摘要：在软弱破碎围岩条件下进行隧道开挖时会造成较大的围岩变形，在进行作业初期，如果不及时进行支护，围岩变形很有可能会超过容许的范围，情况严重还会造成掌子面失去稳定性以及隧道塌方现象，会给企业造成极大的经济损失，所以必须要采取相关措施，控制围岩的变形，一般是利用超前支护形式保证隧道的安全施工。，对隧道围岩的变形预测值S 和控制标准值S 进行比较，判断是否需要采用超前支护措施；进而采用工程类比法初步确定可能采取的超前支护方式，对采用超前支护后的隧道围岩变形预测值S 与控制标准值S 进行比较，选择满足变形控制标准的超前支护方式。
关键词：隧道工程；超前支护；确定方法
隧道超前支护的方式主要有管棚、小导管、水平旋喷桩等，目前国内外学者对其控制效果进行了充分的研究。对管棚的加固机制及加固效果进行了研究，表明采用管棚注浆法能有效抑制软弱破碎围岩的变形，改善隧道支护结构受力，避免施工过程中产生塌方。对超前小导管的加固参数与加固效果进行了研究，研究表明超前小导管注浆支护能够提高围岩的稳定性，减少洞室的变形和塑性区，其环向分布范围、管径等是主要的加固参数等。归纳、总结水平旋喷桩的施工要点，对其工程应用效果进行评价，水平旋喷技术在软弱砂层隧道预支护中具有良好的效果，对富水地层隔水效果良好，也可以避免隧洞水力破坏。因此，超前支护已经成为隧道穿越软弱破碎围岩的关键措施，其设计显得尤为重要。
一、概述
随着国民经济速度的飞速发展，我国也加大了对隧道工程施工的规模。隧道施工建筑领域也逐渐广阔，进行地下工程施工时一般要穿越复杂的地质地段，如果在软弱破碎地层地段进行施工时，会经常出现开挖面围岩失稳现象，或者由于初期支护的强度不够，不能达到围岩稳定的要求，最后导致围岩坍塌或冒顶事故的发生，这样会给隧道施工带来极大的困难，影响到隧道施工进度、工程质量以及隧道的使用年限。结合这一情况，需要采用特殊加固围岩方法，此方法就是超前支护，超前支护是在隧道开挖之前进行的，结合项目所处的地质环境、水文地质条件、埋深、断面尺寸、机械设备以及工程造价几方面的影响，在预先开挖面的自然地理层，沿着隧道的横断面进行拱壳装的结构，稳定围岩的强度，防止变形的产生，不仅可以保证开挖面前方地层的初始特性还可以保证隧道在安全条件下进行施工，另外还减少了地层的位移。超前支护的形式主要有超前管棚支护技术、超前小导管支护技术以及超前水平旋喷桩技术，要结合现场实际情况合理选择支护方式。
二、隧道超前支护确定方法
在软弱破碎条件下修建隧道时，超前支护是保证隧道施工安全的重要措施，如何合理确定超前支护类型及范围是隧道施工所面临的难点及重点问题。因此，提供一种科学、合理的隧道超前支护方式和参数的选取方法。施工安全性评价：① 基于工程地质情况、施工方式、支护结构形式，计算出隧道围岩的变形预测值S。② 基于隧道围岩的变形破坏过程，采用解析法、类比法、数值法、模型试验法、现场监测法中的至少一种方法，同时结合相关规范，最终确定隧道围岩的变形控制标准值S。③ 将隧道围岩的变形预测值S 与隧道围岩的变形控制标准值S 进行比较，若S＜S，则确定在隧道施工中不采用隧道超前支护；若S ≥S，则确定在隧道施工中采用隧道超前支护。
1、超前支护方式选择：① 采用工程类比方法选取某种隧道超前支护，根据相应的超前支护加固原理及施工方法，结合相关规范，得出各个隧道超前支护参数的初始范围。② 选取各个隧道超前支护参数初始范围内的最大值，通过预测分析得出隧道围岩新的变形预测值S。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆③ 将新的预测值S 与围岩变形控制标准值S 进行比较，如果S＜S，则在隧道施工中采用该种隧道超前支护；如果S ≥S，则选取另一种隧道超前支护，按照上述处理过程，直到新的变形预测值S 小于变形控制标准值S 为止，则在隧道施工中采用该隧道超前支护。
2、超前支护参数确定：① 通过隧道超前支护参数的敏感性分析，对于敏感性存在“转折点”的隧道超前支护参数，以“转折点”所对应的参数值确定隧道超前支护参数的上限值；对于敏感性不存在“转折点”的隧道超前支护参数，给出隧道超前支护参数的上限值的建议值。同时对不同隧道超前支护参数的敏感性进行排序。② 计算出隧道超前支护参数的加固有效性评价系数α，α= S S；选取隧道超前支护的各参数的初始赋值范围的最小值进行计算分析，选取某个参数，计算时不断增大该参数，并分别计算出不同的S，得出不同的α，如果该参数达到根据参数敏感性分析得到的上限值之前，存在α＞ 的情况，则选择α= 所对应的值为该参数的下限值，其他参数直接选取初始范围所确定的下限值；如果在某个参数达到根据参数敏感性分析得到的上限值之前或者同时，不存在α＞ 的情况，则根据参数敏感性分析得到的上限值即为该参数的下限值。③ 选取下一个参数，按照上述处理过程计算下一个参数的下限值，在分析时选取上一个参数上限值。根据隧道超前支护参数的敏感性计算结果，先计算出敏感性大的参数的下限值，后计算出敏感性小的参数的下限值。
3、超前支护控制。结合某高铁隧道施工的实际情况，超前支护的控制效果，该隧道为北西-向南方向，结构形式为复合衬砌结构，断面的外轮廓高度为12.5m，宽度为14.8m，属于特大断面隧道，进口地段的地表属于粉质黏土，上部分为粉砂岩，全风化层多呈粉土、含砂粉质黏土夹碎石状，含水量在30%以下，下部分大部分为弱风化炭质灰岩，岩石比较破碎，该隧道的DK1592+125+190 地段的隧道拱顶埋深为5.5-14.5 米，该地段属于浅埋偏压地段，围岩的地质条件比较差，主要从施工安全性评价、超前支护方式的选择以及超前支护参数的确定三方面来分析该地段的超前支护的效果。对该隧道进行施工安全性评价，选用FLAC 对隧道拱顶的沉降进行预测，FLAC 非常适合模拟隧道岩土非线性问题以及大变形的问题，经过分析DK1592+125+190 地段隧道最大沉降值为213.12 毫米，大于控制标准值，初期支护产生变形严重影响隧道的安全，所以在进行隧道开挖之前就要采用超前支护方式进行加固。利用工程类比法，选用长管棚支护方式来进行隧道加固，选用的结构形式为单排形式，对隧道的初期支护和临时支护的支撑进行模拟，利用等代层来模拟浆液加固的效果。
通过软弱破碎围岩隧道超前支护确定方法，并将此方法成功运用于贺街隧道工程，根据工程特点选择合适的隧道超前支护方式和隧道超前支护参数，保证了浅埋大断面隧道在穿越软弱破碎围岩的施工安全，效果显著。主要结论如下：建立了包括施工安全性评价、超前支护方式选择、超前支护参数确定个方面的隧道超前支护确定方法，适用于软弱破碎围岩条件，为定量化确定隧道超前支护提供一种思路。通过隧道围岩的变形预测值S 和隧道围岩的变形控制标准值S 的对比分析，可以科学地判定出是否需要采用隧道超前支护。通过采用超前支护后的隧道围岩变形预测值S 与变形控制标准值S 的对比分析，可以科学地选择出合适的隧道超前支护方式。
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论文作者:李明忠
论文发表刊物:《基层建设》2019年第24期
论文发表时间:2019/11/22
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