薄片式轻型格栅在隧道中的应用

摘要薄片式轻型格栅是针对硬岩局部破碎段施工提出的一种新型支护方式，其主要原理是通过在锚喷支护中加入薄片式格栅来增强支护，从而改进隧道硬岩局部破碎段的支护方式，增强支护以便保证施工安全，同时薄片式轻型格栅具有重量轻、安装简单迅速、成本低的特点，在实际施工过程能够很好的解决硬岩局部破碎段的施工。

关键词薄片式轻型格栅硬岩局部破碎段施工安全

1、 前言

锚喷支护是隧道施工中的一项重要工序，分为软弱围岩段的有钢架锚喷支护和硬岩段无钢架锚喷支护两种方式，硬岩段无钢架锚喷支护通常设计为素喷混凝土和网喷混凝土二种，而硬岩局部破碎段的锚喷支护设计上一般没有特殊设计，沿用了完整硬岩段的锚喷参数，安全系数低，实际施工时难以保证施工人员安全，而如果采用软弱围岩的有钢架临时支护则成本偏高且处理工艺复杂，所以如何改进硬岩局部破碎段的支护方式尤为重要。

2、 隧道硬岩段主要支护方式和局部破坏机理

2.1. 隧道硬岩段主要支护方式：

表一：双线铁路隧道复合式衬砌支护参数表

由上表可以看出，设计上围岩分级时划分相对简单、绝对，锚喷参数通常采用素喷或网喷的方式进行，对于硬岩段局部出现破碎夹层、渗水、滑层等特殊地质情况时仍然沿用了以上两种锚喷方式，支护参数相对薄弱，而喷射混凝土层在危石自重作用下，可能出现冲切破坏和撕开破坏，导致全局性的失稳、坍塌，发生恶性连锁反应，难以保证施工人员安全。

2.2.硬岩局部破碎段危石引起的破坏机理

图一：危石坠落时引起的冲切破坏和撕开破坏

2.2.1.冲切破坏计算

喷射混凝土若被危石冲切破坏时，其喷层厚度可按下式计算：

喷射混凝土厚度：D≥ = ㎝

式中：

G： 危石重量引起的作用力，当危石处于拱顶时，G即为危石重量，本项目硬岩段大部为花岗岩，密度为2.79～3.07g/cm3，较大滑层引起的掉块一般在1～3m3之间，平均按照2方取值，重量为6000㎏，引起的作用力G=6000×9.8=58800N。

u:危石底面周长，通常1～3m3危石周长约在2～4米之间，本项目取3米。

： 喷射混凝土的计算抗拉强度，本项目采用C25喷射混凝土， 取1.27N/㎜2。

K： 安全系数，可取3～5，本项目取最大安全系数5。

2.2.2.撕开作用计算

喷射混凝土层受剪切的同时，它与危石周围岩石之间产生拉力，当最大拉力大于喷射混凝土层的计算粘结强度时，喷射混凝土层就会在该结合面处撕开，计算可用下式：

喷射混凝土厚度：D≥ = ㎝

式中： 是指喷射混凝土层与岩石间的计算粘结强度，其他参数同上。通常硬岩Ⅱ级的粘结强度 ≥0.8Mpa,硬岩Ⅲ级的粘结强度 ≥0.5Mpa,因此硬岩破碎段的粘结强度 取值0.5Mpa(0.5N/㎜2)

由计算可知，当危石在2m3时已经超过了（表一）中Ⅱ、Ⅲ级硬岩的喷射厚度，特别是危石引起的撕开破坏很容易对喷射混凝土产生剪切破坏，造成喷射混凝土开裂，因此在Ⅱ、Ⅲ级硬岩施工时如果出现局部滑层、危石或破碎段的情况其支护参数难以保证施工安全。

3、 硬岩局部破碎段锚喷支护处治方法

3.1.硬岩局部破碎段特点和传统处治方法，见下图：

图二：硬岩局部破碎段的传统锚喷支护处治方法

3.2．薄片式轻型格栅处治方法，见下图：

图三：薄片式轻型格栅构造

图四：薄片式轻型格栅处治方式

4、 结果

通过采用薄片式轻型格栅后，极大的促进了隧道硬岩段的快速施工，对于在施工过程中遇到的局部破碎的情况，能够快速封闭形成稳定的支护结构，节约了施工成本并加快了施工个进度，采用薄片式轻型格栅支护完成的硬岩局部破碎段没有出现二次开裂，预埋的监控量测点实测收敛变形数据满足施工安全。

5、 施工体会

薄片式轻型格栅是我项目部针对硬岩局部破碎段提出的一种新型的支护方式，作为隧道锚喷支护措施的一种补充和思路，虽然实际支护效果达到了施工要求并显现出一定优势，但由于隧道地质变化复杂，围岩受隧道埋深、地下水、地应力等多方面因素影响较大，支护参数的安全性复杂多变，但随着岩体力学、结构力学等基础学科的快速发展，相信锚喷支护的设计参数会更加科学、完善。

参考文献

①．《隧道工程》重庆大学出版社

论文作者：王盛波

职务：项目部总工程师

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。