深埋交叉隧道开挖变形行为及衬砌应力分析

虞亮贵

（中国水利水电第十六工程局有限公司 福建厦门 361000）

引言

从隧道工程早期的建设情况来看，大部分专家学者研究的都是平行隧道开挖与施工方式，并取得了一定的研究成果，但对于交叉隧道具体的建设情况、相关开挖技术以及衬砌应力等方面的研究并不是十分的深入，这一情况的出现，导致在进行此类型隧道的施工过程中，其变形行为相对较为严重。因此，对深埋的交叉隧道在开挖过程中的变形行为与衬砌应力等方面的内容进行全面的研究，对促进该类型工程的发展具有十分重要的作用。

1 交叉隧道开挖变形行为

1.1 相对硬岩和普通岩交叉段

一般来讲，相对较为完整的硬岩大部分的岩性都属于灰白色的灰岩，这种岩石的性质相对较为坚硬，属于块状物，自身节理发育和岩体的完整性相对都比较好，属于三级围岩。普通岩一般处在灰黑色或者是黑色的泥岩层中，不地层普通岩的结合性相对较差，当用锤子击打岩石时，没有较大的回声且局部比较容易被打碎，属于四级围岩。从整体上来看，该交叉段变形行为主要分为：急剧增长与增长、缓慢增长这两大类型[1]。从特点上来看：①其初期变形速度相对较快且变形量比较大，当开挖主洞和初步支护的工作完成之后，该交叉段就会因为受到外界压力的原因而出现变形行为，该阶段其变形量大约占据总变形量的1/3。②在开挖和支护工程建设完成24d之后，主洞的位移行为基本收敛，如果在此时开挖隧道的话，变形行为不仅会迅速增加，其发展速度也很快，其变形量大约占据总变形量的一半。③收敛变形带有一定的波动性，且波动的振幅相对较大，特别是在开挖横洞时，其波动性更是十分明显。

1.2 软弱围岩和普通岩交叉段

软弱围岩的岩性属于泥岩加泥沙岩和粉砂岩，其节理和层理的发育相对较好，但不同岩层间的结合性比较差，岩体容易破碎，会受到极大的地质构造影响，属于四级围岩。通常情况下，该交叉段的变形行为带有较强的时效性，大致可以被分为剧烈变形、减速变形和稳定变形这三个阶段。从特点上来看：①该交叉段开挖初期的变形发展较快且形变量比较大，大约占据中变形量的90%；②岩体变形带有较强的振荡特点，在变形过程中其波动的幅度较大，所以，其变形量也是出于时增时减的状态。③在开挖仰拱工程施工之后，其变形速度便明显的下降，所以，该交叉段的变形行为具有较强的自我调节能力。

1.3 相对硬岩与软弱岩的交叉段

同普通段相比，这两种岩石交叉的断面其变形初期带有速度快。面积广、收敛时间长等方面的特点，特别是软弱岩那一面。并且，在开挖横向通道之后，相对硬岩其变形行为便会随着开挖行为和方向的变化而随之变化，当横到开挖工作暂停或者是结束之后，其变形行为也会随之逐渐的变小，直到停止。与相对硬岩不同的是，软弱岩的变形行为会随着横道开挖施工的停止而呈现出一种逐渐上升的发展趋势，这种趋势需要在横道开挖施工结束了很长的一段时间之后才会消失。

2 衬砌应力的相关分析研究

2.1 工程初期的支护施工方式

①砂浆锚杆的施工方式，就目前来看，制作砂浆锚杆的杆体材料主要是螺纹钢筋，通过风动凿岩机在杆体上桩孔之后，用高压风将孔内存在的岩屑吹净，当确定钻孔内不存在岩屑时，就需要使用注浆机将之前预备好的水泥砂浆注入到锚之中[2]。在注入水泥砂浆的过程中，施工人员需要将注浆管以向下的方式插入到锚杆孔的底部，并且需要一边注入砂浆，一边向外拔注浆管。如果锚杆是朝上方的话，施工人员就需要采用排气法将砂浆注入到孔内，并按照相关施工数量的要求对注完的砂浆锚杆进行拉拔试验。②挂设钢筋网的施工方法，施工人员在使用钢筋网之前，需要清除掉网上的污垢与铁锈，并在现场通过预点的方式将其焊成网片；并且，还需要在即将开挖的现场周围做好混凝土的喷射，然后将钢筋网按照喷射的起伏面进行铺设，从而使得钢筋网能够牢固的同锚杆联结到一起。③喷射混凝土的施工方式，在使用该施工工艺时，施工人员应该要尽可能的使用TK-961型号的湿式喷射机进行喷射，其工作时候的风压需要保证在0.5MPa以上，且水压需要大于喷压。此外，还应该要保证喷头和受喷面之间处于垂直的关系，二者的距离要控制在1.5～2m之间，且喷射的路径应该成“S”型[3]。

2.2 二次衬砌施工

要想保证建设完成的深埋交叉隧道的施工和使用质量，进行二次衬砌施工是十分必要的。①在进行二次衬砌施工的过程中，施工人员必须要通过隧道的监控量测的测量结果为依据，在确定该各个测试项目位移的速率明显收敛、围岩已经处于基本稳定的状态再开始施工，即各测试已经产生的位移达到了预计总位移量的80～90%。②施工过程中使用的所有钢筋材料都需要在施工现场进行集中的制作加工，并在衬砌工作面上进行焊接与绑扎，保证支护的稳定性[4]。③该环节在进行施工的过程中，其混凝土材料应该选择穿行式的液压钢模作为衬砌台车立模工作的前提，每一次交叉段的浇筑长度应该在10m左右；混凝土材料需要在制定的搅拌站进行集中的拌制，利用运输车来专门的运输该材料。并且，为了保证浇筑的质量，施工人员应该采用从隧道的两侧拱脚同时向拱顶进行带有对称性和连续性的浇筑，隧道两侧的边墙需要利用插入式的振捣器将其振实、拱顶的混凝土则需要使用附着式的振动器来振实。

此外，从对交叉隧道施工现场衬砌应力的监测以及相关资料的研究可以发现，交叉段的隧道其主动围岩的压力具有较强的时间和空间性的分布特征[4]。在进行开挖施工时，施工人员不仅需要架设立格的栅拱，还应该要使用结合长短锚杆的支护方式，或者是改良施工现场的地层结构等来对隧道交叉段以及其附近的地段进行重新的支护[5]。

3 结束语

总而言之，对于深埋交叉隧道的开挖工程来讲，要想保证其施工的质量，控制施工变形情况的话，就需要对于施工力学的相关理念和内容进行全面的研究。与此同时，在该项工程的施工过程中，在对其开挖变形行为与衬砌应力进行全面的研究和分析时，相关人员可以从解析交叉段地质地形情况等方面的内容入手。此外，由于岩体结构和地应力场等因素会对交叉隧道的变形行为产生较大的影响，所以，在研究开挖行为与衬砌应力的过程中，还需要对这两项因素进行全面的分析与研究。

[1]张宪鑫.深埋交叉隧道开挖变形行为及衬砌应力研究[D].重庆大学，2007.

[2]张良刚.特大断面板岩隧道围岩变形特征及控制技术研究[D].中国地质大学，2014.

[3]冯景伟.深埋隧道围岩稳定性分析与支护研究[D].西安科技大学，2009.

[4]李凤翔.深埋软弱围岩隧道施工时空效应及大变形控制研究[D].中南大学，2012.

[5]黄亮.盾构隧道衬砌结构的横向变形加固分析与试验研究[D].华南理工大学，2015.