(四川公路橋梁建設(shè)集團(tuán)有限公司勘察設(shè)計(jì)分公司 四川 成都 610041)

緒論

我國(guó)的公路隧道基本采取新奧法作為設(shè)計(jì)和施工的方法，支護(hù)的施做步驟為先施加初支等變形穩(wěn)定后再施加二襯。

新奧法原理是充分利用圍巖的自我承載力的特點(diǎn)，并且使用錨桿與初支共同作為隧道襯砌的柔性支護(hù)，采取現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)的手段并使用測(cè)量得到的結(jié)果來(lái)控制圍巖的變形，從而達(dá)到支護(hù)體系與圍巖共同承受荷載的結(jié)構(gòu)體系。

但是對(duì)于不良地質(zhì)段新奧法實(shí)施比較困難，例如當(dāng)隧道處于巖溶段時(shí)，不僅會(huì)改變隧道圍巖的工程地質(zhì)條件和水文條件，導(dǎo)致強(qiáng)度等級(jí)降低，同時(shí)，還會(huì)由于存在溶洞對(duì)隧道內(nèi)的圍巖力學(xué)性質(zhì)、物理性質(zhì)產(chǎn)生影響，進(jìn)而引起隧道地層剛度與初始應(yīng)力場(chǎng)的變化，容易導(dǎo)致應(yīng)力集中，最后因隧道底部溶洞的存在，使得隧道底部填充厚度大、酥松或地下河流給隧道基底處理難得的增加，隧道拱頂裂隙和地面漏斗、落水洞相連接,貫通坍塌可上延至地面[1-4]。

因此研究不良地質(zhì)段隧道支護(hù)襯砌優(yōu)化方法具有重要意義。

一、不良地質(zhì)隧道研究設(shè)計(jì)施工現(xiàn)狀

本次研究不良地質(zhì)主要分為隧道巖溶及巖溶水，以及石膏巖與膨脹性巖層。

(一)隧道巖溶及巖溶水

針對(duì)巖溶及巖溶水，由于巖溶及巖溶水發(fā)育的不規(guī)則并無(wú)規(guī)律性，國(guó)內(nèi)隧道建設(shè)中也碰到大量的巖溶及巖溶水不良地質(zhì)問(wèn)題，也積累了一些工程經(jīng)驗(yàn)，但巖溶及巖溶水是目前國(guó)內(nèi)公路、鐵路及市政道路隧道建設(shè)中最為棘手的難題[5]。

國(guó)內(nèi)公路隧道建設(shè)者的主要應(yīng)對(duì)方案是前期利用工程地質(zhì)勘查手段力求初步查明巖溶及巖溶水的賦存條件，研究其發(fā)育宏觀規(guī)律，初步預(yù)測(cè)巖溶及巖溶水發(fā)育區(qū)的空間位置，提供隧道建設(shè)期間需要重點(diǎn)關(guān)注的隧道段落；隧道初步設(shè)計(jì)及施工圖設(shè)計(jì)階段，在充分研究隧道巖溶及巖溶水的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)情況的基礎(chǔ)上，提出針對(duì)巖溶及巖溶水不良地質(zhì)的處治預(yù)案。一般根據(jù)開(kāi)挖中揭露的巖溶的空間位置、巖溶的圍巖情況和地下水出露情況和隧道與地下暗河的空間交叉形態(tài)，采取注漿或回填封堵，回填加強(qiáng)隧道結(jié)構(gòu)跨越和柱式基礎(chǔ)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)跨越等方法；針對(duì)巖溶水，根據(jù)開(kāi)挖中揭露的巖溶水的水頭、出水量等具體水文地質(zhì)情況，結(jié)合隧道穿越隧址區(qū)環(huán)境保護(hù)要求、采取泄水洞、加強(qiáng)水溝排放、局部注漿堵水與全斷面注漿堵水等工程措施，隧道施工在加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，采取長(zhǎng)期TSP預(yù)報(bào)、中期地質(zhì)雷達(dá)預(yù)報(bào)、結(jié)合紅外線、瞬變電磁法等綜合物探方法，初步查明隧道開(kāi)挖掌子面上下左線及前方的水文地質(zhì)情況，再采取超前鉆探方法進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證，測(cè)試巖溶水的水壓、水質(zhì)等參數(shù)。

在查明隧道巖溶水的具體賦存情況后，采用數(shù)值模擬與理論分析手段對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)的工程分析，研究隧道及圍巖在工程建設(shè)中的穩(wěn)定性，進(jìn)而采用工程類(lèi)比及結(jié)構(gòu)分析方法，得到該不良地質(zhì)條件下隧道的支護(hù)襯砌方案及工程措施，制定該條件下隧道的綜合施工方法[6]。

(二)石膏巖及膨脹性巖層

對(duì)于石膏巖地層段和膨脹性巖層段的隧道建設(shè)技術(shù)，國(guó)際上對(duì)此可借鑒的資料相對(duì)較少，其主要研究的方向?yàn)楦鄮r的生存和存在的概率。

近期主要的研究方向轉(zhuǎn)移到了石膏對(duì)混凝土的腐蝕特性上，主要考慮到石膏對(duì)襯砌的危害機(jī)理、對(duì)隧道施工和運(yùn)營(yíng)產(chǎn)生的影響。通過(guò)對(duì)近期對(duì)處于不良地質(zhì)帶，石膏段圍巖的隧道的建設(shè)和實(shí)際施工進(jìn)行研究，展開(kāi)對(duì)處于石膏段的隧道的施工技術(shù)、石膏段支護(hù)襯砌的腐蝕機(jī)理和混凝土配合比設(shè)計(jì)。

但由于施工方法、石膏巖工程地質(zhì)和建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的差異，其支護(hù)襯砌方案及參數(shù)差異較大，其一般根據(jù)主要工程地質(zhì)條件，采用數(shù)值模擬與理論分析方法對(duì)隧道圍巖穩(wěn)定性進(jìn)行研究，進(jìn)而采用工程類(lèi)比，擬定該不良地質(zhì)條件下隧道的支護(hù)、襯砌方案及相關(guān)工程措施，制定該條件下隧道的綜合施工方法。

為應(yīng)對(duì)石膏巖地層隧道建設(shè)開(kāi)挖后產(chǎn)生較大的變形，一般采取增加初支預(yù)留變形量的方法，其具體措施為：在二次襯砌與初期支護(hù)間增設(shè)可吸收變形的輕質(zhì)混凝土或其他材質(zhì)的材料，保障隧道結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生較大的變形破壞。

二、支護(hù)襯砌結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化方法及內(nèi)容

本次依托工程隧道不良地質(zhì)洞段支護(hù)襯砌設(shè)計(jì)參數(shù)優(yōu)化重點(diǎn)針對(duì)隧道巖溶及突涌水段和石膏巖地層段，主要根據(jù)圍巖實(shí)際地質(zhì)條件，提出不良地質(zhì)洞段的預(yù)設(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù)，工程類(lèi)比涵蓋全國(guó)多條公路隧道類(lèi)似工程地質(zhì)條件建設(shè)實(shí)際，支護(hù)襯砌設(shè)計(jì)參數(shù)優(yōu)化研究根據(jù)《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D70-2004)，按照新奧法設(shè)計(jì)施工原理，主要針對(duì)巖溶及突涌水段和石膏巖地層隧道段的超前支護(hù)、初期支護(hù)與二次襯砌，主要內(nèi)容包括：

(一)超前支護(hù)：對(duì)于不良地質(zhì)隧道段，適當(dāng)?shù)某爸ёo(hù)措施可以維持開(kāi)挖掌子面的穩(wěn)定，為后續(xù)工序提供安全作業(yè)條件，進(jìn)一步保障隧道初期支護(hù)施工安全。超前支護(hù)設(shè)計(jì)一般包含超前支護(hù)的類(lèi)型、單管長(zhǎng)度、環(huán)向布置間距及排距等。

(二)初期支護(hù)：根據(jù)新奧法設(shè)計(jì)施工原理，不良地質(zhì)隧道段初支一般是由噴射混凝土、錨桿、鋼筋網(wǎng)與鋼拱架措施四個(gè)部分組成，噴射混凝土設(shè)計(jì)一般包含厚度及強(qiáng)度等級(jí)，錨桿設(shè)計(jì)一般包含錨桿類(lèi)型、單桿長(zhǎng)度及縱環(huán)向布置間距；鋼筋網(wǎng)設(shè)計(jì)一般包含鋼筋類(lèi)型及縱環(huán)向布置間距，鋼架設(shè)計(jì)一般包含鋼架類(lèi)型和鋼架縱向布置間距。

(三)二次襯砌混凝土：同上根據(jù)新奧法設(shè)計(jì)施工原理，隧道一般采用復(fù)合式襯砌，在初支的基礎(chǔ)上在增加二襯作為隧道的承載結(jié)構(gòu)，其設(shè)計(jì)一般包含二襯的類(lèi)型、厚度、強(qiáng)度等級(jí)等。

(四)預(yù)留變形量：按照新奧法原理設(shè)計(jì)施工的隧道，在復(fù)合式襯砌的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)外，為最大程度的挖掘圍巖的自我承載能力，設(shè)計(jì)時(shí)往往給圍巖與初支保留一部分變形位置。其設(shè)計(jì)包含根據(jù)圍巖的巖性、產(chǎn)狀、地下水、節(jié)理裂隙等條件確定其大小。

(五)其它：除以上不良地質(zhì)洞段隧道的結(jié)構(gòu)優(yōu)化外，施工中的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、監(jiān)控量測(cè)和施工方案等也是非常最要的環(huán)節(jié)，其設(shè)計(jì)包含超前地質(zhì)預(yù)報(bào)手段和方法、監(jiān)控量測(cè)測(cè)點(diǎn)的布置與測(cè)試、施工方案等。

三、結(jié)論

結(jié)合國(guó)內(nèi)外地區(qū)不良地質(zhì)段隧道支護(hù)襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)施工現(xiàn)狀，對(duì)依托工程隧道的典型不良地質(zhì)情況，提出了穿越不良地質(zhì)段隧道支護(hù)襯砌結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化方法探討思路，為后續(xù)不良地質(zhì)段隧道支護(hù)襯砌研究提供支撐。