谈谈加固大跨径隧道预加固技术

【摘要】近几年来，国内外修建了大量的大跨径隧道工程，用于公路、铁道等的建设，比如国内广州的环城公路白云隧道宽达31.5米，福州象山的四联拱隧道宽达35.4米等等，大跨径隧道的建设及应用在市政建设及社会交通等领域起了很重要的作用。但是由于隧道跨度较大，施工工序较多，地层和支护结构受力变化复杂等因素存在，所以对大跨度隧道进行预加固施工，是保证隧道结构稳定性的关键所在。本文通过对大跨径隧道在施工过程中的受力分析，从功能的角度介绍了几种预加固技术，比如，为了维护围岩稳定而提高构件的弯曲刚度的超前支护技术、系统锚杆支护、喷混凝土技术，以及新奥法在隧道预加固施工技术中的应用。
【关键字】大跨径，隧道，预加固技术，新奥法

一、大跨径隧道在施工过程中的受力分析

经过对各种形式的大跨径隧道在施工过程中的受力变形情况及各部位稳定性的分析，发现隧道围岩的应力主要集中在各开挖面附近。以连拱的大跨径隧道为例，一般来说，最大主应力集中在隧道边墙和底板相交的转角位置及中间隔墙的底部，而拉应力集中在侧导坑拱顶位置和全断面的底板部位。另外，在隧道开挖的时候，尤其是连拱的隧道，在边墙和底拱的转角部位和中隔墙的底部也有一定范围的应力集中，而核心的开挖对围岩的应力分布影响并不大。而左右边墙处最大的水平收敛发生在主洞拱部开挖的时候，随后会越来越小。
在隧道开挖的瞬间，初级支护对地应力释放的越多，相应承载的荷载就越小；中隔墙在施工中的最终应力随着应力释放的增加而略有降低。由于集中应力的存在，围岩的压应力变化并不明显，拉应力反而越来越大，但最终的拉应力则呈下降的趋势。由于二次衬砌的作用，围岩的底板隆起和拱顶沉降量减小，边墙的水平收敛增大，则围岩的稳固性增强，应力值降低。

二、大跨径隧道的预加固技术

隧道开挖形成空洞后，破坏了岩体原有的平衡状态，隧道周围的部分岩体应力重新分布，从而导致了围岩的变形及坍塌等现象，所以必须采取合适的工程措施对其进行加固，以防止围岩的变形、坍塌。对于大跨径隧道的预加固施工，需要根据隧道的类型及受力特点、开挖经验等方面，以及在对各种预加固技术的施工要点等基本特征充分掌握的基础上，来选择合适的预加固技术，同时要考虑到施工的经济性原则。

1、超前支护预加固技术

在大跨径隧道的施工中，超前支护技术主要表现在大、小短管棚的超前支护，水平旋喷注浆支护，以及超前锚杆支护等，在软弱围岩地质中的施工预加固技术。这种施工技术主要是用来减少或消除隧道开挖对隧道洞口仰坡的影响。其中大管棚超前支护的施工方法为：隧道的进出口的洞均采用一定的壁厚度大管棚进行注浆，对洞口浅埋的超前加强支护，洞内采用一定壁厚的小导管进行压注浆超前支护。大管棚超前支护施工的主要内容包括：向施作导向墙预埋导向管，设置钻机平台、测定孔位、钻孔、钻机退出，注压浆、封孔等工艺流程。注意：注浆前需要做注浆试验，并根据试验的情况调整注浆参数；注浆的顺序为两侧对称向中间，并自下而上逐孔注浆，至强度达到设计要求后方能开挖。

2、系统锚杆技术

系统锚杆预加固技术的基本作用是将隧道洞壁周围不稳定的岩体固定在深层的稳定岩体上；另外，系统锚杆可将成层的岩体串联在一起，增加了层间的摩擦力，以及在隧道周边呈放射状布置系统锚杆时，在洞周围形成连续的压缩带，从而增加了围岩的稳定性。系统锚杆支护法主要包括发挥横梁作用的斜锚杆、正面锚杆、地表锚杆、预应力锚杆等，但是在实际的锚杆施工中，需要根据隧道衬砌的不同位置合理安排，以使系统锚杆真正发挥最大内应力的作用。现以中空注浆锚杆为例介绍系统锚杆支护预加固技术在实际中的应用：
中空注浆锚杆即在锚杆上的一定间距用风钻钻孔，然后用高压风清孔，人工送入后用速凝砂浆封口，保证一定的注浆力，以对围岩起到最佳的稳定效果，然后将锚杆的末端与拱架焊接上，最后完成中空注浆锚杆。这种锚杆方法对于裂隙发育不良的地质V级围岩有较好的改善效果，其抗拔力符合隧道围岩稳定的基本要求。

3、喷混凝土加固技术

喷混凝土具有填混凝土加固围岩、封闭围岩表面防止风化以及与围岩组成共同的承载结构的作用，喷混凝土预加固技术包括高强喷混凝土、钢纤维喷混凝土等。例如，二次衬砌混凝土是大跨径隧道工程永久性承受力结构的一部分，对于提高隧道的使用寿命和保持隧道的外观质量具有重要的作用；混凝土二次衬砌加固技术的施工时间需要根据现场监控测量的结果来确定，在初期支护基本稳定且整体收敛值在规定的范围内，围岩及初期支护变形率趋于减缓或稳定时再进行二次衬砌，并将衬砌的工作面与开挖的工作面拉开一定的距离，以减少两个工作间的相互干扰，同时也是为了避免爆破震动对二次衬砌的影响。二次衬砌混凝土灌注的施工方法为：在洞外集中拌合混凝土，然后采用混凝土输送罐车运输、轨道自动行走及液压起臂整体摸板衬砌台车和混凝土输送泵车灌注的方法进行输送衬砌。

三、新奥法在大跨径隧道预加固技术中的应用

新奥法是奥地利隧道施工方法的简称，该法利用岩体力学原理，以维护和利用围岩的自我稳定能力为出发点，将锚杆、喷射硅、钢筋网和钢拱架等集合在一起作为主要的支护手段，进行及时的支护，以形成大跨径隧道等的围岩和支护结构为一体的

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承载结构，来共同承载岩体的压力。通过对“围岩-支护体系”的现场量测，及时反馈其力学动态及其变化情况，从而为二次支护提供合适的施作时机，并通过反馈信息来指导隧道和地下工程的施工。
从某种意义上说，新奥法对于指导大跨径隧道的预加固施工技术有着非常大的指导作用，在加固技术的实施上可以以新奥法施工设计为基础，进行合理的预加固技术施工。以新奥法施工设计原理为主要参考依据，并从岩体力学的角度，运用相应的预加固手段，使围岩成为支护体系的主要组成部分，以形成很好的隧道支护结构，保证了隧道围岩的稳定性和永久性。
四、总结
随着隧道修建技术的发展，大跨径隧道越来越多地应用于公路、铁路等的建设中。同时，为了增加隧道围岩的稳固性及永久性，以避免出现隧道岩体的变形、开裂及坍塌事故，对人民的生命财产造成不必要伤害，需要在隧道的开挖施工中采取切实有效的预加固技术，从而为保证隧道建设工程的安全、高效的运行做基础保障。
【参考文献】

1、李春贤，软岩大跨径隧道的施工力学研究，百度文库。

2、韦雁飞，大跨径隧道的预加固技术，中国交通建设监理，2006年第6期。

3、高红兵，大跨径铁路车站隧道施工力学特性研究，现代隧道技术，2010年第03期。

4、王鑫、张庆贺、刘小，系统锚杆在大跨度连拱隧道中的作用性探讨，地下空间与工程学报，2009年12月增刊2。