■陳 龍 ■大成工程建設(shè)有限公司，福建 廈門 361000

這些年來，國內(nèi)的重大隧道工程中經(jīng)常會(huì)涉及到在多種環(huán)境下地下空間進(jìn)行施工，眾所周知在地下空間施工的難度非常大，再加上巖體變形的時(shí)效性，進(jìn)一步加強(qiáng)了施工的難度。所以這要求在隧道的施工中，必須要依靠隧道支護(hù)體。但是如何增加隧道支護(hù)體的時(shí)效性又是一個(gè)相當(dāng)大的問題，實(shí)驗(yàn)表明，一般在初期的時(shí)候隧道的支護(hù)體其實(shí)是很有穩(wěn)定性的，但是隨著時(shí)間的推移以及掌子面的推進(jìn)，在后期階段隧道的支護(hù)體的穩(wěn)定性會(huì)減少很多，甚至嚴(yán)重的還會(huì)出現(xiàn)坍塌的情況，所以在建設(shè)隧道支護(hù)體的時(shí)候，它的“時(shí)效性”尤其重要。

1 復(fù)雜條件概述

經(jīng)過大量的工程實(shí)踐表明，隧道的變形主要由于隧道圍巖變形引起的，而且主要是兩個(gè)方面，一是彈性，二是塑性，同時(shí)也有著流變的性質(zhì);在具體的隧道圍巖中，這并不是很快就能完成的工程量，而是在實(shí)施支護(hù)以后，他們兩者之間會(huì)隨著時(shí)間的變化進(jìn)一步的發(fā)展以及穩(wěn)定，這種現(xiàn)象主要是在軟弱巖體以及深邃洞中表現(xiàn)的明顯。此類圍巖的破壞并不是由于它的強(qiáng)度引起的，這是因?yàn)閹r體自身的變化而引起的變形，最后使得巖體失去穩(wěn)定性，對于此類情況，首先要考慮的是巖體的變化率即是巖體的蠕變效應(yīng)。

2 隧道圍巖以及支護(hù)體粘彈性分析

2.1 隧道圍巖的及支護(hù)體粘彈特性

隧道在第一次以及第二次襯砌的時(shí)候主要的承載體是混凝土的噴射。在進(jìn)行混凝土的蠕變特性研究的時(shí)候，需要考慮其蠕變效應(yīng)的影響，同時(shí)也要考慮混凝土的材料期限。

2.2 隧道圍巖粘彈性分析

在這部分分析的時(shí)候，需要簡化運(yùn)算，假設(shè)它的截面是圓形，矩形或者直墻拱頂?shù)亩词?，可以相似變換，代圓處理。因?yàn)樗淼赖亩词抑苓叺谋憬輹?huì)因?yàn)檫吔缌Φ淖饔每梢院喕癁閼?yīng)變問題，所以隧道圍巖的彈性問題可以分解成帶圓孔的無線平面外力作用下的粘彈性問題來求解。

在隧道開始挖掘工程以后，隧道圍巖會(huì)隨著時(shí)間的變化而變化，大致是一種正向增長的態(tài)勢。但是隧道圍巖位移如果達(dá)到了位移極限值，并且沒有產(chǎn)生塑性破壞，這時(shí)候就可以人為圍巖是穩(wěn)定的，反正則相反。

2.3 隧道支護(hù)體粘彈性分析

隨著挖掘的不斷深入，隧道的圍巖也是隨著時(shí)間增長而不斷的持續(xù)發(fā)展的，如果圍巖變形發(fā)展到一定的程度，就必須要釋放部分應(yīng)力，將其作為第一次支護(hù)，這時(shí)候圍巖會(huì)受到支護(hù)體系的約束。在這種約束作用之下，兩者會(huì)產(chǎn)生一種相互作用力f(ti)，在支護(hù)體的可靠性研究中，f(ti)顯得很重要，在f(ti)比較大時(shí)，支護(hù)體會(huì)超出約定的位移，以及作用力大于它的強(qiáng)度，都會(huì)使得支護(hù)體發(fā)生損壞;當(dāng)f(ti)比較小的時(shí)候，支護(hù)體就會(huì)在其額定的位移范圍內(nèi)，這時(shí)候支護(hù)體是非?？煽康?。

如果將f(ti)的受力方向設(shè)置為正方向，f(ti)作用的方向就會(huì)與p的方向相反。因?yàn)樗淼绹鷰r徑向位移與p 作用的時(shí)間間隔有關(guān)系，但是時(shí)間坐標(biāo)其實(shí)是與原點(diǎn)毫無關(guān)系的，所以平移時(shí)間坐標(biāo)的原點(diǎn)不會(huì)影響到計(jì)算結(jié)果。

3 隧道支護(hù)體時(shí)效可靠性分析

3.1 時(shí)效可靠性理論計(jì)算

隧道支護(hù)體的可靠性主要是針對在開挖過程中支護(hù)體產(chǎn)生的位移，一般在現(xiàn)代的研究分析中重點(diǎn)就是對位移產(chǎn)生的因素、情況等進(jìn)行分析。

大量研究表明，對于隧道的支護(hù)體來說，前期的穩(wěn)定性是非?？煽康?，但是由于時(shí)間的推移，頂板的巖體施加的作用力越來越大，所以會(huì)導(dǎo)致位移增加，在一定的情況下，支護(hù)體就會(huì)超出閥值，此時(shí)支護(hù)體的狀態(tài)變?yōu)椴豢煽康臓顟B(tài)。

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)的定義以及相關(guān)的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，將隧道的可靠性定義為支護(hù)體位移過程中所產(chǎn)生的軌跡與位移閥值的交點(diǎn)位移收斂值間的弧長和圍巖支護(hù)體作用點(diǎn)的位移收斂點(diǎn)的弧長比率。計(jì)算式如下圖:

假設(shè)隧道支護(hù)體位移的路線時(shí)上圖中的弧長OB 段，那由上圖可以知道，在隧洞支護(hù)以后，在t2 時(shí)間段以后，支護(hù)體產(chǎn)生的位移收斂到U2，根據(jù)工程的要求，必須要確定其的閥值，根據(jù)相關(guān)的研究我們通?？梢杂?jì)算支護(hù)體時(shí)效的破壞概率。

經(jīng)過一系列的推導(dǎo)，我們不難發(fā)現(xiàn):(1)隧道的支護(hù)體的特征參數(shù)一定的時(shí)候，可以根據(jù)工程的要求設(shè)定一個(gè)閥值為U1，這時(shí)候可以方便求出支護(hù)體的可靠度。(2)對于具體的某一工程來說，如果逾期的工程的可靠性指標(biāo)為β0，那么可以確定弧長AB 與弧長OB 的比值，那么途中的A 的位置就確定了，也就是支護(hù)體的可靠度能夠達(dá)到工程逾期的既定值。

3.2 隧道支護(hù)體的時(shí)效可靠具體研究

(1)荷載的結(jié)構(gòu)時(shí)效可靠性研究。荷載可以計(jì)算出結(jié)構(gòu)應(yīng)力從而得到結(jié)構(gòu)的可靠度，也就是我們所說的結(jié)構(gòu)模型。通過計(jì)算可以得出荷載是否接近實(shí)際，是否能夠能夠承擔(dān)圍巖的松弛變力。在荷載中，圍巖約束著支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形，這是它的重點(diǎn)所在。荷載主要是應(yīng)用到隧道的結(jié)構(gòu)中，應(yīng)用荷載可以進(jìn)行抗壓以及抗裂兩種極限進(jìn)行分析。首先要計(jì)算出襯砌內(nèi)力，這是由于圍巖松弛壓力與各種荷載組合產(chǎn)生的約束力;其次就是可以考慮到圍巖松弛壓力和其他荷載組合產(chǎn)生的約束力;然后將這些力與圍巖的極限承載力做比較，這時(shí)候就可以求出襯砌可靠度。

(2)隧道支護(hù)體的極限位移。隧道支護(hù)體位移是在隧道工程施工的每個(gè)階段，支護(hù)體能夠支持的最大的位移。主要是為了在這種小幅度的位移情況下，能夠使得周邊的結(jié)構(gòu)不發(fā)生坍塌的現(xiàn)象。隧道支護(hù)體具有一定的特征曲線，主要是由于支護(hù)體的材質(zhì)，幾何形狀以及尺寸還有圍巖的約束條件決定的。在實(shí)際過程中，隧道圍巖曲線和支護(hù)體特征曲線有著很大的關(guān)系。根據(jù)大量研究表明，基本上是成正相關(guān)的關(guān)系。

相關(guān)數(shù)據(jù)表明，在支護(hù)階段的初期，如果產(chǎn)生極限位移，主要是隧道開挖時(shí)產(chǎn)生的洞壁位移。從隧道圍巖位移可以判斷隧道圍巖的穩(wěn)定性，主要的難點(diǎn)是沒辦法確定隧道支護(hù)體和隧道位移的精確值。

3.3 時(shí)效可靠的計(jì)算流程

我們根據(jù)時(shí)效可靠的定義，可以將其設(shè)置為如下計(jì)算流程。

3.3.1 修正支護(hù)參數(shù)

(1)支護(hù)體蠕變;(2)圍巖與支護(hù)體間接觸壓力;(3)支護(hù)體時(shí)效位移方程;(4)支護(hù)體時(shí)效可靠度;(5)結(jié)論。

4 結(jié)論

(1)經(jīng)過相關(guān)計(jì)算結(jié)合工程的實(shí)際情況，本文的研究對于隧道支護(hù)體的時(shí)效性具有一定的價(jià)值意義。

(2)隧道工程的實(shí)施中，支護(hù)體是一個(gè)非常重要的影響因素，要求在設(shè)計(jì)的時(shí)候一定要綜合考慮各項(xiàng)因素，避免出現(xiàn)安全事故。

(3)隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，隧道支護(hù)體應(yīng)該向厚度以及強(qiáng)度方面發(fā)展，增加支護(hù)體的時(shí)效性，將其的位移程度控制在有效的范圍內(nèi)。

(4)本文設(shè)置的參數(shù)比較簡單，在實(shí)際的研究中，所采用的數(shù)據(jù)應(yīng)該設(shè)置更加緊湊的數(shù)據(jù)，便于得到更真實(shí)的結(jié)果。

［1］賈劍青.復(fù)雜條件下隧道支護(hù)體時(shí)效可靠性及風(fēng)險(xiǎn)管理研究［D］.重慶大學(xué)，2006.

［2］賈劍青，王宏圖，李曉紅，?；菝?，胡國忠.復(fù)雜條件下隧道支護(hù)體時(shí)效可靠性探討［J］.巖土工程學(xué)報(bào)，2008，03∶390-393.