软弱围岩隧道台阶法施工中拱脚稳定性和其控制技术

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1、软弱围岩隧道台阶法施工中拱脚稳定性和其控制技术　　摘要：软弱围岩隧道台阶法，是近年来新兴的一种施工技术方法。在采用这种方法进行隧道部位的施工时，施工人员要关注围岩层内较为薄弱的位置，采取控制措施维持拱脚的稳定状态，进而确保隧道建设工程的施工质量。关键词：软弱围岩隧道台阶法；拱脚稳定性；控制技术中图分类号：TL62+9文献标识码：A文章编号：一、引言7软弱围岩，指的是硬度较低、岩石内部孔洞的缝隙多、粘结程度不牢固，且受到来自构造表面风化作用影响强烈的松散地下岩层。对于隧道建设工程来说，在特定的地质水平和埋藏条件下，软弱围岩所在的区域容易发生

2、比较剧烈的变形现象。从我国目前相关领域的技术水准和施工现场情况来看，对于此类隧道，如铁路、高速公路、地铁等的地下隧道，常见的施工措施包括全部断面方式、台阶方式以及分部分施工方式等，其中台阶方式是最常用的一种。从多年的施工实践经验中可以得出，采用台阶法对部分隧道项目进行施工，可能出现上下两级台阶衔接部位变形的现象，也就是我们所说的拱脚处变形。拱脚部位在整个工程项目中起着维护地基稳定和确保整个隧道稳定的作用，因此，我们必须改进拱脚稳定性的控制技术，确保围岩安全。二、软弱围岩隧道拱脚变形特征分析（一）分析模型我们考察了某铁路路段隧道的施工过程，

3、采用专用的技术软件设备对相关数值进行了分析，得出了软弱围岩隧道形状改变的特殊规律。在具体的分析过程中，我们分别假设了三个相邻的围岩等级，按照我国目前的铁路内部隧道相关施工规则选择了围岩的物理指标数据。在隧道的横截面上，支架结构参数按照特定的铁路运输速度来决定，分别考虑到了单线和双线两种横断面类型。具体的横截面尺寸和相关参数如下图：在计算过程中，埋藏的深度值为300米。采用单线和双线台阶法施工时，上部台阶横截面的扁平程度为0.45。初始状态下的应力被设定为台阶自身的重力应力，在模型的顶部，施加均匀的某种压力，以便模拟模型范围之外的覆盖围岩自

4、身重力应力。除了模型的顶部采用自由的界限之外，其余各个侧面都采用已经被固定的界线。（二）研究数据7我们对模型所反应的相关数据进行了认真分析。结果表明：在对软弱围岩的铁路内部隧道进行开挖的过程中，隧道附近的路基变形程度随着上部台阶长度的增大和增加，但是在围岩自身状况不同时，变形的幅度也就不同。通常情况下，软弱围岩的各项指标越低，变形幅度的增加越迅速。从拱脚下陷的状况来看，单线和双线的隧道前两级围岩下陷得都很明显，同时随着上部台阶的增长，拱脚的下陷幅度越来越接近拱顶部位。综合研究数据之后，可以得出这样的结果：在前两级的台阶内部，拱脚的下沉水平

5、和收缩水平都很高。在实际的施工活动中，严格控制拱脚形状改变，是对软弱围岩采取技术控制手段的关键所在。根据我们的计算结果，第三级别的围岩可以用较长的台阶构建，这样做能够方便机械化的施工作业过程；而其他级别的围岩则适合采用较短的台阶方式进行施工。三、台阶法施工中拱脚沉降机制（一）断面下陷从施工结果数据中可以看出，对于前两级隧道而言，采用台阶法进行设计，会导致上下两个掌子面被挤压而改变形状。如果忽略围岩的作用力，那么在显著的挤压作用下，开挖断面前部的核心土层必然会整个下沉。而软弱围岩构成的隧道上部台阶通常较短，所以，掌子面受到挤压而变形对于上部

6、分断层下陷的作用力是不能被忽略的。（二）承载强度7在施工人员完成上半部分断面的支撑之后，在围岩的作用力影响下，支撑结构将会向下移动。同时，随着挖掘活动的继续进行，支撑结构受到围岩的挤压作用越来越明显。由于支撑结构对于拱脚的作用力面积不大，因此，当上部台阶拱脚部位的地基不能承受压力的时候，拱脚就会明显下陷。（三）后续影响施工人员在挖掘下部分的台阶时，上部分的台阶支撑构件会出现短暂的悬空状态。这种情况下，拱脚就会随着拱形部位同时下陷，直到下部台阶的挖掘工作完成为止。对于台阶测量的相关数值显示：由于台阶挖掘所导致的拱脚下陷现象很常见，施工人员要

7、予以充分重视。四、上台阶开挖围岩稳定极限状态分析保证软弱围岩层的结构稳定，是控制隧道整体质量的关键所在。给围岩添加支撑结构，目的是控制围岩的形状，防止围岩发生扭曲和变形。对于埋藏较深的隧道来说，这种控制措施会收到更加明显的效果。在进行隧道施工时，对于围岩稳固程度的判断方式，可以借鉴塑性变化的相关原理。但是，在判断埋藏较深的隧道围岩稳定程度时，我们不需要折减与强度有关的指标。可以将围岩产生塑性变化时的状态设置为极限，而发生这种突变的地带就是岩层中的不稳定地带。从洞口附近岩石可塑性的变化上，也能够判断出软弱围岩失去稳定性的过程。五、软弱围岩隧

8、道拱脚稳定技术分析（一）稳定程度控制7从目前的施工设备条件和技术条件出发，我们可以选择锁脚锚技术、补充灌注岩浆技术、扩大支架范围技术以及添加临时支撑技术等。从隧道施工的发展趋势来看，锁脚锚技术