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浅谈隧道地下工程支护原理与技术

发表时间：2020/8/5 来源：《基层建设》2020年第10期作者：代兴发寇怀亮

[导读] 摘要：随着我国城市化进程的不断推进，城市发展、土地资源短缺和城市环境保护之间的矛盾日益突出。

        山东科技大学 266590
        摘要：随着我国城市化进程的不断推进，城市发展、土地资源短缺和城市环境保护之间的矛盾日益突出。地下空间的开发利用将是解决大城市资源短缺的必然途径。随着地下空间开发利用规模和范围的不断扩大，越来越多的大断面地下空间项目将在复杂的环境中建设。在隧道的地下工程中，地下开挖方法，尤其是浅埋开挖方法，由于其对周围环境影响较小，断面适应性强，得到了越来越多的应用和发展。
        关键词：地下支护管幕预筑法锚索支护喷锚
        引言：按照地层改造、局部开挖、临时支护和永久结构的顺序，大断面地下空间开挖技术一般面临施工步骤多、材料消耗大、变形控制困难和安全风险高的问题。因此，迫切需要开发一种更加安全、高效、环保的地下空间开挖施工方法。本文着重介绍隧道超前支护及加固方法、地下工程软弱围岩预应力锚索支护设计方法以及喷锚支护法等，并应用相应的支护施工技术，更好地提升地下工程建设的效果。
        1超前支护及加固方法
        隧道开挖造成围岩扰动后，周边及前方围岩产生的变形有掌子面围岩挤压变形、掌子面前方超前核心围岩预收敛变形以及开挖后洞室收敛变形。现有的理念一般重视加强开挖后洞室支护，但引起开挖后塌方等事故的根本原因是掌子面前方超前核心围岩预收敛变形，因此采用超前支护及加固方法先期控制这部分变形，是保证整个工程安全的关键[1]。

        图1 隧道及地下工程收敛变形
        超前支护及加固分为超前加固和超前支护。超前加固是通过注浆等方式，改良开挖面前方围岩特性的方法；超前支护是开挖前预支护前方围岩，增加围岩的自稳能力，并使开挖面周围应力干扰达到最小的方法[2]。
        2支护—结构一体管幕预筑法
        支护－结构一体管幕预筑法，与传统管幕法(管幕仅作为临时支护结构) 不同，管幕既为前期预筑地下永久结构提供支护，也与其他结构共同组成地下永久结构，为地下空间开挖提供支护作用[3]。支护－结构一体管幕预筑法建造地下工程的原理: 采用较为传统的顶管技术或盾构技术将一簇大直径钢管顶推或牵引至地层中，在大直径钢管内进行结构施工，并将其连接成设计预想的地下结构外轮廓，然后在成形结构的保护下开挖结构内部地层，并施工内部结构。支护－结构一体化管幕预筑法原理示意图如图 2 所示。

        图2 支护-结构一体化管幕预筑法原理示意图
        支护－结构一体管幕预筑法将加固、支护、主体结构合为一体并一次建造成形，改变了传统暗挖法先加固后支护然后施作主体结构的施工步序。该方法的具体施工歩序为: 1) 开挖竖井，建造顶管反力墙及工作平台; 2) 大直径钢管分层顶进，边顶进边开挖管内土方，并在钢管间进行注浆止水; 3) 进行管内切割，焊接管间钢板，采用钢管支撑形成拱形管廊; 4) 管内绑扎钢筋，浇筑混凝土，形成管幕永久结构; 5) 在永久结构的保护下，在车站内部大面积分层开挖土方; 6) 紧随土方开挖，依次施工底板、中柱、中板，最终形成完整结构[3]。
        3软弱围岩预应力锚索支护设计方法
        软弱围岩支护问题引发了人们的关注，这也是土木工程建设中的一大难题，由于在地下工程建设开挖过程中，原有的围岩受到外界的扰动而向不平衡的状态发展，在应力的作用下出现变形现象，为此，要采用软弱围岩支护和加固技术，以针对性地解决软弱围岩变形的问题[4]。在隧道地下工程实践过程中，出现了预应力锚索支护技术，它具有其他支护手段不可比拟的优势，要采用地下工程软弱围岩预应力锚索支护设计方法，并应用相应的支护施工技术，更好地提升隧道地下工程建设的效果。
        隧道地下工程软弱围岩预应力锚索支护施工方法的应用要确保其经济合理性、可行性和安全性，要在尽可能不扰动周边围岩开挖的前提下，尽量利用围岩自身的承受能力和稳定性，采用全断面开挖法和台阶开挖法。
        4喷锚支护法
        喷锚支护全称为喷射混凝土与锚杆联合支护，支护方法本身充分应用围岩的自承载能力和发挥开挖工作面的空间约束作用。运用喷射混凝土和锚杆作为支护手段，对围岩的变形松弛和剪切起到控制作用 , 使得围岩成为支护体系的一部分，利用喷射混凝土、围岩和锚杆来共同受力[5]。
        喷射混凝土支护的施工方法是将砂石、混凝土按一定比例混合均匀后投入喷射机，同时加入速凝剂等外加剂，利用高压空气将混合料送入喷头与高压空气混合后高速喷向受喷岩面[6]。喷射方法分为：干喷、湿喷、潮喷，以覆盖受喷岩面与围岩形成整体，维护隧道围岩的稳定。
        5总结
        隧道地下工程支护方法较多，每种方法适用的地质条件、施工要求不同，在选用前应该仔细分析地下工程的特点，包括地质条件、技术要求、工程量、工期、支护及加固效果、造价等，选出最合理的超前支护及加固设计、施工方案。随着隧道及地下工程的发展，需要处理的工程地质条件会越来越复杂，超前支护及加固的施工难方法的联合使用创新；二是开发新的超前支护及加固方法。超前支护及加固方法的创新和应用将为现在以及将来大型隧道及地下工程的建设，提供更好的支持。
        参考文献
        [1]王建宇.围岩超前支护与“岩土变形控制分析工法”[J].现代隧道技术,2019,56(S1):1-5.
        [2]宋浪,胡鹏,于维刚.谈天池隧道浅埋段隧道支护参数调整方案[J].山西建筑,2019,45(22):128-129.
        [3]郭宏智,罗泽华,朱军军,油新华,邓美龙.地铁车站管幕预筑法施工注浆技术[J].现代城市轨道交通,2012(02):36-39.
        [4]刘晓宇,龙鹏,罗永成,游建华,王作明.深基坑预应力旋喷锚桩围护与内支撑支护的施工效果对比分析[J].建筑施工,2020,42(03):306-309.
        [5]王鹏.基于锚索预应力损失对支护结构变形的研究[J].科技创新与应用,2020(16):68-69.
        [6]许兴成,倪元春.建筑地下室施工中喷锚基坑支护技术的应用[J].城市住宅,2019,26(12):199-200.