【文章內(nèi)容簡介】 圖4 軍都山隧道淺埋土質(zhì)段開挖通過20測點(diǎn)前后地表及土體內(nèi)部沉降時(shí)態(tài)曲線 開挖面前方巖體沿隧道切向的壓性變形，是圍巖自承的基礎(chǔ)。在隧道開控后，雖然在極短的時(shí)間內(nèi)。周邊巖體沿隧道切向應(yīng)力集中，但是，由于出現(xiàn)了隧道這臨空面，其周圍巖體能量迅速釋放，因此。這部分巖體很快沿隧道切向和徑向發(fā)生張性變形，成為松弛帶。即使在黃土質(zhì)隧道拱腳下方這切向應(yīng)力最高的部位，在開挖后一個(gè)短時(shí)間內(nèi)可能出現(xiàn)壓劈，但在不長時(shí)間之后，這部分土體即沿徑向和切向發(fā)生張性變形；成為松弛帶的一部分；~。隧道開挖后，最靠內(nèi)的巖體成為松弛帶。在一定深度，開挖面前方巖體已經(jīng)發(fā)生的沿隧道切向的壓性變形仍然存在，它們處于三維應(yīng)力狀態(tài)下，具有較高的承載能力，能在一定時(shí)間內(nèi)保持圍巖不發(fā)生整體破壞。從圖4還可見，在多部開挖時(shí)，每一開挖步驟，都會(huì)引起開挖面前方巖體的壓性變形，這些變形是疊加在已有的變形之上的。為了讀者能更好地理解圖3及后述的一些資料，這里作一說明：這些資料是形變一電阻率法所測。同一巖體，在發(fā)生壓性變形時(shí)，其電阻率會(huì)降低，即與原始電阻率值之差是負(fù)值，壓性變形越大，電阻率降低越?。蝗舭l(fā)生張性變形，則電阻率會(huì)升高，與原始電阻率值之差為正值，張性變形越大，電阻率增高越多。改變測量電阻率的電極的排列方向，可以測量不同方向的電阻率值。為了解巖體不同方向的變形情況，圖3的資料是在鉆孔中測得的。鉆孔是在開挖前在隧道中線位置鉆好，然后測量不同深度水平向（隧道切向）和鉛垂向（隧道徑向）的電阻率作為初始值；在隧道開挖過程中，不斷測量開挖面前方開挖后、支護(hù)后不同深度的電阻率值。這樣就可了解拱頂上方巖體的變形規(guī)律。三 自承體系的變化和發(fā)展開挖后自承體系的變化由支護(hù)決定。圖5和圖6是一組對(duì)比資料，它們來自某隧道中相鄰的兩個(gè)試驗(yàn)段，其中模注混凝土襯砌段的土質(zhì)要好于噴錨試驗(yàn)段。模注襯砌段在開挖后第6天開始襯砌，第15天襯砌完成（襯砌厚30cm）。從圖5可見，開挖5天后，拱頂松弛帶寬約5m，距拱頂5～12m，還有一寬8m的壓密區(qū)；而開挖20天（襯砌完成5天）后，土體自承體系仍在惡化，松弛帶擴(kuò)展到6m，（拱頂上6~ m），以后土體自承性能仍在惡化，開挖1個(gè)月后，壓密區(qū)完全消失，松弛帶擴(kuò)大到8m寬；不久以后，埋設(shè)在襯砌背后的的壓力盒測得的壓力成倍地增加。這說明，如果不作支護(hù)或?qū)r體保護(hù)不好，甚至由于拱頂襯砌與巖體間通常存在的小小的空隙，致使不能限制拱頂松弛帶巖體的張性變形的發(fā)展和松弛帶范圍擴(kuò)大，在軟弱圍巖中，松弛帶的巖體甚至發(fā)展到松動(dòng)以至坍落，最后壓密區(qū)縮小以至消失，巖體整體自承能力喪失。圖6所示的噴錨襯砌段則不同。由于開挖后幾小時(shí) 圖5 某黃土隧道模筑混凝土襯砌段弧導(dǎo)開挖后拱頂上方 即及時(shí)噴射5～7cm 厚 不同深度土體沿切向ρs的相對(duì)變化混凝土支護(hù)，故盡管剛 Δρs =ρsρso （單位：） Δρsamp。lt。 0 土體受壓 開挖時(shí)土體中的壓密區(qū) ρso— Δρsamp。gt。 0 張松 尚不完整，但十余天后， 已有寬約6m的壓密區(qū)；兩個(gè)半月后，雖然隧道斷面大小擴(kuò)挖了一倍，壓密區(qū)仍擴(kuò)大到13m寬，松弛帶卻沒有擴(kuò)大；開挖5個(gè)月并將噴射混凝土層加厚到l 5cm后。 圖 6 某黃土隧道噴射混凝土襯砌段弧導(dǎo)開挖后拱頂上方不同深度土體沿切向ρs的相對(duì)變化 Δρs =ρsρso （單位：） Δρsamp。lt。 0 土體受壓ρso— Δρsamp。gt。 0 張松 圖7 某隧道開挖并噴射混凝土支護(hù)后拱頂上方不同深度巖體切向ρs隨時(shí)間的變化ρ0 1— 噴射混凝土后2—～ 3—圖7所示是砂泥巖互層的某隧道拱頂上方圍巖變形的形變一電阻率法測量結(jié)果。由圖可見，由于開挖后及時(shí)噴錨支護(hù)，隧道周邊的松弛帶范圍逐漸縮小，壓密區(qū)擴(kuò)大，最后達(dá)到穩(wěn)定。實(shí)際上，包括噴錨在 圖8 某隧道噴射混凝土襯砌完成后圍巖中松弛帶帶可分為兩部分，最 中切向ρs的變化（松弛帶土體性狀的改善） 挖影響（如爆破、機(jī)械破巖等） ρso 和巖塊本身自重而位移影響最大 1—～2m，噴層厚5cm的部分，它們變形較大；其外的 2— 馬口挖過斷面20m，噴層加厚到15cm 巖體是由于應(yīng)力釋放而產(chǎn)生張性變形，變形較小。 第三講 支護(hù)施工的幾點(diǎn)說明1 噴射混凝土和錨桿聯(lián)合支護(hù)的作用 巖質(zhì)隧道（1） 加固局部巖塊，防止巖體中不不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)體的冒落及大位移；（2） 約束松弛帶的切向和徑向的張性變形；（3） 加固松弛帶的巖體，使之整體性加強(qiáng)，形成整體結(jié)構(gòu)；（4） 有一定的結(jié)構(gòu)承載作用；強(qiáng)調(diào)的是噴錨的及時(shí)性，特別是噴射混凝土的及時(shí)性；面接觸的支護(hù)形式；噴錨聯(lián)合支護(hù)的作用。一組塊狀圍巖噴錨支護(hù)模型實(shí)驗(yàn)結(jié)果（冶金建筑科學(xué)研究院）：用砌塊組成斷面250180。300mm，凈跨2000mm的混凝土拱，矢高500mm，作為裂隙發(fā)育的不穩(wěn)定塊狀巖體。實(shí)驗(yàn)結(jié)果 土質(zhì)隧道 砂漿錨桿在土質(zhì)隧道中的支護(hù)作用黃土有垂直節(jié)理、構(gòu)造斜節(jié)理和層，某些土體也有一些裂隙和層面，全長粘結(jié)砂漿錨桿可以將它們加固，將土塊連接；系統(tǒng)的砂漿錨桿能將砂漿、土體改性，增加其整體強(qiáng)度。 淺埋土質(zhì)隧道的支護(hù)淺埋土質(zhì)隧道自承體系不完整，主要靠砂、土的原始結(jié)構(gòu)，靠砂、土體的摩擦、粘滯保持穩(wěn)定。同時(shí)，土體圍巖往往有流變性，需要一定的支護(hù)剛度才能制止流變。土質(zhì)隧道淺埋暗挖法應(yīng)以限制圍巖變形為主，應(yīng)采用早期大剛度的初期支護(hù)，防止土體變形過大破壞原始結(jié)構(gòu)；初期支護(hù)應(yīng)給土體以一定的支護(hù)抗力及時(shí)制止流變。在保護(hù)了土體之后，土體仍能保持較好的自承能力，二次襯砌承受變形壓力不大。這一基本認(rèn)識(shí)經(jīng)過軍都山隧道淺埋土質(zhì)段工程試驗(yàn)成功，并推廣到北京及廣州、深圳等地鐵中。 臨時(shí)支護(hù)，初期支護(hù)和永久襯砌臨時(shí)支護(hù)是為施工安全服務(wù)的。用噴錨做臨時(shí)支護(hù)代替了過去的木支撐，支護(hù)是必須的，不能因巖質(zhì)較好而不為。不乏好圍巖不及時(shí)支護(hù)而坍方落石的實(shí)例。初期支護(hù)不僅是臨時(shí)支護(hù)，它也是永久襯砌的一部分。噴錨構(gòu)筑法中初期支護(hù)是主要的受力結(jié)構(gòu)，二次襯砌是為防水和作安全儲(chǔ)備，即使在土質(zhì)隧道中，初期支護(hù)按設(shè)計(jì)敷設(shè)后，二次襯砌都可在幾個(gè)月，甚至一年后施工。初期支護(hù)是維持圍巖自承體系的主要手段。減薄、簡化初期支護(hù)，企圖以加厚二次襯砌的模筑混凝土來代替噴射混凝土，這從理論上講是錯(cuò)誤的。永久襯砌包括初期支護(hù)和二次襯砌，實(shí)際上二次襯砌可以是模筑混凝土，也可以是噴射混凝土，也可以是砌塊或拼裝式結(jié)構(gòu)。模筑襯砌和砌塊、拼裝結(jié)構(gòu)等，在中間有防水板時(shí)，與噴射混凝土之間沒有粘結(jié)性，沒有切向摩阻力。 開挖分部噴錨支護(hù)的一個(gè)主要特點(diǎn)是初期支護(hù)作為永久襯砌的一部分，這是避免圍巖在分部開挖時(shí)受二次擾動(dòng)的重要優(yōu)點(diǎn)。因此，應(yīng)當(dāng)盡量減少分部的數(shù)目。小導(dǎo)坑擴(kuò)大，實(shí)際上不是安全的辦法，全斷面和正臺(tái)階是比較好的形式。非在不得已時(shí)，不應(yīng)用側(cè)壁導(dǎo)坑。側(cè)壁導(dǎo)坑法較安全，但是分部多，工序繁雜，還要破壞掉側(cè)壁導(dǎo)坑的內(nèi)側(cè)初期支護(hù)。在軟弱圍巖中，要及時(shí)封閉仰拱，形成完整、封閉的支護(hù)結(jié)構(gòu)。許多隧道在軟弱圍巖中，施工時(shí)變形（位移）不止，及時(shí)做仰拱后，都能抑制變形發(fā)展。量測資料表明，變形不止的隧道段，主要是由于邊墻和拱腳不斷內(nèi)擠。仰拱施作后，首先抑制拱腳的內(nèi)擠。正臺(tái)階法施工時(shí)，上導(dǎo)坑不應(yīng)拖的太長。 噴錨支護(hù) 噴射混凝土噴射混凝土應(yīng)在開挖后盡快施作。噴射混凝土的抗壓強(qiáng)度一般R1d=5MPa, 砂漿錨桿中的水泥砂漿R1d=5Mpa，因此，均在敷設(shè)后24小時(shí)才能起到較好的支護(hù)作用。根據(jù)量測資料，每一道工序在施工時(shí)，變形都會(huì)加大，即施工對(duì)（噴、錨、挖）它們是擾動(dòng)、是荷載，只有強(qiáng)度足夠時(shí)才能起支護(hù)作用。即使是較好的圍巖，也應(yīng)及時(shí)噴射混凝土，應(yīng)記住橋跨效應(yīng)在一倍洞徑錨桿錨桿包括局部錨桿和系統(tǒng)錨桿，局部錨桿是為了錨拴住巖體中的不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)體用，應(yīng)由有經(jīng)驗(yàn)的工人或地質(zhì)工程師確定位置和方向。系統(tǒng)錨桿則在較軟弱巖體中設(shè)定，經(jīng)常要求按隧道徑向和定間隔設(shè)置。 全長粘結(jié)式錨桿在敷設(shè)中的最大問題，一是方向不對(duì)，主要是打錨桿孔的臺(tái)架等工具不合適，或未設(shè)臺(tái)架湊合施工，方向不合理的錨桿是不起作用的。二是注漿不飽滿，注漿不飽滿的錨桿不僅起不到支護(hù)作用，反而可能成為載荷?？拱瘟Σ⒉荒茏C明注漿飽滿的程度，應(yīng)當(dāng)推廣錨桿砂漿飽滿度的檢測技術(shù)。實(shí)際上，只要錨桿端部有1m左右長度注了漿，抗拔力就合格，但這根錨桿不僅不起作用，反而可能起壞作用。錨桿應(yīng)當(dāng)及時(shí)敷設(shè)，隨著巖體變形錨桿逐漸施加應(yīng)力。敷設(shè)晚的錨桿已在巖體急劇變形階段之后，作用明顯減少。 鋼拱架在外力方向與鋼拱架斷面平面一致時(shí)，它是一個(gè)鋼性的支撐。但受力與平面不一致時(shí)它們則為柔性支撐。鋼拱架與巖體是點(diǎn)接觸，對(duì)巖體僅能起局部支撐作用，而且在受力時(shí)會(huì)因局部應(yīng)力集中而發(fā)生扭曲。因此，鋼拱架在與噴射混凝土結(jié)合時(shí)才能發(fā)揮好的作用。想單純依靠鋼拱架做支護(hù)并不是好的主意。不乏不噴混凝土單用鋼拱架支護(hù)而發(fā)生拱架扭曲、垮坍的實(shí)例。使用型鋼拱架時(shí)，噴射混凝土困難（鋼拱架與圍巖之間難以噴實(shí)，噴射混凝土打在鋼拱架上回彈大），相比之下格柵拱架就好的多。格柵拱架的優(yōu)點(diǎn)是，它的變形與混凝土匹配，它與噴射混凝土結(jié)合成的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有很大的剛度?？梢赃m應(yīng)先柔后剛的支護(hù)形式，也可以與一次噴射足夠厚度的混凝土結(jié)合形成剛度大的初期支護(hù)。通常，格柵拱架不需太大的剛度。 超前錨桿及小導(dǎo)管注漿超前錨桿是在巖質(zhì)隧道破碎巖體中應(yīng)用的，它一端由鋼質(zhì)拱架支撐，成5o~10o插向斜前上方。另一端插入掌子面前方的巖體中被未開挖的巖體支撐。所以，其長度必需保證大于一個(gè)循環(huán)開挖進(jìn)尺長度。它們除了可加固近隧道臨空面的破碎巖體外，還可以支架其上方的巖體，在錨桿孔中注漿時(shí)，漿液可擠入巖體的裂隙中起固結(jié)作用。必要時(shí)可采用早強(qiáng)水泥砂漿。小導(dǎo)管注漿是對(duì)付松散層的，也可以在處理坍方時(shí)在坍體中開挖前進(jìn)用，通過導(dǎo)管注漿將松散體固結(jié)。小導(dǎo)管一般間距30~40cm，不適用于巖質(zhì)巖體，原因是巖質(zhì)巖體通常不可能注入漿液，