，爭取垂直巖層走向；（4）避開或遠(yuǎn)離斷層破碎帶，必須穿過時，宜大角度穿過；并應(yīng)注意選擇在斷層、特別是活動斷層的被動盤內(nèi)通過。
2、充分貫徹“早進(jìn)晚出”的原則，強(qiáng)化軟弱圍巖隧道進(jìn)洞設(shè)計
洞口位置的選擇充分考慮施工、運營安全和環(huán)保要求，遵循“早進(jìn)晚出”的原則。有條件時應(yīng)盡量接長明洞，不要為了縮短隧道的長度而偏壓、拉槽進(jìn)洞，使洞口處挖深過大，破壞山體坡面的穩(wěn)定和植被，給施工和運營安全帶來隱患。
進(jìn)洞成功實例
進(jìn)洞失敗實例 軟弱圍巖隧道宜采用超前管棚進(jìn)洞，并對洞口臨時開挖坡面采取錨桿（索）、壓漿、鋼筋網(wǎng)、噴射混凝土等支護(hù)措施；同時，在開挖進(jìn)洞之前，還應(yīng)做好地表防排水系統(tǒng)，以確保隧道進(jìn)洞安全。
3、高風(fēng)險軟弱圍巖雙線長隧道，宜采用雙洞單線分修方案
高風(fēng)險軟弱圍巖雙線長隧道宜采用上下行分修，修建兩座單線隧道，由于隧道開挖跨度、斷面減小，有利于施工時控制圍巖和支護(hù)變形，防止坍方事故的發(fā)生。
4、加強(qiáng)地質(zhì)勘察工作，細(xì)化軟弱巖層工程特性判釋
重視軟弱圍巖地段的地質(zhì)勘察工作，開展綜合勘探，查明其工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件，圍巖合理定級。
對于通過軟弱圍巖地段的隧道，地質(zhì)勘察工作的主要目的是確定軟弱圍巖在隧道洞身上的分布段落、工程特性。
通過地質(zhì)測繪輔以槽探、平硐等方法，了解軟弱巖層的分布層位，綜合地面物探成果初步確定軟弱圍巖在洞身的分布段落。在此基礎(chǔ)上布置鉆探工作，通過鉆探、孔內(nèi)綜合測井、原位測試和室內(nèi)試驗，進(jìn)一步細(xì)化軟弱圍巖在隧道洞身段的分布段落和工程特性。
為彌補勘察工作的局限性，應(yīng)加強(qiáng)施工地質(zhì)特別是超前地質(zhì)預(yù)報工作，在開挖環(huán)境下、圍巖的受力、地下水的徑流條件均有所變化，應(yīng)高度重視局部的小構(gòu)造、不同巖性的接觸帶、層間不利的結(jié)構(gòu)面組合對隧道穩(wěn)定性的不利影響。
5、針對軟弱圍巖的工程特性，設(shè)計方案應(yīng)做到“三個有利于”
軟弱圍巖的力學(xué)特性是強(qiáng)度低、承載力低，隧道開挖后變形大。因此，針對圍巖與隧道變形的控制措施是設(shè)計的要點。設(shè)計應(yīng)做到“三個有利于”：
（1）開挖方法的設(shè)計應(yīng)有利于保護(hù)圍巖，減小塑性區(qū)范圍，最大限度地調(diào)動圍巖的承載作用，控制圍巖的變形量；例如采用弱爆破、圍巖預(yù)加固等設(shè)計；
（2）支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計應(yīng)有利于支護(hù)結(jié)構(gòu)盡快封閉，形成整體穩(wěn)定的封閉環(huán)狀結(jié)構(gòu)，以達(dá)到減小支護(hù)自身變形的目的；例如采用有利于快封閉的cd/crd等工法；
（3）支護(hù)結(jié)構(gòu)未封閉之前，輔助工程措施的設(shè)計應(yīng)有利于控制支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體下沉；例如采用大拱腳或拱腳支撐樁等措施。
6、加強(qiáng)現(xiàn)場配合，積極開展信息化設(shè)計
隧道施工圖一般是通過施工前的地質(zhì)勘察，按工程類比或標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計進(jìn)行設(shè)計的，正確與否或與實際的符合程度需要通過施工的檢驗;因此應(yīng)重視施工過程中的調(diào)查和監(jiān)測等信息的收集、分析，開展信息化設(shè)計，及時對施工圖設(shè)計進(jìn)行有針對性的設(shè)計修正。
信息化設(shè)計是從設(shè)計角度出發(fā)防止軟弱圍巖隧道坍方的最有效手段。信息化設(shè)計的基礎(chǔ)是：監(jiān)控量測、超前預(yù)報。
監(jiān)控量測是確保軟弱圍巖隧道施工安全的“哨兵”, 是隧道施工不可缺少的一道工序。通過監(jiān)測動態(tài)信息，及時評價圍巖及支護(hù)結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定性狀態(tài)，用以指導(dǎo)設(shè)計、施工，確保施工安全。
監(jiān)控量測工作各單位職責(zé)
設(shè)計：設(shè)計應(yīng)將監(jiān)控量測、超前預(yù)報方案納入設(shè)計文件，根據(jù)工程地質(zhì)條件、埋深、洞外環(huán)境、施工方案等明確監(jiān)測項目、監(jiān)測頻率、監(jiān)測及資料整理分析要求，提出變形控制基準(zhǔn)及信息反饋要求。
施工：施工單位，在編制施工組織時必須將監(jiān)控量測工作列入施工流程，并由專業(yè)隊伍來實施。
監(jiān)理：監(jiān)理單位應(yīng)做到每天檢查監(jiān)控量測記錄和報告。建設(shè)：建設(shè)管理單位應(yīng)嚴(yán)格審查監(jiān)控量測實施計劃，當(dāng)監(jiān)控量測數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時，應(yīng)及時簽發(fā)預(yù)警通知或暫停施工。
六、結(jié)束語
我國鐵路的快速發(fā)展，為我們提供了一個高起點的技術(shù)發(fā)展平臺，同時也為廣大工程技術(shù)人員展示才華提供了大的舞臺。我們將按照部黨組的要求，牢固樹立“不留遺憾，不當(dāng)罪人，建不朽工程”的質(zhì)量理念，進(jìn)一步加大科技投入，開展隧道設(shè)計系統(tǒng)集成研究；不斷提高技術(shù)水平、加強(qiáng)技術(shù)管理、確?？辈煸O(shè)計質(zhì)量，為我國從隧道修建大國成為隧道修建強(qiáng)國做出我們應(yīng)有的貢獻(xiàn)。
隧道圍巖情況描述篇二
軟件說明書
隧道圍巖變形分析系統(tǒng)
1.軟件界面說明
軟件總體界面如（圖 一）所示：有菜單欄、工具欄、項目管理區(qū)、圖形報表操作區(qū)、圖形顯示區(qū)等區(qū)域。
（圖 一）
各部分簡要說明如下：
菜單欄：該部分提供了該系統(tǒng)軟件所有功能的菜單項，通過點擊這些菜單就可以實現(xiàn)軟件提供的功能。
工具欄：為了使用方便，避免頻繁地打開菜單，軟件將一些比較常用的功能放到了工具欄中，這樣就能快速地使用這些功能了。
項目管理區(qū)：該區(qū)域是用來管理新建或打開的工程項目的，工程項目可以以隧道名稱來命名，其中包含著該隧道上的各個里程（也即各個斷面），而每個斷面中又包含了該斷面上布設(shè)的各條測線或測點。該區(qū)域是用樹形結(jié)構(gòu)來管理工程項目的，樹根處是工程項目（系統(tǒng)最多可以管理10個工程項目），工程項目的下一級是斷面名稱，再下一級是測線或測點名稱，總共三級結(jié)構(gòu)。
圖形報表操作區(qū)：該區(qū)域由三部分組成。首先是直觀顯示測線數(shù)據(jù)以及收斂值的列表框，見（圖 一）中圖形報表操作區(qū)最左部分；
其次是生成各種回歸圖形和報表的各個按鈕和圖形參數(shù)設(shè)置部分，各個按鈕的具體功能，以及各參數(shù)的設(shè)置將在“5．圖形報表操作區(qū)功能說明”終予以詳細(xì)說明；最后見（圖 一）中最右部分的文本編輯框，該文本框用來顯示回歸方程、標(biāo)準(zhǔn)差、相關(guān)指數(shù)、置信度區(qū)間等各項回歸參數(shù)。
圖形顯示區(qū)：該區(qū)域是回歸圖形輸出部分，數(shù)據(jù)經(jīng)處理后，就按要求在該部分顯示需要的回歸圖形。軟件提供了各種常用的圖形操作功能，可以對圖形進(jìn)行編輯，并可以采用屏幕截取的方式保存圖形或?qū)D形以auto cad dxf文件格式導(dǎo)出，還可以將圖形存為系統(tǒng)圖形文件格式(.sd)。
以上便是對軟件界面各部分的介紹。
2.菜單功能說明
主菜單共有如（圖 二）所示六個
（圖 二）
分別是：文件、數(shù)據(jù)管理、繪圖、圖形操作、屏幕截取、查看和幫助。
※文件菜單※的功能主要是關(guān)于工程的建立、打開、關(guān)閉，工程和工程組的管理以及圖形文件的打開、導(dǎo)出和打印。
其子菜單如（圖 三）分別為：
（圖 三）
新建工程：用來建立新的工程，點擊之后彈出如（圖 四）新建工程對話框。選定工程類型后填入該工程相關(guān)的隧道信息，可以選擇工程保存路徑，單擊‘…’按鈕將彈出對話框（圖 五）,選擇保存工程的路徑，按確定退出。然后單擊‘增加’，則生成了一個新工程。此時系統(tǒng)將彈出消息框提示工程建立完成，按確定后，單擊‘退出’，則工程建立完畢，并返回到 主界面，左邊項目管理區(qū)內(nèi)的樹狀圖應(yīng)出現(xiàn)剛才建立的工程名稱，并且根據(jù)選擇的
（圖 四）
（圖 五）
之后可對該工程導(dǎo)入全站儀的數(shù)據(jù)，具體導(dǎo)法見‘?dāng)?shù)據(jù)管理’菜單中‘?dāng)?shù)據(jù)導(dǎo)入’子菜單項的詳細(xì)介紹。
打開工程：用來打開已經(jīng)存在的工程文件。選擇此菜單項，會彈出如（圖 六）所示的打開工程對話框。選擇已有的工程，單擊‘打開’，便可打開該工程，以后便可進(jìn)行數(shù)據(jù)導(dǎo)入、回歸分析等操作，這與新建一個工程后的操作是一樣的。
（圖 六）
工程（組）管理：這項功能用來同時管理一組工程。如果系統(tǒng)中原先不存在工程，選擇此菜單項，會彈出如（圖 六）所示的打開工程對話框，用戶可以先打開一個存在的工程文件，這樣若系統(tǒng)中已有工程，就會彈出如（圖 七）所示的工程組管理對話框?？梢赃x擇‘導(dǎo)入’按鈕將一已存在的工程加到現(xiàn)有工程中作為工程組管理（圖 八）。注意不可導(dǎo)入同一工程，否則系統(tǒng)將給予提示（圖 九），在工程（組）管理中可以更新已有工程的有關(guān)信息，修改有關(guān)信息后按‘更新’按鈕即可更新。當(dāng)幾個工程被組成工程組后，下次打開任一工程，就會把同一工程組中的其它工程同時打開在工程（組）管理對話框中，按‘確定’后則幾個工程就會同時出現(xiàn)在左邊的項目管理區(qū)中。要解除同一工程組中各工程的聯(lián)系，可以在工程組管理對話框中通過按‘刪除’來刪除某工程組中的工程。其中刪除工程時需要注意1.（圖 十）只將該工程從該工程組中移去，保留該工程的所有信息；2.（圖 十一）除了1中的操作以外，還將該工程的所有信息從硬盤中刪除，不可恢復(fù)，故應(yīng)謹(jǐn)慎操作。
（圖 七）
（圖 八）
（圖 九）
（圖 十）
（圖 十一）
關(guān)閉工程：關(guān)閉系統(tǒng)中現(xiàn)有的工程。若項目管理區(qū)中沒有工程，則此菜單項為灰色，只有新建或打開工程后才能激活。
打開圖形：打開保存好的該系統(tǒng)格式的圖形文件(*.sd)。如何將圖形保存為系統(tǒng)圖形文件格式，見工具欄中
功能的詳細(xì)說明。
圖形導(dǎo)出：將圖形以auto cad dxf文件格式導(dǎo)出。
打印預(yù)覽：該項功能是將當(dāng)前圖形報表操作區(qū)中列表框中的數(shù)據(jù)和圖形顯示區(qū)中的圖形一起以報表的形式打印出來。選擇此菜單后進(jìn)入打印預(yù)覽窗口，可以進(jìn)行預(yù)覽，確認(rèn)無誤后即可打印。（只有打印機(jī)在該軟件所在操作系統(tǒng)上驅(qū)動后才有此功能）
打印設(shè)置：設(shè)置打印的一些參數(shù)。這些參數(shù)包括：打印機(jī)的名稱選擇、屬性設(shè)置，紙張的大小、來源，打印的方式等。
最近圖形：顯示最近打開過的系統(tǒng)圖形文件。對于經(jīng)常調(diào)用某一圖形文件比較方便。
退出：關(guān)閉系統(tǒng)。
※數(shù)據(jù)管理菜單※的功能主要是：全站儀數(shù)據(jù)的導(dǎo)入、隧道斷面信息的輸入、隧道斷面信息的查詢、極限位移規(guī)范參考以及全站儀原始數(shù)據(jù)的管理等。
其子菜單如（圖 十三）所示，分別為：
（圖 十三）
數(shù)據(jù)導(dǎo)入：把全站儀上傳的數(shù)據(jù)導(dǎo)入到相應(yīng)工程的數(shù)據(jù)庫中。點擊后系統(tǒng)彈出如（圖 十五）的數(shù)據(jù)導(dǎo)入對話框。
（圖 十五）
(圖 十六)
選擇隧道名稱，單擊‘選擇文件’按紐，如(圖 十六)所示。選擇全站儀數(shù)據(jù)文件。單擊打開，如果文件格式正確，系統(tǒng)將從文件中讀取信息，并根據(jù)所測數(shù)據(jù)自動畫出測點的示意圖，如（圖 十七）所示，如果文件格式錯誤，將出現(xiàn)（圖 十八），如果錯誤發(fā)生，則單擊‘查看該文件’，便可修改該文件為系統(tǒng)的文件格式（注意：凡手工修改了文件，需重新選擇該文件，文件的修改才是有效的）。如無錯誤發(fā)生，可按‘導(dǎo)入’便可將該文件導(dǎo)入到系統(tǒng)中。重復(fù)‘選擇文件’----?‘導(dǎo)入’，便可將測量數(shù)據(jù)全部導(dǎo)入。注意：
1.如果想把同一次觀測的兩個測站的數(shù)據(jù)作為一個時間段的數(shù)據(jù)使用，需設(shè)定‘雙站間隔時間’，系統(tǒng)默認(rèn)為20分鐘，即前后設(shè)站間隔小于20分鐘的，系統(tǒng)將彈出如（圖 十九）消息框給以提示用戶可根據(jù)實際情況作出相應(yīng)選擇。
2.相同里程的某時間段的數(shù)據(jù)不能導(dǎo)入兩次,否則系統(tǒng)將給予提示。
（圖 十七）
（圖 十八）
（圖 十九）
數(shù)據(jù)導(dǎo)入后可人工輸入該里程的斷面信息，以便將來管理時的查詢。按‘輸入斷面信息’按鈕后彈出如（圖 二十）所示，點擊隧道名稱和相應(yīng)的隧道里程，可查看、修改、刪除
（圖 二十）
（圖 二十一）
該斷面的信息，具體操作見菜單‘隧道數(shù)據(jù)’下‘隧道斷面輸入’菜單的說明，二者的功能是一樣的。另外單擊（圖 十七）中的‘平差’按鈕可直接查看各測線平差后的長度，如（圖 二十一）。數(shù)據(jù)都導(dǎo)完后，可單擊‘退出’回到主界面，這時點擊項目管理區(qū)中工程名稱前的‘+’號，就可看到導(dǎo)入的斷面及測線情況。
隧道數(shù)據(jù)：主要負(fù)責(zé)隧道斷面信息的輸入和查詢。該菜單有兩個下級子菜單，如（圖二十七）：
（圖二十七）
選擇‘隧道斷面輸入’菜單，彈出（圖 二十）對話框。單擊‘添加’按鈕，彈出如（圖 二十八）的對話框，選擇隧道名稱，填入?yún)⒖祭锍?，按‘確定’后，該工程和斷面
（圖 二十八）
（圖 二十九）
就會導(dǎo)入到斷面信息維護(hù)對話框中，如（圖 二十九），然后輸入各類信息，按‘保存’按鈕，就能把這些信息存入數(shù)據(jù)庫中，如果要刪除，可按‘刪除’按鈕。
選擇‘信息查詢’菜單，彈出（圖 三十）對話框。當(dāng)需要查詢?nèi)我还こ讨械挠嘘P(guān)信息時，可按以下方式操作，輸入查詢信息以產(chǎn)生查詢條件，如需查詢隧道名稱為‘test1’的工程信息，則可按下列方法查詢：在查詢字段中選擇‘隧道名稱’，在運算符中選擇‘=’，在查詢值中填寫‘test1’,單擊‘語句生成’，再單擊查詢，便可將隧道名稱為‘test1’的工程查出（圖 三十一），單擊‘生成報表’可將結(jié)果存為文
（圖 三十）
（圖 三十一）
極限位移規(guī)范：這里提供了一個單線隧道初期支護(hù)極限相對位移百分表，以供用戶對照數(shù)據(jù)、圖形作為參考。
原始數(shù)據(jù)管理：可對全站儀上傳的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。當(dāng)需要查看一工程的原始數(shù)據(jù)時。可按如下操作進(jìn)行。選擇‘?dāng)?shù)據(jù)管理’菜單中的‘原始數(shù)據(jù)管理’將彈出（圖 三十二）對話框。
（圖 三十二）
選擇一工程，則右邊顯示該工程的原始數(shù)據(jù)文件。選中需查看的文件，單擊‘查看’便可觀看該文件內(nèi)容。也可單擊‘刪除’刪除該文件。
※ 繪圖菜單※的功能主要是：直線、圓弧、文本等圖形的繪制及顏色的選擇。該項菜單如（圖 三十三），具體方法均類似于autocad中的有關(guān)操作。
（圖 三十三）
※ 圖形操作菜單※的功能主要是：對圖形顯示區(qū)中的圖形進(jìn)行放大、縮小、漫游、刪除、全圖顯示等操作，具體方法均類似于autocad中的有關(guān)操作。菜單如（圖 三十三）。
（圖 三十三）
※屏幕截取菜單※的功能主要是：對圖形進(jìn)行截取并保存為bmp格式的位圖文件?！两厝 谦@得整個屏幕的圖形，‘用鼠標(biāo)選取范圍’則可以獲得選定范圍內(nèi)的圖形。具體菜單如（圖 三十四）。
（圖 三十四）
查看菜單和幫助菜單比較簡單，這里沒有詳細(xì)說明。
3.工具欄功能說明
工具欄基本是常用的菜單的快捷方式，但也有菜單不具有的功能，具體情況如下：
新建圖形。該項功能是將圖形顯示區(qū)刷新，即清除圖形顯示區(qū)的所有圖形，恢復(fù)為空白的畫布。
新建工程。具體功能與菜單欄中的‘文件’一〉‘新建工程’一樣。
打開圖形。具體功能與菜單欄中的‘文件’一〉‘打開圖形’一樣。
打開工程。具體功能與菜單欄中的‘文件’一〉‘打開工程’一樣。
保存圖形。該項功能是將圖形顯示區(qū)中的圖形保存為本系統(tǒng)軟件的圖形文件格式（*.sd），以后可以用
或菜單欄中的‘文件’一〉‘打開圖形’來打開圖形。
導(dǎo)入。具體功能與菜單欄中的‘?dāng)?shù)據(jù)管理’一〉‘?dāng)?shù)據(jù)導(dǎo)入’一〉‘（測線法）無基準(zhǔn)點’一樣。
打印預(yù)覽。具體功能與菜單欄中的‘文件’一〉‘打印預(yù)覽’一樣。注意：應(yīng)該按擬合曲線按鈕及時刷新回歸圖，以獲得與數(shù)據(jù)一致的回歸圖形。
繪圖。這三欄分別是繪制直線、圓以及圓弧的功能。
放大縮小。這兩項功能是對圖形的放大和縮小操作。
刪除物體。該項功能是從圖形顯示區(qū)刪除選中的圖形或文字，刪除完后，右擊鼠標(biāo)回彈出一菜單，選擇‘取消’即可退出刪除操作。
顯示全圖和移動圖形。如果想在圖形顯示區(qū)中看到全圖，點擊‘顯示全圖’，系統(tǒng)會自動調(diào)節(jié)圖形的大小，使圖形能完整的顯示在圖形顯示區(qū)中。如不想改變圖形的大小，則點擊‘移動圖形’進(jìn)行圖形漫游。退出操作如上所述。
全屏顯示和恢復(fù)。該功能使系統(tǒng)的框架和菜單隱去，突出顯示系統(tǒng)的視類。
斷面信息查詢。具體功能與菜單欄中的‘?dāng)?shù)據(jù)管理’一〉‘隧道數(shù)據(jù)’一〉‘信息查詢’一樣。
斷面信息輸入。具體功能與菜單欄中的‘?dāng)?shù)據(jù)管理’一〉‘隧道數(shù)據(jù)’一〉‘隧道斷面輸入’一樣。
關(guān)于。顯示程序信息，版本號。
退出。
4.圖形報表操作區(qū)說明
由于前面已對該區(qū)作了簡要說明，并指明了列表框和文本框的作用，所以這部分主要詳細(xì)說明如（圖 三十五）所示的生成各種回歸圖形和報表的各個按鈕和圖形參數(shù)設(shè)置部分。呈現(xiàn)為（圖 三十五）。
（圖 三十五）
先說明各報表按鈕的功能，具體如下：
在項目管理區(qū)種選擇隧道名稱，并單擊‘測線報表’，則產(chǎn)生該隧道所有的測線報表，如選擇里程，則產(chǎn)生該隧道該里程的所有測線報表，如選擇某測線，則產(chǎn)生該隧道該里程的該測線的報表。其間，如果選擇了‘存為文件’則將結(jié)果輸出為文件，否則將打印輸出?！鴺?biāo)報表’功能類似。
必須是在項目管理區(qū)中選擇里程，此功能才會有效。但擊‘?dāng)嗝鎴蟊怼?，會產(chǎn)生前面輸入的隧道信息（包括開挖信息、巖體信息、支撐設(shè)計、地質(zhì)描述等）的報表。如果沒有信息，用戶可以單擊‘?dāng)嗝嫘畔ⅰ粹o對此斷面進(jìn)行描述，然后保存即可。
單擊‘原始數(shù)據(jù)報表’，結(jié)果如‘測線報表’，根據(jù)在項目管理區(qū)中選擇的不同，分別產(chǎn)生三種原始數(shù)據(jù)的報表。
單擊‘工作人員報表’，產(chǎn)生工作人員（負(fù)責(zé)人和觀測者）的報表。
單擊‘?dāng)嗝嫘畔ⅰ?，圖形顯示區(qū)中出現(xiàn)如（圖 三十七）界面，在這兒可以輸入所選里程的斷面信息。
（圖 三十七）
回歸分析是本軟件提供的一項重要功能之一。全站儀對各斷面測線經(jīng)過一段時間的量測，得到測線隨時間變化的數(shù)據(jù)，其中測線斂值和時間之間具有非線性的相關(guān)關(guān)系?；貧w分析的功能就是對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理以回歸圖的形式顯示在圖形顯示區(qū)，以供用戶參考，并對圍巖穩(wěn)定性進(jìn)行了預(yù)測。系統(tǒng)提供了5種曲線函數(shù)，以供用戶選擇最合適形狀的區(qū)線來擬合。
各回歸分析按鈕功能的具體說明如下（假設(shè)x對應(yīng)時間，y對應(yīng)測線收斂以及它們的速率）：
在項目管理區(qū)中選中具體測線或測點后，單擊‘對數(shù)函數(shù)’，系統(tǒng)會對測線收斂以 對數(shù)函數(shù)為回歸方程進(jìn)行非線性回歸分析，并在圖形顯示區(qū)中顯示回歸圖形（包括原始數(shù)據(jù)圖、收斂值或位移值圖和收斂或位移速率圖）。
適用情況：當(dāng)y的增量隨x增大而逐漸減少。
功能類似‘對數(shù)函數(shù)’，適用情況：根據(jù)具體數(shù)據(jù)而定。
功能類似‘對數(shù)函數(shù)’，適用情況：當(dāng)y隨著x逐漸增加而越來越急劇地增大。
功能類似‘對數(shù)函數(shù)’，適用情況：當(dāng)y的增量隨x增大而逐漸減少。
功能類似‘對數(shù)函數(shù)’，適用情況：當(dāng)y隨x增大而增大的速度與x成比例。
單擊‘自動選擇’，系統(tǒng)會對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，自動選擇合適的回歸曲線。
見（圖 三十五）右上角是回歸圖形的一些參數(shù)設(shè)置，x軸、y軸和y負(fù)軸分別是所需坐標(biāo)軸的長度，‘網(wǎng)格’和‘標(biāo)注’表示圖中是否需要它們，‘穩(wěn)定條件’是進(jìn)行穩(wěn)定性預(yù)測所需要的數(shù)據(jù)。
6.其它注意事項
隧道圍巖三維變形分析系統(tǒng)與自動全站儀配合使用，并對其量測時的測線布置規(guī)定如下各圖：
測線布置圖：
3測線
4測線
6測線
7測線
圖 三十八
隧道圍巖情況描述篇三
隧道圍巖大變形機(jī)理及處治技術(shù)研究
【摘要】本文結(jié)合工程實例，對公路隧道圍巖產(chǎn)生大變形的原因進(jìn)行分析，并提出合理的處治措施。
【關(guān)鍵詞】隧道圍巖 大變形 原因 處治
一、隧道圍巖大變形機(jī)理分析及工程實例
1、隧道圍巖產(chǎn)生大變形的原因
各類圍巖在正常施工條件下都會產(chǎn)生一定的變形，不同國家、不同行業(yè)對各級圍巖巖及各種支護(hù)結(jié)構(gòu)都規(guī)定有不同的預(yù)留變形量以容納這些變形。大變形是相對正常變形而言，目前還沒有統(tǒng)一的定義和判別標(biāo)準(zhǔn)。產(chǎn)生大變形主要有客觀和主觀兩方面原因，地質(zhì)條件是客觀原因，技術(shù)措施不當(dāng)是主觀原因，前者是根本原因。
2、工程實例
某公路隧道進(jìn)口斜井位于溝谷地帶，地形呈左高右低現(xiàn)狀，地形起伏較大。該斜井設(shè)計平長140m，開挖范圍上部巖層為粉質(zhì)粘土，下部為強(qiáng)-全風(fēng)化頁巖夾砂巖，圍巖分級為v級。本工程地下水為上層滯水、基巖風(fēng)化裂隙水及構(gòu)造裂隙水。隧道凈空斷面尺寸為4.7（寬）×5.75（高）m，開挖斷面尺寸為5.82（寬）m×7.62（高）m。
在斜井施工至掌子面里程xk0+113時，通過觀察發(fā)現(xiàn)xk0+113～+122.5段初期支護(hù)噴射混凝土有開裂剝落現(xiàn)象。此時，仰拱施工至xk0+122.5；加強(qiáng)二襯施工至xk0+125.5。大變形段里程為xk0+113～+122.5，長9.5m，該段右側(cè)鋼拱架失穩(wěn)內(nèi)斂約60cm，初支砼嚴(yán)重剝落，變形過程+115～+118右側(cè)拱腳處、+118～+122右側(cè)墻角處分別流出黃色、黑色泥漿；地表沉陷深約1.7m，面積約70m2。通過對本段隧道所處地質(zhì)環(huán)境綜合分析，圍巖大變形的主要原因有：
（1）地質(zhì)因素。隧道圍巖經(jīng)過多年地質(zhì)構(gòu)造運動，圍巖應(yīng)力處于平衡狀態(tài)，一經(jīng)開挖，潛在應(yīng)力釋放，應(yīng)力重新分布，在原生應(yīng)力已遭破壞，新生應(yīng)力場尚未穩(wěn)定前提下，圍巖承受壓大、極易失穩(wěn)導(dǎo)致坍塌；當(dāng)通過各種堆積體是，由于結(jié)構(gòu)松散，顆粒間無膠結(jié)或膠結(jié)差，開挖后引起坍塌；在擠壓破碎帶，巖脈穿插帶、節(jié)理密集帶等裂結(jié)構(gòu)地層中，巖塊間互相擠壓鉗制，一經(jīng)開挖則失穩(wěn)，常見巖塊掉落、坍塌；在軟弱圍巖節(jié)理發(fā)育的情況下，或泥質(zhì)充填物過多，均易產(chǎn)生較大的坍塌；在構(gòu)造運動作用下，薄層巖體形成的笑摺曲、節(jié)理發(fā)育地段，施工中常常發(fā)生坍塌；巖層軟硬相間，或有軟弱風(fēng)化夾層的巖，在裂隙水的作用下，軟弱面強(qiáng)度大大降低，因而發(fā)生坍塌；裂隙水的軟化、浸泡、沖蝕、溶解等作用加劇巖體的失穩(wěn)和坍塌。
（2）結(jié)構(gòu)支護(hù)原因。由于圍巖應(yīng)力變化具有不確定性，結(jié)構(gòu)支護(hù)承載應(yīng)力很難進(jìn)行精確計算，設(shè)計支護(hù)強(qiáng)度、剛度是否能夠滿足承載應(yīng)力的要求是很難進(jìn)行精確的判斷的，因此，支護(hù)參數(shù)的偏小，往往也是導(dǎo)致隧道坍塌的主要原因之一，且造成的危害性極大。
（3）施工原因。施工方法與地質(zhì)條件不相適應(yīng)，地質(zhì)條件發(fā)生變化，沒有及時改變施工方法；施工支護(hù)不及時；地層暴露過久，引起圍巖松動、風(fēng)化；忽略了圍巖的變形規(guī)律，圍巖的變形同時具有連續(xù)變形和突然變形的特征。當(dāng)開挖距離小于d（d為隧道開挖寬度）時，圍巖兩端由于受到二次襯砌砼和開挖掌子面支撐的約束作用，連續(xù)變形很小，主要是爆破后的受震動影響的突然變形，而且在這個距離范圍內(nèi)由于襯砌和開挖面支承的“空間效應(yīng)”的影響，即使初期支護(hù)抗力不足圍巖滑移力亦不至于失穩(wěn)，當(dāng)這個距離為1.5d～3d時，“空間效應(yīng)”的影響完全消失，初期支護(hù)抗力小于滑移力的問題即刻暴露出來，圍巖急劇變形，極易引起塌方。
二、隧道大變形段施工處治措施
1、垂直錨桿加掛網(wǎng)噴漿施工
本工程洞外處理措施采用全長粘結(jié)型早強(qiáng)垂直錨桿加掛網(wǎng)噴射混凝土。
（1）主要設(shè)計參數(shù)：錨桿孔深度、孔徑由設(shè)計決定，錨桿長度根據(jù)隧道埋深深度來確定，設(shè)計錨桿φ22螺紋鋼筋組成，間距1.5×1.5m梅花形布置，每根長4m；設(shè)置ф6鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格間距20cm×20cm。插入鋼筋束后壓漿機(jī)進(jìn)行灌注1：1.5的水泥砂漿?？卓诒砻嬗蒙皾{護(hù)面，砂漿厚度10～15cm。
（2）施工技術(shù)要點。
①清除地表植被地表大致整平：人工清除地表植被，大致整平地表，經(jīng)監(jiān)理工程師檢查合格后方可進(jìn)行下一步工序施工。
②測量定孔：工程技術(shù)人員根據(jù)設(shè)計圖紙測定孔位，并用木樁標(biāo)出，其孔位誤差不得大于10cm；同時對施工人員進(jìn)行圖紙及現(xiàn)場技術(shù)交底。
③鉆孔。露天鉆機(jī)精確就位并固定，保證鉆機(jī)鉆桿線垂直以及鉆機(jī)在鉆進(jìn)時不產(chǎn)生偏移和傾斜；鉆孔順序由里向外或由外向里，先鉆高位孔。
④制作錨桿鋼筋及鋼筋束。錨桿宜采用錳硅螺紋鋼，直徑為22mm。用鋼筋切割機(jī)將鋼筋按設(shè)計長度進(jìn)行切割。
⑤安裝錨桿鋼筋束。在安裝鋼筋前用高壓風(fēng)進(jìn)行清孔，以清除孔內(nèi)粉碴及雜物。安裝鋼筋束：可借助于簡易鋼管架，安裝卷揚機(jī)對鋼筋束進(jìn)行垂直吊放。
⑥灌注砂漿：安裝好鋼筋束后，堵塞孔口，用注漿機(jī)結(jié)合導(dǎo)管進(jìn)行孔內(nèi)灌注水泥砂漿，使孔內(nèi)砂漿堵塞密實，保證地表錨桿的錨固效果；注漿時，孔口壓力〈0.4mpa。
2、管棚超前支護(hù)施工
本工程洞內(nèi)xk0+113～+122.5大變形段采用dn65中管棚加固過渡。
（1）主要施工參數(shù)：①管規(guī)格：內(nèi)徑65mm，外徑76mm；②管距：環(huán)向間距40cm；③傾角：外插角1°～3°為宜，可根據(jù)實際情況作調(diào)整；④注漿材料：m20水泥漿或水泥砂漿；⑤設(shè)置范圍：拱部120°～135°范圍；⑥長度：15m。
（2）施工技術(shù)要點：
①開挖管棚工作室。工作室分步開挖，分步施鉆。即先在兩邊拱腳分別開挖兩個工作室ⅰ，進(jìn)行鉆孔、安管、注漿之后，再開挖工作室ⅱ；當(dāng)開挖工作室ⅱ時，可棄碴于兩拱腳工作室ⅰ。這樣既減少開挖工作量、減少搭拆平臺，又便于移動鉆機(jī)，有利于鉆孔作業(yè)。
②搭設(shè)平臺、安裝鉆機(jī)、測定孔位。搭設(shè)鉆機(jī)平臺，鉆機(jī)平臺盡量一次搭好。鉆孔順序，有高孔位向低孔位進(jìn)行，可縮短移動鉆機(jī)與搭設(shè)平臺的時間，便于鉆機(jī)定位、定向。
③鉆孔。鉆孔為便于插管，管棚鋼管鉆孔直徑應(yīng)比管棚鋼管設(shè)計直徑大20～30mm；若圍巖注漿固結(jié)好或巖質(zhì)較好，可以一次成孔；圍巖局部注漿效果不好的，鉆進(jìn)時可能產(chǎn)生坍孔、卡鉆，則需補注漿后再鉆進(jìn)。
④安裝管棚鋼管。根據(jù)設(shè)計，管徑如采用80～180mm壁厚4mm以上碳素?zé)o縫鋼管，每節(jié)管長4～6m；每節(jié)鋼管用8mm厚的管箍連接；15m左右一次成孔的短孔，可用人工將鋼管直接插入鉆孔。管節(jié)與管箍的絲扣應(yīng)提前在專用管床上按規(guī)定加工。
⑤安裝管棚鋼筋籠及管外注漿。管棚鋼管安裝好后，放置鋼筋籠并注漿。管內(nèi)設(shè)置的鋼筋籠，由四根長4m的螺紋鋼筋焊接在壁厚8mm、長8cm的管節(jié)上而成，鋼筋直徑、管節(jié)外徑應(yīng)根據(jù)管棚鋼管直徑大小而定。在鋼管鋼筋籠安好后，進(jìn)行注漿。注漿用泥漿泵壓注，根據(jù)所要求的凝固時間決定采用水泥漿或水泥水玻璃雙液，分二次進(jìn)行，第一次對二個工作室ⅰ各個鉆孔注漿；第二次對工作室ⅱ各個鉆孔注漿。
三、結(jié)束語
隧道圍巖大變形施工處治關(guān)鍵在于弄清軟弱圍巖的變形規(guī)律特征，找出其變形原因，采用合理的施工方法和支護(hù)參數(shù)。該隧道施工中有效地控制了大變形，整個施工過程中未發(fā)生一起安全事故，而且質(zhì)量均在控制要求范圍內(nèi)，表明軟弱圍巖采用的大變形施工處治技術(shù)是成功的可供同類工程施工參考。
參考文獻(xiàn)：
1、孫劍峰，秦嶺灞源隧道圍巖大變形處理方法，《中國科技博覽》2014年第19期
隧道圍巖情況描述篇四
上海地鐵盾構(gòu)隧道縱向變形分析
【摘 要】隧道若發(fā)生縱向變形將嚴(yán)重影響到隧道結(jié)構(gòu)的安全。分析探討了縱向變形的發(fā)生、變化情況以及隧道結(jié)構(gòu)和防水體系所允許的縱向變形控制值。結(jié)合工程實踐,對隧道發(fā)生的典型沉降曲線規(guī)律進(jìn)行了深入的分析,其結(jié)論對有效控制隧道縱向變形具有指導(dǎo)意義?！娟P(guān)鍵詞】隧道;通縫拼裝;縱向變形;環(huán)縫;錯臺;防水;失效
至2020年,上海將建成軌道交通運營線路達(dá)到20條、線路長度超過870 km以及540余座車站的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模。這其中,以盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)為主的地下線路幾乎占到一半。控制隧道縱向變形是確保隧道結(jié)構(gòu)安全的重要因素之一。在研究隧道縱向變形時,我們首先要關(guān)注這種變形是以何種方式發(fā)生、又是如何發(fā)展變化以及隧道變形控制值是多少等問題,本文對這些問題進(jìn)行了分析探討。
1、盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)和構(gòu)造設(shè)計
盾構(gòu)法隧道是由預(yù)制管片通過壓緊裝配連接而成的。與采用其它施工方法建成的隧道相比,盾構(gòu)隧道明顯的特點就是存在大量的接縫。1 km長的單圓地鐵盾構(gòu)隧道需要五~六千塊管片拼裝而成,接縫總長度約是隧道長度的20余倍。因此,盾構(gòu)隧道的多縫特點已成為隧道發(fā)生滲漏水最直接或潛在的因素之一(見圖1)。在盾構(gòu)拼裝結(jié)構(gòu)中,接縫有通縫和錯縫之分,現(xiàn)以單圓通縫盾構(gòu)隧道為例進(jìn)行隧道縱向變形分析。1.1 盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)與構(gòu)造設(shè)計 1.1.1 管片厚度、分塊及寬度
單圓通縫隧道管片厚度350mm,管片為c55高強(qiáng)混凝土,抗?jié)B等級為1 mpa。一環(huán)隧道由6塊管片拼裝而成(一塊封頂塊f、兩塊鄰接塊l、兩塊標(biāo)準(zhǔn)塊b和一塊拱底塊d),圓心角分別對應(yīng)16°、4×65°和84°(見圖2a)。封頂塊拼裝方便,在拱底塊上布置了兩條對稱的三角形縱肋。整個道床位于拱底塊內(nèi),底部沒有縱縫,對底部環(huán)縫滲漏水有一定程度的抑制作用,可大大降低處理底部滲漏水的難度。
1.1.2 縱縫和環(huán)縫構(gòu)造
在管片環(huán)面中部設(shè)有較大的凸榫以承受施工過程中千斤頂?shù)捻斄?可有效防止環(huán)面壓損,既利于裝配施工,又易于整個環(huán)面凹凸榫槽的平整密貼,提高管片外周平整度;并可提高環(huán)間的抗剪能力,控制環(huán)與環(huán)之間的剪動,同時也可減少對盾尾密封裝置的磨損?？拷饣∶嫣幵O(shè)彈性密封墊槽,內(nèi)弧面處設(shè)嵌縫槽。環(huán)與環(huán)之間以17根m30的縱向螺栓相連,在管片端肋縱縫內(nèi)設(shè)較小的凹凸榫槽,環(huán)向管片塊與塊之間以2根m30的環(huán)向螺栓壓密相連,能有效減少縱縫張開及結(jié)構(gòu)變形,環(huán)、縱向螺栓均采用熱浸鋅或其它防腐蝕處理。
這種構(gòu)造設(shè)計使得隧道在拼裝完成后形成具有一定剛度的柔性結(jié)構(gòu),環(huán)向面之間以及縱向面之間可以達(dá)到平整密貼裝配,既能適應(yīng)一定的縱向變形能力,又能將隧道縱向變形控制在滿足列車運行及防水要求的范圍內(nèi);同時,滿足結(jié)構(gòu)受力、防水及耐久性要求。
錯縫拼裝與通縫拼裝略有不同,其拼裝方式是隔環(huán)相同,拱底塊不設(shè)三角肋,在道床底部有一條縱縫, 6塊管片所對應(yīng)圓心角分別為20°、2×68.75°、3×67.5°(見圖2b)。不論是通縫還是錯縫拼裝,隧道總體上呈“環(huán)剛縱柔”的特點。
1.2 裝配隧道對縱向變形的適應(yīng)性分析
錯臺是指兩環(huán)隧道之間發(fā)生的徑向相對位移,隧道縱向變形的適應(yīng)性是指在保障隧道結(jié)構(gòu)安全前提下各組成構(gòu)件所允許的最大環(huán)間錯臺量。從以下幾方面分析各自對環(huán)間錯臺量的適應(yīng)情況。1.2.1 環(huán)面構(gòu)造對錯臺量的適應(yīng)性
如圖3a示,在管片環(huán)面中部設(shè)了較大的凹凸榫槽。因環(huán)面裝配部位的凹槽比凸榫稍大,存在約8mm的極限裝配余量,可允許凸榫在凹槽內(nèi)沿著徑向作微量移動或滑動。這種環(huán)面間的相對移動表現(xiàn)在隧道壁上就是錯臺現(xiàn)象(見圖3)。無論環(huán)面凹凸榫槽的初始裝配關(guān)系如何,當(dāng)環(huán)間錯臺達(dá)到4~8mm時,凸榫的頂部邊緣將與凹槽的底部邊緣相接觸,若繼續(xù)發(fā)生錯臺,凹凸榫槽將發(fā)生剪切。應(yīng)當(dāng)說環(huán)面上設(shè)置的凹凸榫槽對提高環(huán)間的抗剪切能力是有益的。從環(huán)面構(gòu)造可知,當(dāng)環(huán)間錯臺量超過4~8mm時,環(huán)面縫隙將按線性張開。所以, 4~8 mm錯臺量應(yīng)是環(huán)面裝配和錯臺的控制值。1.2.2 密封墊對錯臺量的適應(yīng)性
在環(huán)面上靠近外壁約30 mm處設(shè)有密封墊(現(xiàn)多為三元乙丙橡膠材料),按照設(shè)計構(gòu)想,理想裝配條件下密封墊徑向?qū)挾鹊闹丿B達(dá)23 mm,并可抵御環(huán)面間張開4~6 mm而不會發(fā)生滲漏水。通過對密封墊試驗和數(shù)值計算分析發(fā)現(xiàn),當(dāng)環(huán)面之間發(fā)生錯臺時,密封墊表現(xiàn)出復(fù)雜的形狀,不同部位呈拉壓剪等十分復(fù)雜的受力狀態(tài)。從理論上講,當(dāng)環(huán)間錯臺量為4~8 mm(甚至更大一些)時兩塊壓緊狀態(tài)的密封墊是不會產(chǎn)生滲漏水的。由于環(huán)面上的密封墊不是完整的(分別粘貼在12塊不同管片上),裝配后單側(cè)整環(huán)密封墊長達(dá)19.415 m,且存在許多棱角組合,加之防水材料質(zhì)量及施工技術(shù)條件等制約因素,多數(shù)滲漏水發(fā)生在錯臺量<8 mm(甚至更小)的情況下(見圖4)。
1.2.3 螺栓孔和螺栓對錯臺量的適應(yīng)性
為便于管片拼裝緊固,一般螺栓孔設(shè)計的要比螺栓稍大,螺栓孔徑為35mm,螺栓直徑為30 mm,在管片拼裝或產(chǎn)生錯臺時可允許螺栓適當(dāng)調(diào)整。當(dāng)環(huán)間錯臺量較小時,螺栓會隨管片發(fā)生移動,螺栓拉伸量相當(dāng)有限。不論螺栓與螺栓孔的初始裝配關(guān)系如何,在錯臺量達(dá)到6~12 mm后,螺栓孔與螺栓的對應(yīng)位置關(guān)系都趨于極限,螺栓將發(fā)生拉彎,同時對手孔部位的混凝土產(chǎn)生壓剪作用。因手孔部位增強(qiáng)了配筋,螺栓會在手孔部位的混凝土壓壞之前先于拉壞。
通過以上分析可知,隧道環(huán)面構(gòu)造、防水體系及螺栓等在隧道發(fā)生變形過程中所起的作用不盡相同,對錯臺量的適應(yīng)性也并不完全一樣。但將它們裝配成一條完整的隧道后就必須要求管片間的變形要協(xié)調(diào),即只有當(dāng)錯臺量同時滿足結(jié)構(gòu)抗剪、螺栓受拉及防水有效等要求時,隧道安全才有保障。受管片制作、拼裝施工、密封墊質(zhì)量等因素的影響,通常在隧道投入運營之初,環(huán)縫、十字縫或管片接縫處就已發(fā)生了滲漏水,隧道在施工過程中已經(jīng)用掉了大部分結(jié)構(gòu)變形和防水預(yù)留量,而留給運營期間允許發(fā)生的變形余量非常少。因此,綜合多方面因素,將環(huán)面間的錯臺量控制在4~8mm即可保障隧道的安全。
2、隧道縱向變形分析
在隧道防水設(shè)計中,一般取縱縫和環(huán)縫張開量來確定密封墊的性能,彈性密封墊在隧道張開量達(dá)到4~6 mm時還具有防水能力。但隧道縱向變形究竟是以隧道頂?shù)撞縿傂詮堥_方式還是以環(huán)面錯臺方式進(jìn)行的?或是兩者兼之?下面分別對兩種情形進(jìn)行討論分析。
2.1 假定隧道縱向變形是以剛體轉(zhuǎn)動的方式進(jìn)行的
將單環(huán)隧道假定為一個理想的剛體,允許環(huán)與環(huán)之間發(fā)生小角度θ的剛體轉(zhuǎn)動,隧道頂(底)部張開量δ,形成隧道縱向沉降變形(見圖5)。當(dāng)隧道發(fā)生沉降時,隧道頂部壓緊,底部張開(或閉合)量δ;反之,隧道頂部張開δ,底部壓緊。根據(jù)剛體轉(zhuǎn)動幾何條件,隧道環(huán)寬w、直徑d、環(huán)間張開(或閉合)量δ及隧道縱向沉降曲線半徑r之間有如下幾何關(guān)系:
當(dāng)取環(huán)寬為1.0 m、隧道外徑為6.2 m,隧道縱向沉降(或隆起)與環(huán)縫張開關(guān)系見表1。若依此計算,當(dāng)環(huán)縫張開量為6 mm時,隧道防水已經(jīng)失效。但在隧道實際變形中,如此小沉降半徑(甚至更小)是存在的,但防水體系并沒有發(fā)生失效現(xiàn)象。這說明將隧道縱向變形視作整環(huán)隧道剛體轉(zhuǎn)動的假定與隧道實際發(fā)生的縱向變形有著較大出入。在已建隧道中,隧道長度與直徑之比l/d>150,隧道縱向端點與車站錨固聯(lián)結(jié),車站剛度較大,而且隧道與周圍土層之間存在一定的抗剪力,對隧道沿縱向移動有較大約束,加之管片之間螺栓緊固作用等,對隧道整環(huán)發(fā)生剛體轉(zhuǎn)動或沿縱向產(chǎn)生較大的水平位移(縫隙)起到極大約束作用。一般情況下,沿隧道縱向難以產(chǎn)生較大的環(huán)間縫隙或剛體轉(zhuǎn)動。
2.2 假定隧道縱向變形是以環(huán)間錯臺方式進(jìn)行的
從上述分析得知,隧道環(huán)與環(huán)之間可以發(fā)生小量級的錯臺而不破壞隧道的安全性,假定隧道縱向變形曲線視作是由環(huán)與環(huán)之間發(fā)生不同錯臺而形成的,現(xiàn)分析沉降曲線為等圓的錯臺情況。將最下部的一環(huán)定為第1環(huán),稱之為基準(zhǔn)點,第1環(huán)隧道底部與沉降曲線最低點之間沉降差定義為初始錯臺變形δ1,第2環(huán)與第1環(huán)之間的錯臺變形量δ2,第i環(huán)隧道與i-1環(huán)之間的錯臺變形量δi。根據(jù)圖6a示,第一環(huán)的初始錯臺量為δ1,則有:
根據(jù)表2和圖6分析可知:①沉降曲線半徑越大,沉降影響范圍越大,環(huán)間錯臺發(fā)展速度越緩慢;反之,沉降曲線半徑越小,沉降影響范圍越小,環(huán)間錯臺發(fā)展就越快(即錯臺很快就超出安全控制值)。②沉降曲線半徑越大,沉降范圍內(nèi)的累積沉降量越大。由式(3)可以看出,即使環(huán)間的錯臺量是一個較小的數(shù)據(jù),但在一個較大范圍的隧道累計變形量來說仍然很可觀。③即使在等半徑沉降曲線上,不同距離的環(huán)間錯臺量是不同的。由式(2)可知,距離基準(zhǔn)點越遠(yuǎn),環(huán)與環(huán)之間的錯臺變形量就越大。
隧道安全取決于隧道結(jié)構(gòu)和防水體系的安全,通過對隧道的長期現(xiàn)場監(jiān)護(hù)監(jiān)測發(fā)現(xiàn),隧道結(jié)構(gòu)沉降變形和防水之間又是相互影響和相互促進(jìn)的,隧道滲漏水會引起隧道變形加大,隧道變形加大又會加劇隧道滲漏水,形成惡性循環(huán)。
在隧道發(fā)生滲漏水的許多部位,沉降曲線半徑超過15 000m,滿足隧道縱縫張開的設(shè)計要求;在發(fā)生較大沉降變形區(qū)段,沉降曲線半徑遠(yuǎn)小于15 000m,隧道沒有發(fā)生滲漏水,也未發(fā)現(xiàn)隧道頂?shù)撞康霓D(zhuǎn)動張開;在幾處發(fā)生過險情的隧道區(qū)間,隧道沉降半徑遠(yuǎn)小于500 m,發(fā)生漏水的整環(huán)隧道多位于沉降曲線的直線段,個別環(huán)間錯臺量達(dá)數(shù)厘米,在隧道內(nèi)壁上表現(xiàn)為明顯錯臺形式。理論分析和隧道發(fā)生滲漏水的實際情況都證明了隧道縱向變形方式是以環(huán)間錯臺方式進(jìn)行的,將隧道縱向沉降曲線視作是由一系列環(huán)間錯臺構(gòu)成的這一假定是合理的。
2.3 隧道縱向變形過程分析 在隧道發(fā)生沉降(隆起)后,隧道總長度增加,沉降變化越多,變化量越大,隧道總長度增加量就越大。當(dāng)錯臺量較小時,隧道縱向增加量較小,可用下式來表達(dá):
當(dāng)錯臺量超過4~8 mm時,隧道縱向長度計算還應(yīng)考慮縱向環(huán)面縫隙的增加量w0。下面根據(jù)不同程度的錯臺量對隧道結(jié)構(gòu)安全和防水影響進(jìn)行分析:(1)當(dāng)環(huán)間錯臺量為1~4 mm時,這個量級的錯臺可以通過隧道環(huán)面構(gòu)造設(shè)計本身加以調(diào)整,但會對密封墊產(chǎn)生一定的拉壓作用。從幾何意義上講,變形前密封墊徑向重疊厚度至少可達(dá)約23 mm,發(fā)生錯臺后密封墊仍可保持約19 mm的重疊厚度。根據(jù)式(4)計算,若錯臺為1 mm,單環(huán)隧道增加長度0.005 mm;若環(huán)間錯臺4 mm,單環(huán)隧道增加長度0.008 mm。這個量級的小錯臺量引起隧道縱向長度的增加非常小,環(huán)間縫隙寬度不增加。
隨著環(huán)間錯臺量的增大,密封墊不同部位表現(xiàn)為十分復(fù)雜的拉壓剪等受力狀態(tài),密封墊一般不會發(fā)生滲漏水現(xiàn)象,但環(huán)面間的防水能力在一定程度上被大大削弱,隧道發(fā)生滲漏水的概率大為增加?？v向連接螺栓或?qū)⑦M(jìn)一步發(fā)揮抗拉作用,對手孔部位的混凝土施加低水平的壓剪作用。
(2)當(dāng)環(huán)間錯臺量達(dá)4~8 mm時,即在前一階段變形基礎(chǔ)上繼續(xù)發(fā)生錯臺4 mm(見圖3b)。不論環(huán)面凹凸榫槽最初裝配位置如何,此刻凹凸榫槽處在極端配合狀態(tài),凸榫頂邊緣與凹槽底邊緣相接觸,凹凸榫槽直接發(fā)生剪切,螺栓也處在進(jìn)一步拉緊狀態(tài),密封墊的變形和受力狀態(tài)也隨錯臺量的加大而加劇,但密封墊徑向重疊厚度仍可達(dá)15 mm。根據(jù)式(4)計算,若錯臺達(dá)到4~8 mm,單環(huán)隧道長度增加將達(dá)0.032 mm。這個級別的錯臺引起隧道總長度的增加量依然很小,環(huán)間縫隙寬度不增加,但密封墊之間、密封墊與管片之間都可能會直接發(fā)生滲漏水現(xiàn)象,環(huán)間防水能力被極大削弱,隧道發(fā)生滲漏水的幾率成倍增加,必須引起警惕,采取措施控制錯臺的進(jìn)一步發(fā)展。
(3)當(dāng)環(huán)間錯臺量達(dá)8~13 mm時(見圖3c),環(huán)面凹凸榫槽已發(fā)生直接剪切,凹凸榫槽局部會出現(xiàn)裂縫,而導(dǎo)致防水失效,這個錯臺量會引起環(huán)面凹凸榫槽出現(xiàn)“艱難爬坡”現(xiàn)象,環(huán)間縫隙呈線性擴(kuò)大,螺栓被拉流。盡管密封墊徑向重疊厚度仍有10~15 mm,但因管片局部發(fā)生破壞、環(huán)面間縫隙超過防水標(biāo)準(zhǔn)而失去防水作用。根據(jù)式(4)計算,若環(huán)間錯臺量達(dá)到13mm,隧道長度增加迅速,單環(huán)隧道增加量也達(dá)13.083mm,環(huán)縫張開量將迅速增加超過6 mm,環(huán)間防水體系基本失效,將會有大量水土流入隧道,環(huán)縫漏水嚴(yán)重。圖7是整環(huán)隧道發(fā)生豎向錯臺示意圖,當(dāng)環(huán)間發(fā)生豎向錯臺時,依附于管片上的密封墊將隨同管片一起發(fā)生錯臺。在隧道頂?shù)撞课诲e臺最為顯著,其它部位并不明顯,但此時環(huán)面上凹凸榫槽還處在咬合狀態(tài),錯臺將呈直線方式發(fā)展。隧道處于此種狀態(tài)十分危險,若變形繼續(xù)發(fā)展,后果不堪設(shè)想。
(4)當(dāng)環(huán)間錯臺量為13~23 mm時(見圖3d),環(huán)面間持續(xù)剪切導(dǎo)致凹凸榫槽結(jié)構(gòu)進(jìn)一步破壞,防水體系完全失效,凹凸榫槽還處在咬合狀態(tài),錯臺將呈線性發(fā)展直至結(jié)構(gòu)失穩(wěn),尤其當(dāng)隧道下臥土層是砂性土層的狀況時風(fēng)險性更大。
分析表明:①若錯臺量在幾毫米以內(nèi),隧道總長度增加量很少,環(huán)間縫隙寬度并不增加,隧道結(jié)構(gòu)安全尚處在可控狀態(tài),但會大大削弱密封墊的防水效果;②若錯臺量超過環(huán)面凹凸榫槽配合極限之后,環(huán)間縫隙按線性發(fā)展,管片會發(fā)生破損、防水失效等現(xiàn)象,給隧道安全帶來災(zāi)難性威脅。因此,徑向錯臺的增加不僅會引起隧道環(huán)面發(fā)生剪切,還將導(dǎo)致隧道縱向水平位移(環(huán)面縫隙)的增加。
以上僅是對隧道豎向發(fā)生徑向錯臺進(jìn)行分析,實際上隧道發(fā)生縱向變形遠(yuǎn)比此復(fù)雜。隧道在裝配完成受力后其環(huán)面并不是一個真圓,環(huán)面凹凸榫槽的裝配關(guān)系隨之發(fā)生變化,這些變形會沿著隧道縱向進(jìn)行傳遞,隧道縱向和橫向變形在一定范圍內(nèi)相互影響。
3、隧道縱向變形典型曲線及工程實例 3.1 隧道縱向沉降典型曲線
圖8是典型縱向沉降曲線,沉降曲線呈對稱漏斗型。一半曲線是一條反s沉降曲線,曲線的上部向下彎曲,下部向上彎曲,中間呈直線段變化?？蓪⑶€劃分成三段,現(xiàn)逐一分析如下: 第一段為向下彎曲段(沉降加速段)。該段隧道受擾動影響較小,環(huán)間錯臺較小,縱向變形量小,環(huán)與環(huán)之間的錯臺迅速變大,環(huán)間縫隙基本上沒有張開,也不發(fā)生滲漏水,此階段的縱向變形累計量較小。
第二段為直線變形段(沉降均速段)。該階段隧道受擾動影響較大,該段環(huán)與環(huán)之間的錯臺量較大,凹凸榫槽相扣處在剪切狀態(tài),錯臺基本上呈直線型發(fā)展,沒有明顯彎曲,縱向沉降累積量迅速變大,環(huán)間縫隙防水失效,有大量水土涌入隧道。
第三段為向上彎曲段(沉降減速段),也是最后一個階段。該段環(huán)與環(huán)之間的錯臺變形由大變小,曲線呈向上彎曲狀,此階段的縱向累計沉降量達(dá)到最大。
近年來發(fā)生的幾起隧道險情大沉降與上述隧道縱向變形曲線非常吻合。3.2 工程實例
(1)圖9是上海軌道交通2號線某停車場出入庫線下行線隧道泵站發(fā)生事故后形成的沉降曲線。因泵站施工引起隧道大量漏水漏砂,隧道發(fā)生了較大錯臺變形,個別環(huán)間錯臺量達(dá)到數(shù)厘米,最大累計沉降量達(dá)26 cm,后經(jīng)及時搶險才得以控制隧道危情。
(2)4號線大連路區(qū)間隧道因結(jié)構(gòu)存在固有缺陷導(dǎo)致隧道漏水漏砂,環(huán)間發(fā)生了較大錯臺沉降,縱向累計和差異沉降變形都很大,環(huán)間發(fā)生錯臺量達(dá)到3~5 mm,累計沉降達(dá)9 cm,影響范圍超過100m,后經(jīng)及時發(fā)現(xiàn)搶險并最終得到根治。環(huán)間過大的錯臺變形勢必會引起隧道結(jié)構(gòu)開裂,導(dǎo)致隧道受損或破壞,防水體系失效,給隧道結(jié)構(gòu)安全帶來直接威脅,多處隧道發(fā)生的縱向大變形驗證了這一變形過程。
4、結(jié)語
本文通過對地鐵盾構(gòu)隧道縱向變形進(jìn)行分析,得到如下結(jié)論:(1)地鐵盾構(gòu)隧道縱向變形基本上是以徑向錯臺方式進(jìn)行的。
(2)徑向錯臺的增加不僅會引起隧道環(huán)面發(fā)生剪切,同時會引起環(huán)縫間隙按線性發(fā)展,導(dǎo)致隧道結(jié)構(gòu)損壞、防水失效。必須嚴(yán)格控制各類因素引起的環(huán)間錯臺量。
(3)研究了不同沉降曲線半徑的環(huán)間錯臺變化規(guī)律,等半徑沉降曲線上不同位置的錯臺量是不同的。結(jié)合工程險情研究了典型的隧道沉降曲線。
(4)隧道安全與隧道結(jié)構(gòu)變形和防水密切相關(guān),防水的成敗關(guān)系到其長久安全,“見水就堵”是十分重要的。這些分析結(jié)論進(jìn)一步加深了對隧道發(fā)生沉降方式和變形控制值的認(rèn)識,對指導(dǎo)地鐵盾構(gòu)隧道安全監(jiān)控具有重要的意義。
隧道圍巖情況描述篇五
淺議軟弱圍巖隧道變形地段施工
席亞濱
軟弱圍巖是指飽和抗壓極限強(qiáng)度在30mp以下、巖體完整性系數(shù)在0.4以下的圍巖，其工程性質(zhì)主要表現(xiàn)在圍巖自穩(wěn)性差、節(jié)理發(fā)育、巖石風(fēng)化嚴(yán)重。通常情況下，我們把以ⅳ、ⅴ級圍巖為主的隧道都稱之為軟弱圍巖隧道。軟弱圍巖隧道施工面臨的風(fēng)險大于一般隧道，普遍存在初期支護(hù)變形、破壞、侵限換拱；結(jié)構(gòu)下沉，噴射砼開裂掉塊剝落；突水涌泥、塌方，甚至是二襯破壞等現(xiàn)象，其出現(xiàn)的頻次和產(chǎn)生的破壞力大小與地質(zhì)本身、施工能力和技術(shù)管理水平的高低等都有很大的關(guān)系。
在對軟弱圍巖隧道施工的時候，首先在要樹立一個全新的思想觀念，更要樹立一個堅強(qiáng)的信心。另外，在在項目最艱難的時候體現(xiàn)技術(shù)管理的龍頭作用，項目管理人員要做到思路清晰，以身作則，保持整個團(tuán)隊的團(tuán)結(jié)協(xié)作。一個項目團(tuán)隊，如果長期牢固樹立好這些思想觀念的話，這個項目就至少成功了一半。當(dāng)然，在實際的工作面前，我們更要講究科學(xué)的方法。
應(yīng)遵循的原則
軟弱圍巖隧道施工中，我們要解決的核心問題就是控制變形。面對頻繁的變形開裂和由此導(dǎo)致的諸多問題，我們所有的努力都是為了實現(xiàn)一個目標(biāo)，就是通過采取一定的初期支護(hù)補強(qiáng)措施和加強(qiáng)施工現(xiàn)場過程控制，將拱部的下沉和周邊的收斂控制在一定范圍內(nèi)，確保每月最大有效施工天數(shù)，嚴(yán)防一切形式的變形開裂導(dǎo)致的換拱，杜絕塌方，確保施工安全；為此，我們在施工過程中必須要有一個很大的責(zé)任心。
責(zé)任心是戰(zhàn)勝軟弱圍巖隧道施工各種困難的法寶。各層次領(lǐng)導(dǎo)，任何一個部門，每一個參建人員都應(yīng)立足本職工作，建立堅強(qiáng)責(zé)任心，才能應(yīng)對好各種困難，才能解決好現(xiàn)場的各種問題。當(dāng)然，除一個責(zé)任心外，在軟弱圍巖隧道施工過程中我們應(yīng)該在技術(shù)上把握三個基本原則。
原則一：方案不失誤
我們在軟弱圍巖隧道施工中，應(yīng)在不同階段根據(jù)不同的材料編制施工方案，施工前，我們可按照設(shè)計或業(yè)主提供的“風(fēng)險評估報告”和相關(guān)設(shè)計文件編制專項的施工方案，該方案應(yīng)具備一定的指導(dǎo)性；施工過程中通過超前地質(zhì)預(yù)報成果和日常技術(shù)工作積累的一線資料，及時對“風(fēng)險評估報告”進(jìn)行細(xì)化和調(diào)整完善，同時根據(jù)其制定更為細(xì)化的施工方案，方案中的措施應(yīng)滿足施工現(xiàn)場的需要，必須具備很強(qiáng)的可操作性并及時傳達(dá)給現(xiàn)場，必要時做相關(guān)的專題講座，讓方案深入人心；
解決軟弱圍巖隧道變形開裂控制問題，不能僅僅依靠技術(shù)手段，施工現(xiàn)場的嚴(yán)密組織和強(qiáng)有力的管理至關(guān)重要，只有平行解決才能從根本上起到作用。施工方案一旦確定，必須嚴(yán)格執(zhí)行到位；實施過程務(wù)必規(guī)范、步步到位。
原則二：工序不失衡
在項目管理上，均衡是一個重要理念，在軟弱圍巖隧道施工過程中，不可控的因素有很多，例如地質(zhì)變化快、局部失穩(wěn)滑塌、突水涌泥等情況；掘進(jìn)與仰拱和二襯要均衡，上、中、下三個臺階的施工要始終保持均衡；能力和目標(biāo)要均衡（這主要體現(xiàn)在掘進(jìn)進(jìn)尺和仰拱開挖長度的控制上，你沒有配套的人員和設(shè)備，你就不能隨意加大工序循環(huán)進(jìn)尺，這一點是需要特別注意的）；時間和空間要均衡（要發(fā)揮人員和設(shè)備最大潛力，施工組織十分重要，什么工序能平衡、什么工序必須獨立作業(yè)等等），一旦失衡就會帶來危險的后果，隧道施工上臺階過快會導(dǎo)致臺階長度加大，安全問題自然突出；我們在老東山隧道施工時，統(tǒng)計的大量循環(huán)時間記錄表就反映出單循環(huán)使用時間量的差異很大，下一步施工中，我們將繼續(xù)做好單循環(huán)作業(yè)時間記錄并進(jìn)行認(rèn)真細(xì)致的分析，及時提出問題所在，下力度解決這個時間差異。
原則三：圍巖量測不造假 所有隧道的塌方，都是一個由量變到質(zhì)變的發(fā)展過程，量測是指導(dǎo)施工的“眼睛”，通過掌握拱頂下沉及周邊收斂的規(guī)律，發(fā)現(xiàn)異常立即采取加固措施，根據(jù)量測數(shù)據(jù)分析成果及時調(diào)整預(yù)留沉落量對于控制隧道初支變形開裂是非常有效的。我們要求各個隧道工區(qū)都要做好四個方面的工作；首先是嚴(yán)格按照規(guī)范要求，在開挖后及時預(yù)埋圍巖量測點并獲得初始讀數(shù)，困難地段及時增加測點密度，加大觀測頻率并將獲得的數(shù)據(jù)及時添加到“變形時態(tài)變化散點圖”中，據(jù)以及時考察變形發(fā)展動態(tài)，修正回歸系數(shù)；其次是不斷對兩圖進(jìn)行回歸分析，并根據(jù)兩圖發(fā)展趨勢，預(yù)測可能出現(xiàn)的最大值和變形速率；三是根據(jù)變形最大值和變形速率預(yù)報圍巖穩(wěn)定性和安全性并對其做出具體的規(guī)定，以便及時采取措施加強(qiáng)支護(hù)措施；四是建立“零”報告制度和實行嚴(yán)格的獎罰考核制度；最終實現(xiàn)量測工作全面、及時、準(zhǔn)確和真實有效，確保施工安全。
應(yīng)注意的幾個問題
在軟弱圍巖隧道施工過程當(dāng)中，以下幾個問題是我們必須特別注意的：
由于軟弱圍巖地質(zhì)較為復(fù)雜、變化頻繁，要成功的渡過軟弱圍巖的前提就是地質(zhì)工作，只有做好地質(zhì)工作，掌握準(zhǔn)確的地質(zhì)情況，才能正確選擇好施工方案；
“心之官則思”。要善于觀察并思考問題，“針尖大的窟窿能透過斗大的風(fēng)”。在軟弱圍巖隧道施工中，地質(zhì)一旦變化或有水的影響就該敏銳的感覺到它的嚴(yán)重性并迅速采取措施，不能熟視無睹、若置罔聞，要堅定不移地把施工安全放在壓倒一切的突出位置；
施工過程中，應(yīng)嚴(yán)格按照“重地質(zhì)、管超前、嚴(yán)注漿、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測、速反饋”的二十四字方針組織施工，它是軟弱圍巖隧道施工成敗的關(guān)鍵；
對于支護(hù)系統(tǒng)，應(yīng)嚴(yán)格控制好拱架的縱向間距，加強(qiáng)鋼架的縱向連接；按要求做好超前支護(hù)和鎖腳錨桿（管），結(jié)合實際揭示圍巖的巖層產(chǎn)狀確定鎖腳錨桿（管）的角度，同時提高安裝焊接的質(zhì)量。噴射砼時要控制好噴射距離和角度，嚴(yán)防出現(xiàn)空洞；總之要確保支護(hù)系統(tǒng)的有效性；
無論采用哪種施工方法，軟弱圍巖施工應(yīng)嚴(yán)格控制好施工步距，仰拱施工必須先行，要確保二襯緊跟掌子面施工，安全距離任何時候不能超標(biāo)；
高度重視水對軟弱圍巖隧道施工的影響；在做好超前探孔排水的同時，對初期支護(hù)表面潮濕段落應(yīng)及時埋設(shè)φ42小導(dǎo)管作為排水管，以便及時將地下滲水集中排出。
需要繼續(xù)研究的問題
對于軟弱圍巖隧道施工面臨的變形開裂問題，我們未來還會遇到很多，情況可能會更加復(fù)雜和多變。如，鋼支撐對于抵御變形開裂有多大的作用，占的比例有多少？如何有效提高支護(hù)體系的整體性？如何提高支護(hù)體系中鎖腳施工的質(zhì)量？超前支護(hù)對控制拱部下沉有多大作用？每一種支護(hù)措施分別在控制變形開裂中起什么作用？噴射砼的工藝調(diào)整在抵御變形開裂問題上能起到什么樣的作用？注漿在以泥巖和砂巖為主的隧道施工中，對于抵御變形開裂有多大的作用嗎？通過研究各種變形量測的數(shù)據(jù)，可推測出變形開裂在某時刻可能達(dá)到的數(shù)值，于是引出了時間差，如何在施工中利用好這個時間差？對于擴(kuò)大拱腳的實施在控制變形開裂中是否有效，其操作的可行性如何進(jìn)一步的優(yōu)化？預(yù)留沉落量在控制變形開裂中的作用及所占的比例？如何實現(xiàn)軟弱圍巖隧道施工的快速施工？
這些問題是要求我們需要在后續(xù)的施工過程中不斷的加強(qiáng)研究?？梢哉f，不同的時空條件、不同的外部環(huán)境、不同的生產(chǎn)要素、不同的管理能力，所采取的方法都有所不同；在軟弱圍巖隧道施工的過程中，我們無法完全遏制變形開裂，但要確保其受控、不換拱；我們無法完全的避免塌方，但能夠防止出現(xiàn)人員傷亡。所以說，對于軟弱圍巖隧道施工，我們施工單位需要投入更多的心力，仔細(xì)研究，確保軟弱圍巖隧道施工的安全進(jìn)行。
作者單位 中鐵十二局集團(tuán)第二工程有限公司
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