分析软岩大变形隧道二次衬砌施作时机
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摘要：软岩大变形隧道二次衬砌施作成为了隧道施工界的一个主要难点，而这又表现在其具体的施作时机上，并且对于这个施作时机的探讨也逐渐成为了一个热点话题。就目前来看，在我国隧道施工中，对于软岩大变形隧道二次衬砌施作时机而言，还没有较为科学的判别指标。本文结合某隧道工程，对二次衬砌稳定性的影响因素进行了分析，并对相关的关系进行了探讨，进而对软岩大变形二次衬砌施作时机方面进行了探索。
隧道二次衬砌施作时机已然成为了当前隧道施工界的一大热门话题，尤其是对于软岩大变形隧道而言，一旦二次衬砌施作时机太晚，极易导致初期的支护变形无法得到有效控制，从而无法保障隧道的稳定；反之，若施作时机太早，则会造成受力太大而开裂，又会降低隧道的耐久性。因此，对于软岩大变形隧道二次衬砌施作时机而言，必须做好合理掌控，而这个时机的确定便成为了当前软岩大变形隧道工程项目中急需解决的问题。
1 隧道概况
某隧道位于某市某线路的南段，全长约为20000m，属于当前我国较为罕见的超长单线铁路隧道。在具体的施工设计中，初步决定将其设计为左、右两座单线隧道，两线之间的距离大约为40m。工程项目在构造中，距离约7km左右分布着由区域性大断层构成的“挤压构造带”，因此施工中面临的地应力条件相当复杂。在施工中，由于断层范围较广，在断层带的软岩地段，围岩一般较为软弱且容易破碎，地应力的水平高，而强度应力比低，加之洞室自稳能力较差，发生过很严重的变形。具体而言，在一些大变形区域，最大的变形达到了1.2m，一般的都能达到0.4～0.8m，变形量如此大，变形的速率也高，并且变形收敛时间较长。
2 软岩隧道二次衬砌施作时机分析
与硬岩相比，软岩变形模量及围岩强度都远远低于了硬岩，因此对于软岩隧道而言，变形量十分巨大，并且变形速度很高，加之持续时间很长，围岩压力大，从而造成了形变压力过大，而松动压力比例很小。对于软岩隧道，尤其是高地应力条件之下的软岩隧道而言，如果等到其初期支护变形稳定之后再开展二次初砌，那么对于其变形来讲是很难控制的，并且极易导致塌方事故；如果采用提高支护的刚度来减小变形，则显得极不经济。大量的实践经验表明，采用适当提前其二次初砌的施作时间来承担因为初期支护不足而产生的部分荷载，对于软岩大变形隧道而言，是十分可行的，并且就目前来看也是十分安全的举措。
对稳定性较好的围岩而言，一般采用的是在其总变形量达到了80%左右，而且其变形基本收敛之后进行二次初砌施作。这个时候，初期支护实际上承担了围岩的所有荷载，而二次初砌则主要承载着围岩变形引起的附加荷载。对稳定性很差且十分软弱极易破坏的围岩隧道而言，当隧道开挖之后，其周围的二次应力通常都会超过自身的屈服强度，从而形成一种塑性区，而介质的黏聚力与内摩擦角也会相应降低，变形与变形的速率就会相应增大。这种情况下，初期的稳定主要依靠的是及时支护的作用，因此一旦初期支护做的不当或未按照相关要求，那么就会产生不断变形从而引起坍塌。
通过上述分析可知，对于初期支护而言，尽量做到早施作，并且及时闭合，还要保证其有足够的刚度。在进行二次初砌的时候，也需要适时而作，及早施作，尽量让其承担部分的荷载，这样对于整个工程项目的安全而言也是非常有利的，但此时也需要加强并且按时施作初期支护，因为初期支护工作的成功是二次初砌的保障。
3 二次初砌稳定性影响因素分析
3.1 地质因素
二次初砌稳定性，在很大程度上与岩体的完整状态、地应力及强度等地质因素有着莫大的关系，也就是说其与围岩的物理力学指标产生了直接的联系，比如抗压强度、黏聚力、泊松比、地应力等。对于软岩隧道而言，围岩的条件越好，对于二次初砌施作来讲就越有利。
3.2 工程因素
3.2.1 施工方法及工序：比如说软岩隧道施工中采用的是台阶法施工，对于台阶的长度、支护时机、断面的分部大小等，都会影响隧道稳定性。
3.2.2 初期支护及二次衬砌参数：初期支护及二次初砌的强度越高，则隧道的施工稳定性就越高，但是如果过度追求初期支护及二次初砌的强度，就会造成工程经费的增加，从而不利于工程的经济性。
3.2.3 断面形状与尺寸：总的来说，对于隧道的断面而言，其越圆顺，洞跨度越小，那么隧道就越稳定。
3.2.4 二次初砌施作时机：二次初砌施作时机的合理与科学，将是保证二次初砌长期稳定的关键所在。
3.3 和现场测量相关的因素
和现场测量相关的因素，主要指的是获得的现场测量数据之间的联系，这里主要有初期支护变形和二次初砌变形间的关系、二次初砌分担围岩压力比例、施作二次初砌前的支护变形速率和二次初砌变形间的关系等。
4 测量变形统计及相关分析
4.1 初期支护变形和二次初砌变形间的关系分析
在软岩大变形隧道二次衬砌施作中，初期支护变形往往与二次初砌变形之间有着必然的联系，从某种层面上来看，这样的联系往往和围岩的具体条件、隧道的施工方法、初期支护的参数强弱及二次衬砌的强度大小等有关。此外，这两者之间的关系也是二次初砌施作时机的一种主要体现，能控制好这两者的关系，便能有效确定好施作时机。
当围岩的条件、初期支护及二次衬砌参数及施工的方法等条件都相同时，那么对于二次衬砌而言，其施作时机往往是影响变形大小的关键。从这里来看，在施工中若能及早开展仰拱封闭，并且适时做好二次初砌施作，对于减小变形而言是十分有必要的。在施作中，进行二次衬砌之前，如果断面的变形速率较大，为了控制好二次初砌的变形，就需要将二次衬砌的施作刚度控制在一个稳定的状态，而这样也能很好的控制围岩及初期支护的变形。
4.2 二次衬砌前支护变形速率和二次衬砌间的变形关系分析
在软岩大变形隧道二次衬砌施作中，二次衬砌前的支护变形速率往往和二次衬砌的变形大小有着直接的联系。在其他条件都相同时，如果二次衬砌之前，初期支护的变形速率较大，那么二次衬砌所要承受的荷载就会增大，这样就会导致变形的增大。总的来说，不管何种情况下，都会有以下的规律：二次衬砌前，初期支护的变形速率越大，那么在二次初砌时的变形就越大，从而引发的变形就越大。
5 总结
通过对二次初砌稳定性的相关影响因素的分析，再结合现场测量数据统计分析，加之对隧道总位移的估算，通过隧道极限位移及其大变形分级的标准，从而可以提出二次初砌视作时机的确定方法：计算不同大变形条件下，二次初砌施作前的初期支护变形速率极限值、初期支护累计变形在总位移中的比例极限值，将这两种数值当作时机判别的指标。
参考文献：
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