公路隧道在特殊地质条件下施工技术研究

韩俊杰 曹留建

（登封市公路工程处，河南 登封452470）

0 绪论

（1）发展背景

改革开放三十年来，我国经济得到了快速地发展。随着经济发展的需求，大量的高速公路网近年来被快速的建设起来。随着公路技术的发展，原有的一些不适宜建设隧道的地区逐渐开始进行公路建设。关于一些偏远地区因为山地以及特殊地质条件逐渐由于经济发展得需要开始逐渐建设公路网络[1]。

（2）隧道支护研究现状

新奥法作为近些年来比较流行的隧道支护方法，被广泛运用在公路隧道建设中。关于一些特殊地质条件，新奥法的独特施工技术更加有效地保证了施工技术方面的要求。但是新奥法仍然有自己先天性的缺陷，这些缺陷会导致隧道施工技术低下，无法保证隧道施工建设要求。现有的隧道支护技术主要有以下几个方面：

1）钢拱架[2]：近些年来由于我国钢铁产量的大幅增加，钢拱架技术被大量用于隧道支护技术。钢拱架主要包含了格栅钢架以及型钢钢拱。

2）喷锚技术[3]；随着喷层材料以及锚杆材料的快速发展，喷锚技术被广泛运用于特殊地质条件下的隧道建设中。自上世纪九十年代以来，我国常用混凝土喷层与锚杆结合进行支护。

3）联合支护方法[4]：新奥法在实际使用中不断地发展引申，最终得到了联合支护方法。现在常见的联合支护方法有：长锚杆柔性支护、锚喷技术以及锚喷网技术。

在特殊地质条件下的隧道施工技术上述支护技术有着极其严格的要求，对现有的隧道支护技术进行经验总结对今后隧道施工中的技术方案选择有着比较重要的要求。

1 软弱围岩条件下的隧道工程特性研究

1.1 软弱围岩力学特性

软弱围岩由于其自身较高的泥质含量以及岩体的独特力学特性使得软弱围岩具有极易产生变形的显著特点。软弱围岩的主要力学特性有：

（1）崩解性：在水的作用下，软弱围岩容易由于水的作用最终导致围岩结构失效。最终导致软弱围岩崩塌。

（2）流变性：一些软弱围岩会因为力的作用随着时间的变化逐渐产生位移，这种性质被称之为流变性。

（3）膨胀性：软弱围岩在受到力的作用以及水的作用下会产生楔劈效应，当楔劈效应大于联结力时，会产生一定的膨胀性变化。

（4）可塑性：由于软弱围岩自身性质的独特性，一旦受力产生变化后的围岩会由于内部结构的变化导致变形无法恢复。

1.2 喷射混凝土技术的应用研究

喷射混凝土是一种较为先进的隧道围岩支护方法。喷射混凝土主要是运用混凝土喷射机将混凝土高速的喷射在围岩表面。喷射混凝土可以迅速的形成强度，对围岩快速地形成强度。随着技术的快速发展喷射混凝土技术逐渐形成了以下几个方面：

（1）湿喷：为了保证喷射混凝土时，混凝土扬尘现象严重，在喷射混凝土时加入一定比例的水，保证空气质量的方法称之为湿喷。这种方法技能保证施工技术要求，也可以保证工人身体健康。

（2）潮喷与干喷：干喷是将混合料以高速喷射在软弱围岩上，以形成强度保证围岩的稳定性，潮喷是在喷射混合料前将混合料中拌制一定比例的水，降低喷射混合料时的扬尘。

（3）混合喷射：混合喷射是将两种喷射方式混合使用的一种施工技术，这种施工技术主要的施工要点以及施工设备与上述两种施工技术基本相同。

1.3 锚杆技术研究应用

作为围护软弱围岩的一种重要施工方法，锚杆技术主要有以下几点力学特性：

（1）支撑围岩：通过锚杆与围岩之间的摩擦力，对软弱围岩产生一定的压力，有效地阻止围岩强度的继续恶化。

（2）加固围岩：锚杆及其注浆可以将软弱围岩中的破裂面以及节理裂纹粘结在一起，从而增强围岩的力学参数。

（3）吊悬作用以及增强摩阻力：吊悬作用是将软弱的易掉落的围岩与稳定的围岩结合在一起形成较为稳定的整体。增强摩阻力则可以提高软弱围岩的整体性。

2 特殊地质条件下的隧道监测技术的研究

2.1 监控量测的目的

为了保证软弱围岩条件下隧道的施工技术要求，一定要在施工过程中时刻保证监控量测。通过监控量测围岩在各个时刻的数据，可以判断软弱围岩在施工过程中的支护状况变化以及围岩稳定性状态。围岩监测的主要方面有：

（1）选测项目：常见施工中的一些检测项目为选测项目，具体有地表下沉、围岩压力以及钢支撑内力等方面。

（2）必测项目：对于一些量测项目必须进行时刻检测测量。例如拱顶下沉、周边位移、锚杆以及锚索内力等项目。

2.2 特殊地质条件下监测结果研究

通过对在软弱围岩条件下的公路隧道中的实际施工经验进行总结，富水千枚岩层条件施工时应当注意以下几点：

（1）在富水千枚岩层中进行公路隧道施工时，检测测量数据中周边收敛数据较小，要小于拱顶下沉数据。经过理论分析后，认为实际数据应该会大于测量数据，测量数据偏小主要是由于施工工序影响了量测准确性。

（2）钢架内侧压应力经常大于拉应力，钢架的受力较为安全且拱脚处盈利水平比较高。主要原因是由于产生了应力集中的现象。

（3）在富水千枚岩层地质条件下的公路隧道建设中，锚杆在控制围岩变形方面效果较差，不能有效的提高围岩的稳定性。

（4）对在富水千枚岩层条件下建设的公路隧道而言，二次衬砌所受到的应力较小。一般情况下二次衬砌所受到的应力要远远小于设计强度。所以按照一般施工要求进行施工只要可以保证设计强度，二次衬砌一般不会产生破坏，且稳定性较好。

3 结论

经过对现有的公路隧道施工技术以及现有的公路隧道施工监测量测技术的理论分析，本文得到了现有的公路隧道施工技术的各个优点以及缺点。结合具体施工经验总结，得到了以下几点结论：

（1）富水千枚岩层地区公路隧道建设中，隧道位移变形较大。主要原因是由于富水千枚岩层容易遇水软化。具体施工过程中应当适当增大变形预留量。

（2）通过对锚杆技术的理论分析以及实际工作经验总结发现，锚杆对富水千枚岩层条件下的公路隧道工程效果不大，现场施工过程中应当加长锚杆以满足施工要求。

［1］杨连云.对高等级公路路线设计中若干问题的探讨[J].林业科技情报，2001(5).

［2］李文明.软弱围岩隧道稳定性及初期支护合理性研究[D].重庆：重庆大学,2010.

［3］Oteo CS.Urban tunnels inhard soils[J].Geotechnical Engineering of Hard Soils／Soft Rocks，1993,3.

［4］徐干成，等.地下工程支护结构[M].北京：中国水利水电出版社,2002.

［5］Muir Wood，AM.The Circular Tunnel in Elastic Ground[J].Géotechnique,1976,25.