挤压性围岩修建技术

周跃峰

摘要：近年来，交通建设过程中涌现出许多深埋长大隧道，由于挤压性围岩导致的大变形问题也随之而来，如处理不当将会给工程带来巨大的经济损失。本文通过对挤压性围岩的特点与影响因素的分析，在当前挤压性围岩大变形处理研究成果的基础上，提出了改善围岩力学性质、改变围岩应力状态、加强结构承载力及预留变形量等处理措施，对同类工程具有一定借鉴意义。

关键词：挤压性围岩；支护阻力；大变形

中图分类号：U451文献标识码： A 文章编号：

Abstract: in recent years, traffic construction process emerging out many buried long tunnel, because of the surrounding rock lead to squeeze the large deformation problems also come, if not handled properly will be to the project to bring huge pecuniary loss. This article through to squeeze the characteristics and the surrounding rock of the analysis of the affecting factors, in the extrusion of surrounding rock of the research of the large deformation processing are put forward, based on the surrounding rock mechanics properties, improve surrounding rock stress state, strengthen the change structure bearing capacity and reserve a deformation processing measures, in similar projects with a certain reference.

Key words: extrusion of surrounding rock; Support resistance; Large deformation

1、引言

近年来，随着我国经济建设的发展，对交通运输设施的需求不断增加，因此各项交通工程的建设越来越多，其中涌现许多深埋长大隧道。长大深埋隧道以其线路长、埋深大，其建设难度也越来越大，往往成为一条线的控制性工程。而在长大深埋隧道工程中一个突出的问题是高地应力问题。在高地应力下，硬岩将可能发生岩爆，而软弱围岩则很可能形成挤压性围岩造成大变形问题。相比于岩爆，挤压性围岩对隧道建设的影响更加严重，在近年的建设中不断涌现因大变形问题造成隧道工期滞后，投资大量增加的事件，如已建的宜万线堡镇隧道，在建兰渝线木寨岭隧道、六沾线三联隧道等。拟建铁路成兰线沿线也将大范围穿越软岩地层，很可能遇到挤压性围岩问题。

尽管国内外学者已做过不少的研究工作，但对高地应力理论的研究还不尽成熟，加之地质岩体复杂多变，目前为止，对挤压性围岩产生的机理、判别依据、分级标准以及治理方法等都没有形成统一的认识。

2、挤压性围岩特点

2.1挤压性围岩特点

挤压性围岩是指在开挖条件下应力重分布超过围岩强度导致塑性化并且缓慢扩展的围岩（如果立即变形破坏则为岩爆）。挤压性围岩在其开挖后呈现如下特点：

(1)变形量大；

(2)变形速率快；

(3)变形持续时间长。

2.2工程危害

挤压性围岩对隧道工程建设有着很大的影响，主要体现在：

（1）开挖变形不收敛，造成支护失效，形成塌方

（2）变形过大导致支护侵限，造成支护拆换

（3）长期变形造成二次衬砌开裂失效

图1边墙向外挤出 图2初期支护支护侵入建筑限界图3二次衬砌开裂剥落

2.2影响因素

挤压性围岩的形成因素复杂。隧道围岩的地应力条件、岩体强度、地质构造影响程度、地下水发育特征、岩石膨胀性等都可能对挤压性围岩有较大的影响。而开挖方法，支护手段以及洞室轮廓等施工因素也对挤压性围岩有很大影响。

3、挤压性围岩修建技术

鉴于影响大变形的因素众多，目前手段难以完全准确考虑，其判定标准也存在争议，因此大变形的处理应在设计中进行预设计，而在施工过程中根据具体工程情况进行调整。对挤压性围岩的处理目前主要从四个方面入手：①改善围岩力学性质，②改变围岩应力状态，③加强结构承载力，④预留变形量。

3. 1改善围岩的力学性质

改善围岩的力学性质能够提高围岩的自承能力。软弱围岩在高地应力的作用下产生大变形，地应力无法改变，但围岩力学性能可以采用措施进行改善，目前主要的手段有注浆加固。对于挤压性围岩地段一般岩体裂隙比较发育，采用超前注浆改善围岩力学性质，能有效提高岩体剪切强度。

3.2改善围岩应力状态

目前主要有改变支护形式，改变开挖断面，调整施工工法。

（1）改变支护形式的方法有设置长锚杆、掌子面锚杆，改变围岩内的应力状态，将开挖后的二维应力状态转为三维应力状态，从而提高围岩的强度。

（2）不同的开挖轮廓将导致围岩内不同的二次应力，通常认为圆形断面受力均匀合理。但是考虑圆形断面开挖量大，也可能造成一定的负面影响。因此开挖轮廓应该根据地层的应力状态决定。

（3）不同的施工过程也将导致不同的围岩二次应力，特别是爆破开挖，由于对围岩的扰动大等将导致更不利的后果。因此挤压性围岩尽量采用机械开挖，采用爆破开挖时应短进尺，弱爆破，轮廓尽量圆顺。

3.3加强结构承载力

这里指的加强结构承载力包含多个方面，首先要求支护措施能提供较强的支护阻力；其次要求支护措施尽快形成承载力；最后要求支护结构有持续承载的能力。工程措施应该从这三方面入手。针对这三方面主要有如下措施。

（1）增加支护阻力的措施

大变形的产生归根结底还是支护强度不够，只要有足够的强度就可以限制变形的发生。当然，考虑地应力很大，完全靠结构刚度抵御变形显然不现实也不经济，因此还需充分依靠围岩的自承能力。增加支护阻力的措施主要有：

加强钢架强度如提高钢架型号，采用H型钢等；

增加喷砼厚度，提高喷砼标号，采用钢纤维喷砼等；

增加喷砼中钢筋网等。

（2）支护结构尽快形成承载能力

很多大变形的发生经常都是一变不可收拾，因为一但变形说明围岩内部的破坏，且围岩的破坏不可逆，因此导致围岩持续失去自承能发生变形。因此为了限制围岩破坏范围的扩大，支护结构尽早形成承载力很有必要，它可将围岩应力重分布往变形有利的方向进行。要使支护结构尽快形成承载力可以采取如下措施：尽早封闭成环，采用早强喷砼等

（3）支护结构应有持续承载的能力

支护结构需提供持续的承载力是大变形处理的重要特点。当前的支护结构主要有喷砼、钢筋网、钢架、锚杆等构成，基本属于刚性结构，但是由于大变形地段变形往往较大，往往导致喷砼剥落、锚杆拉断、钢架扭曲变形，从而导致支护结构整体失效，无法提供足够的支护阻力，变形将进一步扩大，且进一步扩大的变形将导致支护结构的进一步破坏引起更坏的结果，特别的当支护侵限后需拆除，将可能导致更严重后果。因此挤压性围岩处理时支护措施应在持续变形下仍保持足够的强度提供支护阻力。当前采用措施主要有：设置可伸缩钢架，预留变形槽，采用高可压缩混凝土支护，多重支护等。

3.4预留变形量

在大变形处理中，预留变形量是非常重要的一个工程措施，是大变形处理的关键，大变形处理的失败很大程度是由于预留变形量的不足导致的侵限拆换。足够的预留变形量可以使工程措施有足够的余地，对施作多重支护，加强二次衬砌等。合理的预留变形量往往很难确定，根据以往大变形的处理经验可以认为，足够的预留变形量是非常必要的，并且应一次留够，预留变形量过多时可在下一段落适当调整，避免添砖方式逐步增加，导致不断的拆换。

4.总结

挤压性围岩的处理技术是当前地下工程中，尚待成熟完善的关键技术之一。通过对当前挤压性围岩处理成功与失败的教训，可以认为，大变形处理有两个非常关键的措施需在以后，设计施工中加强，即可持续提供支护的阻力的支护结构及足够的预留变形量。这两个方面有机结合构成大变形处理的关键，失败的工程经验都是由于预留变形量的不足以及失效的支护结构造成。因此在以后的工程实践中应加强这两方面的研究。

参考文献：

[1]王梦恕等著. 中国隧道及地下工程修建技术[M].2010, 人民交通出版社，北京.

[2] TB10003-2005 铁路隧道设计规范[S].北京：中国铁道出版社，2006.

[3] 关宝树.隧道工程设计要点集[M].北京：人民交通出版社，2003.

[4]TZ204-2008 铁路隧道工程施工技术指南[S]. 北京：中国铁道出版社，2008

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。