软岩隧道支护结构设计优化研究

曹 威

中铁第六勘察设计院集团有限公司隧道设计分公司 天津 300123

正文：

前言：

以高速发展的科学技术水平为良好契机，我国在隧道支护工作中也应用了诸多先进技术，并且效果显著。锚喷支护技术在我国隧道支护工程中应用较为广泛，是隧道支护技术的重要组成部分。软岩隧道与硬岩隧道不同，出于释放围岩变形能的目的，塑形圈可以在隧道支护中使用。目前，我国软岩隧道的支护结构还有很大的发展空间，可以充分利用先进的支护技术来进一步优化设计。软岩隧道支护结构的设计优化工作需要遵循一些必要的原则，使得优化设计之后的软岩隧道支护结构可以在保护围岩力学强度的基础上让围岩变形能得到进一步释放，在保证隧道支撑强度质量的基础上减少支护成本支出，以提高企业经济效益。支护时机和支护刚度作为软岩隧道支护结构优化设计工作的两大要点，是施工企业与施工人员必须引以高度重视的重要工作。所谓支护时机，依据工程作业项目的不同，又具体划分为支护施作时机和支护作用时机，此外，以支护工序的不同，又可将支护时机分为初次锚喷支护时机和二次衬砌施作时机两种，所以，支护施作时机与支护作用时机需要依据具体的工程情况而定，不能一概而论。但是，又有相关实践数据表明，在某些特殊情况下，支护施作时机与支护作用时机是等同的，所以，在通常情况下，我们将支护施作时机与支护作用时机统称为支护时机。软岩隧道支护结构的优化设计工作留有很大的发展空间，施工企业要及时找出当前软岩隧道支护工作中存在的问题，寻求相应的优化设计措施，从而促进我国软岩隧道支护结构设计优化工作的健康发展。

1 简述软岩支护理论

在对软岩的支护工程中，有一套较为完整的软岩支护理论，依据核心不同，划分为两类，一类软岩支护理论将定量原则作为核心内容，另一类软岩支护理论将定性原则作为核心内容。在应用实际上，以定性原则为核心的软岩支护理论相对于以定量原则为核心的软岩支护理论而言，应用更为广泛。

1.1 以定性原则为核心的软岩支护理论

当前应用实践中，以定性原则为核心的软岩支护理论应用比较广泛，其主要代表是松动圈支护理论和新奥法支护理论。松动圈软岩支护理论，顾名思义，是围绕松动圈对围岩的支护作用所提出的一套理论，这一理论可以说是针对围岩支护问题有所创新，对解决这类问题效果较为显著，但是，不可否认的是，松动圈软岩支护理论在与实际围岩情况的适应性上还有待提高，应用该理论前必须充分考虑软岩的实际状况如何；新奥法软岩支护理论，在世界范围内的软岩隧道建设工程中具有重要意义，这一理论在传统的软岩支护方法上有许多创新性措施，尤其是对于隧道施工岩体的角色转变，不再把岩体看作是施工难点，而是转换角度将其作为承载体，从而更有利于软岩隧道支护工作顺利进行。

1.2 以定量原则为核心的软岩支护理论

另一种具有代表性的软岩支护理论是将定量原则作为核心内容的软岩支护理论，由应力平衡原理和支护结构与围岩共同作用理论共同构成。应力平衡原理，顾名思义，是针对软岩边界的应力问题所提出的，致力于使得软岩边界的应力可以趋向于平衡状态，从而起到更好的支护作用，该理论鉴于此提出的解决措施，是以提高支架阻力的方法来间接实现着力平衡。支护结构与围岩共同作用理论，与应力平衡原理有异曲同工之处，也是一套针对维持软岩隧道平衡的相关理论，只不过，该理论除却需要考量围岩应力之外，还需要考量围岩的相关物理力学性质，以便可以更好保证隧道的平衡状态。

2 分析软岩隧道支护工程中存在的主要问题

对于软岩隧道支护结构优化设计工作而言，一系列软岩支护理论的提出无疑起到了举足轻重的作用，从根本上推动了软岩隧道支护优化设计工作的健康发展。我国在软岩隧道支护理论的应用上，有一个循序渐进的过程，八九十年代的初步应用，到之后的熟练应用，是一个由不成熟到成熟的应用过程，但是，在相关理论应用较为成熟的前提下，在软岩隧道支护工作中仍然存在一些问题，突出问题为支护工作实施过程中的某些不确定性。

软岩隧道支护工作中的不确定性问题主要体现在三方面，包括围岩变形机理的不确定性、围岩支护参数的不确定性以及围岩荷载环境的不确定性。围岩变形机理的不确定性主要是由支护时机以及支护形式的不确定导致的，因此，要想合理确定围岩变形机理，需要将其进行确定，并且还需要将支护参数确定好；围岩支护参数的确定与围岩的稳定性二者之间有直接关联，目前，工程类比法是辅助支护参数合理确定的常用理论方法；围岩荷载环境的不确定性，主要是当前有关理论不够成熟所导致的，所以有关技术人员还应对其进行深入研究。

3 简述软岩隧道支护结构优化设计的主要措施

为了更好地开展软岩隧道支护结构的优化设计工作，有效解决软岩隧道支护工作中的问题，需要辅之以必要的软岩隧道支护结构优化设计措施。

3.1 应用软岩流变控制原理

新奥法软岩支护理论在当前软岩隧道支护工程中应用最为广泛，新奥法隶属于以定性原则为核心的软岩支护理论体系。新奥法虽然对软岩支护有一定的积极作用，但是对于定性原则的理解人们意见不一，所以难以统一看法，不利于为其创设良好的应用环境。基于此，有关专家学者选择应用软岩流变控制原理来进一步完善新奥法支护理论，帮助人们进一步了解定性原则，所以，应用软岩流变控制原理是提高软岩隧道支护效果的重要举措。

3.2 确定支护结构的优化设计方案

要想深入设计优化支护结构，需要提前选择科学合理的优化方案来辅助进行。鉴于软岩隧道支护结构优化设计工作工程量大，整个工程建设需要投入大量的人力、物力以及财力资源，因此，只需要选取代表部分试验，来确定良好的试验方案，否则只会增加人才物资源负担，造成不必要的资源浪费。另外，有关技术人员在确定软岩隧道支护结构的优化设计方案的过程中，需要对多种影响因素进行全面、细致的考量，对各个环节进行严格把关，力求制定出一套切实可行且高效的支护结构优化设计方案。

3.3 选择恰当的计算模型

为了更好的进行软岩隧道支护结构的优化设计工作，需要在工程前期提前选择好恰当的计算模型，为工作开展起到良好的对照作用。尤其是在对锚杆计算模型的选用上，需要引起高度重视，因为，锚杆是整个支护工作的重点，对提高围岩的稳定性而言意义重大。此外，技术人员还要做好相应的注浆加固工作，以有效提高围岩的变形模量和抗剪强度。总之，在选择计算模型时，技术人员要依据软岩隧道支护结构的发展现状，有目标的去进行设计优化，从而选用科学合理的计算模型去为后续工作提供正确的对照。

4 结束语

综上所述，做好软岩隧道支护结构的设计优化工作对于我国的隧道工程建设行业来说意义重大。在具体优化设计工作中，积极主动地应用相关软岩支护理论是关键更是重要前提，此外，鉴于我国当前在软岩隧道支护工作中仍然存有一些问题，有关人员要在建设实践中积极寻找相应的解决措施，深入优化设计软岩隧道的支护结构，继而使得支护结构的支护效果能够在应用过程中将支护优势发挥最大化。总而言之，我国的软岩隧道支护结构的优化设计工作还有很大的发展空间，有关技术人员还需在实践中进一步深化研究，正视软岩隧道支护工程中存在的主要问题，合理应用软岩流变控制原理，确定支护结构的优化设计方案，选择恰当的计算模型，推动我国的隧道建设工程健康发展。