隧道围岩稳定性分析和衬砌技术分析

梁振翔

（贵州路桥集团有限公司，贵州贵阳 550001）

隧道围岩稳定性分析和衬砌技术分析

梁振翔

（贵州路桥集团有限公司，贵州贵阳 550001）

对公路隧道围岩稳定性和衬砌技术以及存在的问题进行了具体的分析。

公路；隧道；围岩稳定性；衬砌技术

1 公路隧道围岩稳定性的研究现状

1.1围岩的分级方法

从19世纪开始围岩压力理论经历了从古典压力理论、散体压力理论到目前的弹性力学理论、塑性力学理论阶段。在公路隧道施工中，因为卸荷作用导致围岩应力进行重分布。当围岩的应力处比岩体弹性极限强度小，围岩就比较有弹性，当围岩的应力处比岩体弹性极限强度大，则围岩部分处于塑性状态，但这并不意味着围岩失去稳定性。

1.2人工智能方法

围岩体工程力学是解决工程问题的必要手段，但是并不是唯一的求解方法。还有一些人工智能方法能为我们解决隧道工程问题提供帮助，如神经网络、遗传算法等。许多学者在该理论基础上，提出了全新的围岩稳定性分析法。可以通过BP神经网络寻找到不利于围岩稳定性影响因素。也有学者把遗传进化算法和有限元结合运用，获得了围岩稳定性的最优解。

1.3数值模拟方法

对围岩的稳定性的评价一般是通过对现场进行监测或者在实验中获得力学和变形的参数，通过计算机来进行仿真模拟，得出预测结果。数值模拟方法主要包括有限元法和边界元法以及离散元法和有限差分法等等。

1.4围岩分类法

围岩稳定性分类方法主要包含RMR法、Q法和nMI（noekMassxndex）法。因为这几种分类方法的参数比较难确定，因此大多数学者选择用模糊数学法来进行围岩稳定性分类。黄宏伟等学者运用模糊数学法，对围岩稳定性进行分析，从而提出了工程类比模糊经验法。

1.5反分析法

反分析法是把在现场量测到的能反映系统力学行为的一些物理信息量作为基础，运用反演模型来推算出该系统某些初始参数，比如初始地应力和本构模型参数等。运用反分析法的目的是通过对现场量测信息来确立模型参数，获得和工程量测值较为一致的分析结果。该分析法认为隧洞围岩的裂隙传播会被周围岩体所约束，可以通过反分析推测出变化的强度参数。

1.6围岩稳定性研究发展趋势

（1）数值分析方法的藕合应用

比如有限元和边界元的藕合，离散元和边界元的藕合，以及3者间的耦合，充分的利用各种数值分析方法的优点，尽可能的提高了计算的准确性。

（2）块体理论的发展

该理论主要是集合论拓朴学原理、矢量分析以及全空间赤平投影图形方法来构造块体类型，将这些块体和开挖面之间的关系细分为稳定块体和潜在关键块体以及关键块体和不可移动块体，最后通过关键块体对围岩稳定性进行分析，并且进行支护设计。

（3）监控量测技术的发展

一般在施工前的设计要根据地质勘测资料和工程类比法来进行设计，一般地质条件和水文的变化会使得设计不是很符合实际施工的要求。所以在监控量测的基础上对围岩稳定性进行分析，对施工设计进行对应的调整。

2 衬砌技术的发展

（1）组装式拱架

组装式拱架由几个部分组成，包括拱圈、立腿、模板等等。组装式拱架衬砌一个循环就要进行1次拆卸、组装，比较耗费时间和人力，并且组装会出现误差，有比较多的接缝，在接缝位置比较容易跑浆，衬砌表面缺乏美观性。组装式拱架也有一些优点，重量比较轻，耗费成本较低，因此至今仍被使用。

（2）衬砌台车

由于社会发展节奏变快，对衬砌速度也有了一定要求，因为组装式拱架太过耗时耗力，所以人们研制出了更加省时的衬砌台车。衬砌台车的月衬砌速度在80延米以上，因为不需要进行反复组装而存在较小的误差。但是在模板的接缝处也存在跑浆情况，其制造成本较高。

（3）大模板衬砌台车

由于对衬砌表面的美观有一定要求，所以就生产出大模板衬砌台车。这种台车的模板避免了因组合而使接缝处跑浆的情况，使衬砌的表面美观程度提高。大模板衬砌台车的承载能力较强，很大程度上提高了衬砌速度和效率。通常月进尺在140延米以上。如果考虑成本和效率等因素，隧道单口长度小于200 m时，可以采用组装式拱架，而隧道单口的长度在200 m以上，500 m以下时则可以采用衬砌台车，长度在500 m以上时，就要使用大模板衬砌台车。

3 公路隧道的排水技术

（1）复合式衬砌防排水技术

复合式衬砌防排水技术采用的是半包式防水设计，由一次支护、二次模筑混凝土和防水材料组成。现阶段该排水技术广泛用于我国公路隧道建设中。

（2）单层式衬砌防排水技术

单层式衬砌防排水技术是喷锚衬砌的单层式结构，喷锚衬砌主要由锚杆和湿喷高性能混凝土等组成。外加剂可以增加它的密实度和抗冻性，不存在施工间隙，有很好的防水性。

4 结 语

随着公路隧道建设速度的加快，对公路隧道围岩稳定性的分析方法更加成熟，准确性更高，衬砌技术和防排水技术水平也得到很大的提升，现阶段在我国应用比较广泛的是复合式衬砌防排水技术，而许多欧洲国家一般采用单层喷锚式衬砌防排水技术，该技术在我国还不够成熟，尚处于研究实验阶段。如何定量测定隧道排水标准是现在亟待解决的问题之一，为了解决这些问题，我国应该加大对公路隧道排水技术的研究，推动我国公路隧道的发展。

［1］ 邵晓跃.公路隧道围岩稳定性分析和衬砌技术现状综述［J］.城市建设理论研究（电子版），2012，13（32）.

［2］ 陈喜兵，吴党科.公路隧道围岩稳定性分析［J］.城市建设理论研究（电子版），2014，10（31）.

［3］ 王传智.新安岭浅埋偏压隧道围岩稳定性评价及衬砌技术研究［D］.西安科技大学，2013.

表1　支护结构安全稳定性评判标准

2.6控制围岩变形措施

施工中需要详细记录相关的地质资料，并进行科学的分析，实现超前预报，以避免工程事故的发生。例如对于软弱围岩的施工，控制围岩形变的关键，在于对于支护体系的合理与充分利用，使其能够与围岩构成具备良好承载能力的整体。

隧道施工中需要重视前方的封堵、后方的加固，对塌方的区域实施合围，以防止塌方恶化，造成安全隐患。为了预防先行与后期可能出现的围岩、支护变形问题，应当在隧道开挖施工后，采取初期支护施工，支护方式包括锚杆、钢拱架设置和混凝土喷射。在实际的施工中，需要注意尽可能减小开挖断面或缩短开挖跨度，从而有效控制变形，防止出现塌方。对于软弱围岩，则需要尤其重视掌子面的稳定性，可采用拱顶超前支护、稳定拱脚的锁脚锚管等施工方法进行维护。而在设计支护结构时，则要求注意保证支护结构的封闭性，以利于整体稳定封闭环状结构的形成，同时充分利用超前支护，利用超前小导管的设置，支护前方围岩，达到加固周边地层的目的，运用双层小导管实现对于松散地段的加固，扩大加固圈的范围。

3 结 语

通过分析确定隧道围岩的稳定性、可靠性，明确围岩等级，才能够合理选择施工方法，并在施工中采取相应安全措施，进一步确保隧道工程施工的安全性与整体质量。工作中应当充分了解影响围岩稳定性的因素，从而采取相应的防护措施，因此，隧道围岩分级是地质勘察工作的关键，更是为后续施工顺利开展的重要基础。

参考文献：

［1］ 程立.声波测试在某引水隧洞围岩松弛测试中的应用［J］.勘察科学技术，2015，（1）：59-61.

［2］ 刁梅.分析如何做好地下工程施工勘察的措施［J］.建筑工程技术与设计，2015，（5）：45-46.

U458

C

1008-3383（2016）09-0151-02

2016-06-08

梁振翔（1982-），男，广东广州人，工程师，研究方向：公路工程施工与管理。