软岩中的围岩压力与隧洞临时支护
开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇软岩中的围岩压力与隧洞临时支护范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！
摘要：围岩压力是指由于隧道工程和地下洞室的衬砌结构或支护结构受到周围岩体的作用，所产生的荷载，造成隧道开挖后出现围岩变形和应力重新分布，它的产生属于一种物理现象。当隧道工程和地下洞室有支护结构的时候，所表现出来的是围岩和支护结构之间的相互作用。本文以实际工程为例，探讨一下在软岩中围岩压力与隧洞临时支护的处理方法。
关键词：软岩；围岩压力；隧道工程；支护结构
中图分类号：K826.16 文献标识码：A 文章编号：
在现阶段，人们所说的围岩压力一般是指由于围岩受到二次应力的情况下，造成的围岩变形或破坏对衬彻结构产生的压力，这就是狭义上的围岩压力。在实际工程应用中，如果是在坚硬岩层中开挖洞室，因为围岩的自身力学性能高，可以根据实际情况不设置临时支护，如果在软弱岩层中开挖洞室，因为围岩的自身力学性能差，所以就应该设置临时支护。本文中以某工程中输水隧洞开挖为例，对软岩中围岩压力与隧洞临时支护的处理方法作了分析，希望能对今后同类施工有所借鉴。
1工程概述
某输水隧洞工程是建在花岗岩全强风化层中，依据工程设计开挖断面为2.3m×2.6m直墙圆拱形结构，最小与最大埋深分别为8m和50m，工程段为280m。围岩主要为全强风化花岗岩，亲水易软化，形成流砂，失水风化崩解掉块，属V类围岩。其力学性能参数：黏结力C为0.05MPa、内磨擦角ψ为29°、容重为1.9t／m3～2.0t／m3，设计采用14# 槽钢支撑(间距0.6～0.8m)。
实际施工过程中刚开始地下水位底，工程没有遇到什么大的麻烦，仅发生了几次小规模塌方。但当当工程进展到离进口50m后由于地下水作用，产生流砂，引起拉空塌方，经甲方、监理、设计及施工单位共同研究，采用了工字钢I14支撑(间距0.6m)、挂网、喷砼支护方式，但掘进过程中又发生流砂塌方，经联合研究后又采用工字钢I14支撑(间距0.6m)打Φ50mm钢套管超前支护，及时砼衬砌紧跟掌子面才通过了塌方段。在整个施工过程中，共发生塌方4次，其大塌方2次。
2围岩压力概述
就工程具体情况而言，发生如此多的塌方决不是偶然，这与工程临时支护能力不能及时阻止流砂，引起周围岩体应力释放掉块的循环作用是分不开的。围岩压力可分为松动压力、塑性形变压力、冲击压力与膨胀压力四种，对本工程情况不考虑后两种压力。
松动压力：指松动的岩体或施工爆破所破坏的岩体作用在洞室上的压力。施工程序对松动压力的发展有决定性的影响，爆破是引起松动压力的主要因素，松动压力的大小决定于临时支护的种类，临时支护能力不足就不能约束围岩的变形，不能控制围岩进一步松动的破坏。此外，地下水的影响、空气中的潮气以及温度差作用都会加剧松动压力。
塑性形变压力：岩体重力和构造运动的作用所引起的二次应力状态是产生塑性形变压力的原因。当围岩二次应力状态超过岩体的强度极限时，洞室周围出现了塑性区域或破坏区域，产生塑性变形。如果洞室周围的塑性区域扩展不大，随着洞室周边上位移的出现，地层塑性区达到稳定状态，围岩没有达到承载能力的极限值；但如果塑性区继续扩展，则必须采取支护措施约束地层运动，才能保持洞室围岩的稳定状态，这时为了阻止地层运动，就出现了塑性形变压力。
由于塑性变形的发展，岩石的c、ψ值降低，致使松动的岩石与未松动的岩石脱离，从而塑性形变压力就逐渐转化为松动压力。
3输水隧洞线路的选择的原则和要求
3.1隧洞的线路应尽量避开不利的地质构造、围岩可能不稳定及地下水位高、渗水量丰富的地段，以减小作用于衬砌上的围岩压力和外水压力。洞线要与岩层层面、构造破碎带和节理面有较大的交角，在整体块状结构的岩体中，其夹角不宜小于30°；在层状岩体中，特别是层间结合疏松的高倾角薄岩层，其夹角不宜小于45°。在高地应力地区，应使洞线与最大水平地应力方向尽量一致，以减小隧洞的侧向围岩压力。
3.2洞线在平面上应力求短直，这样既可减小工程费用，方便施工，且有良好的水流条件。若因地形、地质、枢纽布置等原因必须转弯时，应以曲线相连。对于低流速的隧洞，其曲率半径不宜小于5倍洞径或洞宽，转角不宜大于60°，弯道两端的直线段长度也不宜小于5倍洞径或洞宽。高流速的有压隧洞，即或转弯半径大于5倍洞径，由弯道引起的压力分布不均，有的达到弯道末端10倍洞径以外，甚至影响到出口水流不对称，流速分布不均。因此，设置弯道时其转弯半径及转角最好通过试验确定。
3.3进、出口位置合适。隧洞的进、出口在开挖过程中容易塌方且易受地震破坏，应选在覆盖层、风化层较浅，岩石比较坚固完整的地段，避开有严重的顺坡卸荷裂隙、滑坡或危岩地带。引水隧洞的进口应力求水流顺畅，避免在进口附近产生串通性或间歇性漩涡。出口位置应与调压室的布置相协调，有利于缩短压力管道的长度。
3.4隧洞应有一定的埋藏深度，包括：洞顶覆盖厚度和傍山隧洞岸边一侧的岩体厚度，统称为围岩厚度。围岩厚度涉及开挖时的成洞条件，运行中在内、外水压力作用下围岩的稳定性，结构计算的边界条件和工程造价等。对于有压隧洞，当考虑弹性抗力时，围岩厚度应不小于3倍洞径。根据以往的工程经验，对于较坚硬完整的岩体，有压隧洞的最小围岩厚度应不小于洞顶压力水头。
关于软岩支护的理论比较多，主要有新奥法、轴变论、联合支护理论、锚喷-弧板支护理论、松动圈理论以及高预应力、强力支护理论，其中联合支护理论、松动圈理论应用较广，高预应力、强力支护是本世纪初我国学者提出来的支护理论，在条件适宜时也可以应用。
通过计算结果表明：岩石内磨擦角、黏结力、埋深和洞径的变化对围岩压力影响很大，主要体现在塑性形变压力的变化上。因此，隧洞的临时支护主要作用是阻止围岩发生塑性形变。
由于隧洞施工采用衬砌紧跟掌子面开挖的方式，洞内水化热很大，空气潮湿，浸润了开挖面，导致围岩的内磨擦角黏结力的大幅度降低，到开始衬砌时，围岩压力已增大许多。因此：
1)采用喷射砼作为临时支护措施具有突出有优点。它能约束围岩的变形，控制围岩进一步松动和破坏。隧洞掘进的新奥法的中心思想，就是在一经爆破围岩表面暴露后，立即喷射一层薄砼，然后再进行出碴等其它工序，这样可以减少围岩的变形和松动，既能保证施工安全，又可简化永久性支护结构，具有综合性的经济效果。
2)采用工字钢I14型支撑、钢套管超前支护。
3)采用浇边墙方法增大洞室腰部抗弯能力。根据洞室应力分布状态和塌方特点，在无法紧跟掌子面衬砌的洞段边墙预浇一层150#素砼对增大洞室底脚和腰部抗弯能力有明显的效果。
5施工注意事项：
1）软岩隧道施工应坚持"预支护、短开挖、少扰动、强支护、早封闭、实回填、严治水、勤量测"的原则。
2）施工排水很重要：采取引、排、堵相结合的方法，根据具体情况治水。防止围岩因水的作用而软化，防止在水的作用下软弱夹层随水流失，造成岩体松驰而塌方，防止因水压力存在造成掌子面失稳。
3）长管棚施工注意管棚方向控制。超前小导管宜穿入钢支撑施作。为保证注浆质量，在注浆管管尾焊球阀，注浆压达到设计或停止注浆时将球阀关闭，再卸掉注浆管。
6结语
综上所述，在进行软岩地层进行洞室开挖时，应根据围岩压力变化情况，根据岩体性能参数对围岩压力进行计算，了解岩石内磨擦角、黏结力、埋深和洞径的变化对围岩压力影响，采取相应的临时支护措施，才是保证隧洞开挖成功的关键。
参考文献
[1]杨仕彬.隧道软弱围岩段大变形分析及处理措施[J].科协论坛·下半月.2010年12期.
[2]浅谈隧道施工坍塌方预防及处理措施[J].城市建设理论研究.2011年19期.
[3]卓益平.萝卜顶隧道塌方处理探讨，公路交通技术.2007(4).-102-105.
[4]舒金明.浅谈软弱地质条件下隧洞开挖新技术[J].城市建设理论研究.2011年28期.