大跨軟巖隧道工程論文

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1大跨軟巖隧道存在的問題

由于地層地質(zhì)的復(fù)雜性，大跨軟巖隧道工程仍然面臨著以下幾個(gè)急需解決的關(guān)鍵問題:

1)對(duì)圍巖變形的判斷與控制。對(duì)于軟巖隧道圍巖變形的研究主要集中在三個(gè)方面:

a．從理論方面對(duì)變形機(jī)理進(jìn)行研究;

b．選擇合理的施工工法對(duì)圍巖變形進(jìn)行控制;

c．運(yùn)用有限元或其他數(shù)值模擬的手段對(duì)圍巖的變形量和變形趨勢進(jìn)行預(yù)測。從眾多的學(xué)術(shù)論文和科研成果中不難發(fā)現(xiàn)，對(duì)于圍巖變形的機(jī)理多是采用連續(xù)性介質(zhì)理論進(jìn)行分析，而實(shí)際工程中的圍巖是非連續(xù)的，它是巖塊和結(jié)構(gòu)面在三維空間的一種非定向關(guān)系。尤其是對(duì)于地質(zhì)狀況比較復(fù)雜的軟弱圍巖，都是由多種物理成分組成的，且各物理成分的大小、多少及分布具有很大的隨機(jī)性。但是，在實(shí)際的研究和應(yīng)用中，例如采用數(shù)值模擬的方法對(duì)軟巖隧道圍巖變形進(jìn)行分析時(shí)，又必須運(yùn)用巖體的本構(gòu)關(guān)系，這本身就是存在問題的，更不要說計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性了。不論是理論分析還是數(shù)值模擬都沒有辦法對(duì)圍巖的變形量進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷。這將引起另外一個(gè)問題，就是在采取控制變形措施時(shí)，通常采用的是依據(jù)相似工程經(jīng)驗(yàn)制定施工方案，并沒有針對(duì)不同的變形量采取相應(yīng)的控制措施，因此變形控制措施也具有一定的盲目性。另外，隧道施工中變形可以達(dá)到1．0m甚至更大，軟弱圍巖變形本質(zhì)上屬于大變形問題，然而巖體力學(xué)中使用的彈塑性變形理論雖然對(duì)材料的非線性進(jìn)行了考慮，但是嚴(yán)格意義上仍屬小變形理論。

2)對(duì)合理支護(hù)時(shí)機(jī)的探討。隧道二次襯砌施作時(shí)機(jī)始終是隧道界討論的熱點(diǎn)問題，二次襯砌的支護(hù)時(shí)機(jī)是保證二次襯砌長期穩(wěn)定的關(guān)鍵。特別是對(duì)于軟巖大變形隧道，如果二次襯砌施作過晚，則可能造成初期支護(hù)變形過大而無法控制，以致隧道失穩(wěn);但如果施作過早，則不利于地應(yīng)力的釋放和充分發(fā)揮圍巖的自穩(wěn)能力，從而使二襯受力過大而導(dǎo)致開裂，降低了隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。因此，合理確定二次襯砌施作時(shí)機(jī)是保證隧道施工階段和長期運(yùn)營階段安全性的關(guān)鍵。但是現(xiàn)階段，對(duì)于隧道二次襯砌支護(hù)時(shí)機(jī)的研究仍然沒有形成系統(tǒng)的體系。研究者多根據(jù)具體的工程背景選擇不同的巖石彈塑性模型，采用的確定合理支護(hù)時(shí)機(jī)的判定方法也各有不同。對(duì)于二襯支護(hù)時(shí)機(jī)的影響因素的分析也多是針對(duì)單一影響因素，并沒有綜合考慮。

2大跨軟巖隧道的發(fā)展與展望

為了滿足交通建設(shè)的需要，將不可避免的遇到更多的軟巖隧道工程。圍巖大變形的控制問題仍然是未來軟巖隧道工程需要解決的關(guān)鍵問題。從根本上講要更深入的研究圍巖的變形機(jī)理，找出適用于實(shí)際工程地質(zhì)狀況的圍巖的本構(gòu)關(guān)系。在施工的過程中，超前地質(zhì)預(yù)報(bào)要貫穿整個(gè)隧道的開挖過程，監(jiān)控測量要及時(shí)跟進(jìn)。對(duì)于具有代表性的工程要完善施工工法，以便以后類似工程經(jīng)驗(yàn)借鑒。隧道是地層圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)共同組成的復(fù)雜受力體。支護(hù)是一個(gè)過程，一個(gè)好的支護(hù)方案要讓這一過程與圍巖變形過程相協(xié)調(diào)。考慮到軟弱圍巖的蠕變特性，圍巖的自穩(wěn)能力是與施加相關(guān)的，因此二次襯砌的支護(hù)需要一個(gè)合理的時(shí)機(jī)。反過來理解，如果要確定合理的二襯支護(hù)時(shí)機(jī)，首先要對(duì)圍巖的蠕變特性和變形機(jī)理進(jìn)行充分而深入地分析，只有在此基礎(chǔ)上，才能選擇適當(dāng)?shù)闹ёo(hù)時(shí)機(jī)和支護(hù)形式以及確定合適的支護(hù)參數(shù)。由于目前的研究多針對(duì)二次襯砌的支護(hù)時(shí)機(jī)探討，應(yīng)該將整個(gè)支護(hù)過程統(tǒng)一起來，形成與不同圍巖級(jí)別、不同斷面尺寸、不同開挖方式、不同支護(hù)參數(shù)相對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)的支護(hù)方案，以及更完善的施工工法。

3結(jié)語

本文主要針對(duì)近年來出現(xiàn)的軟巖隧道工程中的突出問題進(jìn)行了討論，并對(duì)軟巖隧道工程今后的發(fā)展進(jìn)行了展望。為了滿足交通建設(shè)的需要，更多更為復(fù)雜的軟巖隧道工程也必將積累更多的工程經(jīng)驗(yàn)，更好更深入的解決圍巖大變形的控制問題。隨著支護(hù)理論的不斷發(fā)展、支護(hù)技術(shù)的不斷進(jìn)步，軟巖隧道工程施工技術(shù)水平將會(huì)不斷提高和發(fā)展。

作者：任海勇 單位：山西藍(lán)焰煤層氣集團(tuán)有限責(zé)任公司