软基隧道支护对策分析

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摘要：文章首先分析了软基隧道可能会产生的质量病害，然后简要介绍了软基隧道的几种支护对策。

关键词： 软基隧道；支护对策；地基处治

在软基隧道施工期间，若地基处治和支护方法不对，可能会出现支护结构整体下沉、不均匀沉降、结构损伤、渗漏水、底鼓等质量病害，严重影响了隧道的施工安全、质量和进度。若在施工期间没有处理好软土地基，后期还可能引起衬砌结构开裂、路面破坏和洞内外错台等问题。通常软基隧道处治可从两个方面着手，一是对软基进行处置，提高整体强度，二是优化隧道支护结构，提高其抗沉降能力。

一、扩大拱脚的支护方法

扩大拱脚是为了增大地基提供的支撑力，而扩大初期支护结构纵横向支撑面积的方法，主要有横向扩挖增大拱脚支撑面积和纵向采用槽钢或钢筋混凝土托梁这两种措施。

横向扩挖方法是在隧道初期支护时扩大支护结构底部，从而使地基承载面积增大，地基为支护结构提供的支撑反力显著增加。因初期支护内拱架、钢筋网布设有限，拱脚扩大后也不会大于原宽度的2～2.5倍（不可扩大过多，以免使得结构不顺畅，受力性能变差）。在松软围岩中开挖隧道上台阶时，因不能开挖和施做仰拱，所以主要由锚杆和两侧拱脚来承担整个隧道支护结构上的竖向荷载，这样可大大提高隧道结构的抗沉降能力。下台阶开挖时，也可改曲墙为直墙，以扩大拱脚的承载面积，减少沉降。对于横向扩挖方法的施工，在开挖时将拱脚扩大部分开挖，加工钢支撑并安装，喷射混凝土即可。由于初期喷射混凝土的强度和刚度比支护钢拱架的小得多，为充分调动钢拱架承载能力，也可采用槽钢、工字钢、钢筋混凝土、木板等作为纵向托梁来扩大钢拱架支撑面积，使喷射混凝土和钢拱架在结构与地基接触面上能共同变形，减少混凝土开裂，遏制结构下沉。

二、锚杆支护方法

锚杆在岩土工程支护中主要承受拉拔力，用于软基隧道处治的锚杆主要有设置在隧道基底的中空注浆锚杆和设置在拱脚径向锚固在围岩中的锁脚锚杆这两种。锚杆根据锚固位置可分为端锚型和全长锚固型两大类，公路中的基底注浆锚杆和锁脚锚杆大部分为全长锚固型锚杆，它是通过粘结材料与岩土体胶结，并依靠锚杆相对胶结层的位移产生剪切应力来起到锚固作用。一般情况下，全长粘结型锚杆在强度较高的围岩中满足锚固长度的前提下，杆体和岩体本身发生破坏的情况极少，而发生破坏最多的是在锚杆与砂浆交界面的粘结破坏；但大量软基隧道工程经验表明，由于锚杆难以在软基围岩中的锚固力难以形成，所以经常发生锚固媒介与围岩之间的滑移破坏和围岩自身的破坏。

基底中空注浆锚杆的主要作用是注浆，通过注浆加固提高基底承载力，并且要根据锚杆是否能穿透软弱地基来判断基底锚杆本身的承载能力。

锁脚锚杆作为软基隧道处治措施，由于围岩强度很低，并且其横截面很小，其承受横向荷载的能力很低，所以主要是靠其抗拔力控制隧道支护结构的横向收敛，锁脚锚杆在水平地应力较高的软岩隧道中较为适用。

三、仰拱支护形式

仰拱是设置在隧道底部的反拱形结构，可分为临时仰拱和永久仰拱。临时仰拱又可分为直型临时仰拱和曲型临时仰拱，前者适用于水平荷载较大的软岩隧道，主要用于控制隧道两侧向洞内收敛，而曲型临时仰拱和永久仰拱主要适用于下沉和收敛都比较明显的软基隧道。

临时仰拱两端要求与初期支护牢固搭接，曲型临时仰拱一般采用型钢冷弯制成，直型临时仰拱可采用型钢或圆木。为提高临时仰拱在隧道轴线方向的整体性，可在型钢之间用素混凝土充填或采用螺纹钢纵向焊接。永久仰拱通常采用混凝土或钢筋混凝土浇注而成（可根据需要而增设型钢），成为隧道永久结构的一部分，以满足承载能力的要求。

直型临时仰拱主要在两端承受轴向荷载，设计计算时可按压杆来进行。若直型临时仰拱的抗压稳定性不能满足要求，除加强沿隧道轴向的连接外，还可通过竖向反压，以防失稳。

由于公路隧道宽度都较大，仰拱多以隧道中线为界，先对两侧进行施工，最后导致中线接茬处容易成为施工的薄弱环节，所以最好将仰拱视作三铰拱。由于仰拱施工条件差、质量难以保证，所以应尽量使仰拱处于无弯矩状态，这样可充分利用混凝土的抗压强度而减小抗剪和抗拉要求。对于三铰拱，在固定荷载作用下，最合理拱轴线为使仰拱处于无弯矩状态的轴线。为了降低仰拱轴力，可以适当增大拱高，一般可在1∶20～1∶10之间选取隧道仰拱的高宽比。

四、锁脚钢管支护

锁脚钢管的布设与锁脚锚杆类似，它既可利用自身刚度和抗剪能力防止软基隧道沉降变形，也可作为注浆通道向软基内注浆提高地基承载力。

对于下伏软弱围岩厚度较大的情况，应水平或略微下倾地将锁脚钢管打入两侧围岩；对于下伏基岩较浅的情况，可将锁脚钢管下插深入基岩，以提高承载能力。锁脚钢管与围岩的相互作用主要发生在管段外端，所以注浆的重点为靠近初期支护1～2m的区段。由于提高围岩强度可显著减小钢管管端竖向位移，故宜将初期支护附近的围岩抗力系数提高到100MPa/m以上。锁脚钢管一般用潜孔钻钻孔安装，钻孔后装入开孔的无缝钢管，在钢管末端焊接封口钢板和注浆嘴，再将锁脚钢管与初期支护工字钢用连接钢筋进行焊接，最后注浆。在软基隧道病害处治中，施做锁脚钢管前须采取临时支撑措施控制隧道变形。

如果软基隧道的基础处治不当或支护方案不合理，都可能在施工阶段或运营阶段引起隧道的变形，进而威胁到隧道的结构安全，引发各种质量病害。因此，我们路桥工作中一定要充分认识到软基隧道支护的重要性，熟练掌握各种支护方案的应用条件和设计施工方法，根据软基隧道的实际地质条件和施工条件，选取技术上可行、经济上合理的支护方案，最大限度降低地减少软基隧道病害的发生，确保施工和后期运营的顺利进行。

参考文献：

[1] 张俊艳.浅谈软土地基的处理[J].油气田地面工程，2006，25(9).

[2] 何满潮，景海河，孙晓明.软岩工程力学[M].北京：科学出版社.2002.

作者简介：

马丹（1978.09-），女（汉族），湖北荆州人，经济师，本科。

杨升宗（1973.07-），男，汉族，湖北随州人，工程师，本科，研究方面：路基施工。