劉德亮

（中鐵十四局集團(tuán)第三工程有限公司，山東 濟(jì)南 250000）

近年來，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，全世界面臨因人口劇增而產(chǎn)生的交通問題也得到了很大程度的緩解。其中，城市軌道交通建設(shè)技術(shù)發(fā)揮了巨大的作用?？墒?，這一技術(shù)也會存在著一些問題，比如在開挖城市地下通道時無法穩(wěn)定地表的地形，當(dāng)土體變形發(fā)展到一定程度時會使一切以地基為基礎(chǔ)的建筑設(shè)施發(fā)生倒塌等嚴(yán)重危害人身財(cái)產(chǎn)安全和社會良好發(fā)展的問題，因此在地鐵隧道施工中要特別注意控制地表沉降和變形，做好防護(hù)措施，保證工程質(zhì)量，保證隧道周邊既有建筑的安全。

1 工程概況

某隧道全長790m，隧道洞口附近有鄉(xiāng)村道路通過，交通較便利。主要穿越石英片巖、大理巖等底層該隧道采用動態(tài)設(shè)計(jì)、信息化施工，該地鐵隧道通過利用鉆孔、裝藥、爆破開挖巖石等方法進(jìn)行，其中的Ⅴ級圍巖段利用六部CD 法，即每次循環(huán)就進(jìn)尺2m。初期的支撐防護(hù)使用C25 噴射混凝土，厚度為28cm；I20a 鋼架，縱向間距為100cm；Ф6mm 鋼筋網(wǎng)，間距為20cm×20cm；系統(tǒng)錨桿，長為4m，間距為120cm×120cm，梅花形布置。參數(shù)如表1 所示。

表1 隧道支護(hù)參數(shù)表

2 地鐵隧道施工地表沉降影響因素

2.1 地質(zhì)條件的影響

地鐵隧道部分上方可以出現(xiàn)自然拱形結(jié)構(gòu)的泥土厚度與所在地方的泥土特性有很大的關(guān)系。自然拱的出現(xiàn)不但可以有效支撐保護(hù)地鐵隧道的開挖，而且也與地面地形是否發(fā)生變化息息相關(guān)。自然拱如果能夠及時出現(xiàn)就可以有效減少地面地形的變化，自然拱如果不能及時出現(xiàn)就會加劇地面地形的變化。而且，所在地方的泥土特性也會隨著自然拱的出現(xiàn)發(fā)生相應(yīng)的變化，這些性質(zhì)的變化也會對地面地形的變化產(chǎn)生一定作用。

2.2 支護(hù)結(jié)構(gòu)形式和剛度

地鐵隧道的支撐防護(hù)工作有三個部分，它具體包括超前初期的支撐防護(hù)、初期的支撐防護(hù)以及二次的襯砌。前兩次的支撐防護(hù)要做到具有良好硬度和穩(wěn)定性這兩方面。因?yàn)?，根?jù)整個工程的設(shè)想規(guī)劃，前兩次的支撐防護(hù)工作需要承載很大的重量，負(fù)重很大。所以，前兩次的支撐防護(hù)需要具有以上兩方面的性質(zhì)。最后的防護(hù)即二次襯砌是應(yīng)急所用，其核心就是在緊急情況下可以和超前初期的支撐防護(hù)和初期的支撐防護(hù)一起負(fù)重，避免出現(xiàn)重大事故。

2.3 次開挖進(jìn)尺

本質(zhì)上就是沒有支撐防護(hù)的地鐵隧道是否可以保持正常的狀態(tài)與隧道上面的泥土厚度毫無聯(lián)系，它只和地鐵隧道的大小以及通過隧道可以推斷的次開挖進(jìn)尺有一定的關(guān)系。次開挖進(jìn)尺很大程度上影響著地鐵隧道的穩(wěn)定性以及地面地形的變化程度。尤其是當(dāng)?shù)罔F隧道周邊的泥土性質(zhì)較差時，次開挖進(jìn)尺的各項(xiàng)確定工作顯得尤為重要。

3 現(xiàn)場測試與數(shù)據(jù)分析

1） 測試方案，地鐵隧道的實(shí)時監(jiān)測是為了可以在施工過程中實(shí)時看到地鐵隧道的穩(wěn)定數(shù)據(jù)和支撐防護(hù)所承載的重量；2） 測試結(jié)果分析，經(jīng)過計(jì)算研究這三方面的實(shí)時數(shù)值，發(fā)現(xiàn)該地鐵隧道長時間處于較大的負(fù)重情況。錨桿軸力平均值、鋼架應(yīng)力平均值、噴射混凝土應(yīng)力平均值的具體數(shù)值如表2 所示。

表2 某隧道Ⅴ級圍巖試驗(yàn)段監(jiān)測項(xiàng)目均值統(tǒng)計(jì)

我們從表2 可以發(fā)現(xiàn)，噴射混凝土應(yīng)力平均值全都較低，這說明它沒有發(fā)揮全部的承重作用。我們可以利用剛度等效的公式進(jìn)行計(jì)算，可以得出鋼架可以承受的極限重量只有混凝土承受極限重量的18%左右。根據(jù)表2 的相關(guān)數(shù)據(jù)，提出兩個建議：第一，去掉錨桿部分，它原本承載的重量由鋼架和噴射混凝土相互分擔(dān)；第二，去掉鋼架部分，它原本承載的重量由錨桿和噴射混凝土共同分擔(dān)。這兩個建議互有優(yōu)劣，但是錨桿相對于鋼架，不僅更加經(jīng)濟(jì)實(shí)惠而且操作方便容易上手。

4 錨噴支護(hù)的數(shù)值分析

4.1 錨噴支護(hù)隧道安全儲備評價

運(yùn)用相關(guān)的計(jì)算公式對地鐵隧道周邊的泥土穩(wěn)定性和初期的支撐防護(hù)的穩(wěn)定性進(jìn)行同比例的折合運(yùn)算，最后得出在不同的折減系數(shù)時拱頂位移的程度，并通過圖像（即圖1）進(jìn)行更加具體形象的展示。通過圖1 具體形象的展示，我們可以看出拱頂位移在折減系數(shù)為3.24 時，拱頂發(fā)生了劇烈的變化。所以錨桿和噴射混凝土一體支撐防護(hù)隧道的轉(zhuǎn)折點(diǎn)在3.24，即錨噴支護(hù)隧道的方法安全可靠。

圖1 拱頂位移與折減系數(shù)曲線

4.2 錨噴支護(hù)作用

通過對處在轉(zhuǎn)折狀態(tài)時的地鐵隧道圍巖進(jìn)行研究，圖2呈現(xiàn)了其圍巖狀態(tài)。圖3 展示的是隧道圍巖剪應(yīng)變增量和4m 錨桿布置的位置。從圖2 中可以看出強(qiáng)度折減系數(shù)為3.24 時，其圍巖狀態(tài)是X 形，大部分在左右兩側(cè)，頂部沒有很明顯的變化。通過圖3 分析得出4m 的錨桿是能夠發(fā)揮它承載重量的作用的。而且最重要的是，圖3 中隧道頂部的剪應(yīng)變增量變化不大，所以，錨桿還能夠在各方明進(jìn)行改良。

圖2 隧道圍巖塑性區(qū)

圖3 隧道圍巖剪應(yīng)變增量和錨桿布置

圖4 隧道錨噴支護(hù)應(yīng)力云圖

圖5 隧道錨噴支護(hù)位移云圖

圖4 展示的是進(jìn)行改良加工后的錨桿和噴射混凝土一體的支撐防護(hù)的應(yīng)力，圖5 即為隧道應(yīng)用錨桿和噴射混凝土一體后的位移云圖。通過圖像可以得出它們極限的承受力是6MPa，和進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測中所承擔(dān)的重量差不多，這說明它們還可以承受更多的重力。通過圖5 得知，地鐵隧道頂部移動2.7mm 時，仍然在安全區(qū)域內(nèi)。

5 結(jié)語

根據(jù)對此隧道Ⅴ級圍巖的初期支撐防護(hù)數(shù)據(jù)的實(shí)時監(jiān)測，并將數(shù)據(jù)研究和科學(xué)方法有效結(jié)合，對初期的支撐防護(hù)工作提出了有效建議，得到以下結(jié)論：1） 進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測的隧道初期承擔(dān)的重量與極限承重相差較大，具有明顯的提升空間；2） 進(jìn)行改良加工后的初期支撐防護(hù)工作的轉(zhuǎn)折點(diǎn)在3.24，圍巖塑性區(qū)和剪應(yīng)變增量證實(shí)了錨桿和噴射混凝土一體支撐防護(hù)的效果，應(yīng)力與地鐵隧道的頂部位移變化也說明了錨桿和噴射混凝土一體化的承受重量非常理想。這兩方面也說明了改良加工建議的正確；3） 對比沒有采取任何支撐防護(hù)的地鐵隧道，采取了初期的支撐防護(hù)工作之后，地鐵隧道明顯不會發(fā)生太多的變化。