隧道支护结构体系及其协同作用

张志向

中铁十一局集团第四工程有限公司 湖北武汉 430074

在建造隧道施工方面的常识有：根据原始设计数据（按照验收标准，主要指锚杆长度和根数、钢架间距）施工，对如何支护的参考是非常重要的，甚至会导致坍塌，有时就会产生土质锚杆压根没作用效果的概念，但是又因为锚杆是日常施工所必须的，所以又强调锁脚锚杆。但有的观点持反对意见，认为主要是因复杂地质造成的结果。事实表明：锚杆效果一般。最初支护，主要使用双侧壁或中隔壁法，以此减少隧道第一次开挖的宽度。因此，这个设计略显不合理。此外，双侧壁或中隔壁导坑法只是一种具有仰拱以上的类型。切断拱门，仰拱的施工无法满足两侧的导坑及时闭合抑拱的要求，最终的效果是沉降大甚至是坍塌[1]。

超前期的支护保障、初期支护核心功能和二次衬砌的安全预备功能共同组成支护结构体系。对周围岩石3种超前破坏模式，即正面挤压、前倾冒落及后倾冒落，分别给出了超前期的支护方式和评价方法，提出初期支护作为隧道周边围岩附加负荷的主要承担者。包括使用锚定系统、拱形框架、喷涂结构，分别通过“调动”和“辅助”围岩实现周围岩石承载功能，且同时具有“支持”和“保护”功能。

1 工程概况

贵南高铁都安隧道中心位于广西省，河池市，都安县，为单洞双线隧道，隧道进口桩号为DK347+720-DK362+872，长度是15152米，最大埋入深度364米。隧道净断面（宽×高）为14.86米×8.98米，进口紧邻安化双线大桥，出口接澄江双线特大桥。隧道内纵坡为人字坡，辅助坑道方案采用＂2横洞+2泄水洞＂。隧道开挖到DK355+951处，在约12 米的高度和宽6 米的左拱腰处露出了大的喀斯特洞穴。洞内部有少量填充物，洞穴的内壁是湿的，看不到有明显流水。

2 荷载打折设计的安全隐患

标准中TB10003-2016“铁路隧道设计规范”要求，在计算复合式衬砌时，初始的支护应该根据主要承载结构来计算。二次衬砌这个在1-3级岩石中可作为安全储备，4-6级岩石在特殊情况需要按照承载结构设计。

目前，软岩隧道建设采用了分段挖掘和支护的阶段性方法。在完成整个初始支护之后，利用先仰拱，后拱、墙两步进行整体式衬砌。即：衬砌端头与闭合的支护端头两端之间有一定距离，对应于铁建设〔2010〕120号文件规定，这个距离约35米。但是隧道的负荷与挖掘部位的宽度和面积有关。目前，一般认为在建设现场无限制初期支护的具体作用将持续发挥，还有控制支护变形的重要措施，但是整个区域被挖掘的话，特别弱的施工周围的岩石，隧道的设计负荷就全部形成了。根据周围的岩石松动圈的理论，隧道周围的岩石的状态是从内侧向外侧（对于浅埋隧道只有松动圈）依次为松动的圈、压密的圈、原岩的圈。在目前的技术水平和技术层面上，特别是由于浅埋的隧道，在挖掘和支护作业之前，周围的岩石松散，此时，因为初始设计只负担一部分负荷，所以就有只能承担部分负荷的初期支护被破坏的理由[2]。

3 隧洞开挖和支护施工

3.1 洞口开挖和支护

开挖施工隧道进出口位置在开展开挖施工前，首先应该进行清坡和护坡工作，根据设计图纸要求，清坡范围通常设置为开口线以外5m；然后进行洞口顶部护坡施工以及基坑周边浆砌石截水沟施工。完成截排水系统的施工后，开始进行开挖支护工作，在支护施工过程中，最常用的支护方法为：分层开挖和分层支护，支护的顺序通常是自上而下[3]。

3.2 洞身支护

选择全站仪进行孔位的测定，控制环向孔距50cm，相邻两环搭接长度需≤1m。钻孔应用YG40导轨式凿岩机，钻孔直径通常比钢管直径大3-5mm，控制钻进过程中的角度在5°-15°之间。完成钻孔施工后，使用钻进扫孔，将浮渣清除干净，保证孔径以及孔深等参数符合相关指标要求。

4 结语

由于隧道拱腰和喀斯特洞窟的交叉部上部的初始应力较大，施工中很容易出现该部分塌方的危险。该部分需要增强设计，应在挖掘前实施预注浆加固设计。在挖掘、支护过程中，岩溶洞窟和隧道周边的周围岩石的应力处于一定的调整过程。溶洞侧壁围岩应力主要性能是随着挖掘的增加，岩溶洞侧壁周围岩石的应力不断增增加。在完成上述分析的挖掘和支护后。在当前隧道设计规格中，预辅助、校验支持和初始支持方案和参数主要取决于工程经验。上述支护形式被认为是设计的临时支护。检查中不考虑上述预备支持和初始支持的效果。很明显，这是事实，因此，研究隧道周边岩石和支护构造系的协同效果是非常必要的和紧急的。