隧道破碎段钢拱架单榀受力分析及预防措施

邱中原，张金锁

（中交一航局第四工程有限公司第十五项目部，天津 300000）

隧道破碎段钢拱架单榀受力分析及预防措施

邱中原，张金锁

（中交一航局第四工程有限公司第十五项目部，天津 300000）

通过分析造成拱架单榀受力产生的原因，从多角度阐述了解决单榀受力的措施，为安全地施做软弱围岩隧道的初期支护提供一定的借鉴。

隧道；上台阶；单榀

1 造成单榀受力的原因分析

（1）地质原因

造成隧道内拱架单榀受力的最重要的自然因素就是地质原因。

拱架单榀受力，往往表现为应力集中，在破碎围岩，尤其以裂隙发育的围岩和含有中夹土的围岩最为严重，这类围岩中容易出现完整的巨型石块，由于开挖而慢慢脱离原有的岩层，由于石块不规则，往往是使其一点接触到钢拱架上，造成钢拱架的应力集中。

（2）上台阶超前支护与初期支护原因

破碎围岩初期支护的过早，地应力未有效释放以及初期支护过晚围岩自稳性丧失，也会造成拱架的单榀受力。本质原因是未能有效利用围岩的自稳性。

①破碎岩层一般设有超前支护，超前支护的形式以超前小导管支护和超前药卷锚杆支护为主。

超前支护的一侧在钢拱架上，另一侧在未开挖的岩层里，这样就形成了一个简支梁体系，在开挖时可以保证围岩的稳定性。确保不超前挖，保证超前支护的有效范围，是保证以后围岩不出现单榀受力的主要措施。

②过早的进行超前支护，在围岩的应力没有有效的释放之前即进行钢拱架的安装，会造成过剩的围岩应力施加到钢拱架上，极其容易在下台阶开挖时导致上台阶钢拱架的再次释放，引起拱架的变形以及脱落。

③过晚的进行初期支护，尤其是出现大面积的松动、掉块后才进行的初期支护，就会容易出现钢拱架直接覆盖岩层的危险状况，尤其在上下台阶法开挖中，钢拱架在下台阶未施做前，拱脚和锁脚维持，但是在下台阶开挖未成环前，拱脚存在悬空时间段，及时加设垫脚但实际情况是垫脚是一般不受力，容易出现钢拱架单榀受力脱落。

④连接筋设置不合理，出现点焊和不焊接的情况或者连接筋只是间隔拱架间距，使得拱架无法联合受力造成钢拱架单榀受力。

⑤系统锚杆焊接到了钢拱架上会增加钢拱架单榀受力的几率，在围岩自稳能力尚可的情况下，起拱线以上围岩由于围岩沉降会带动系统锚杆位移，属于正常情况，但是如果将系统锚杆焊接到钢拱架上，形变带动系统锚杆位移，会造成钢拱架上出现焊接点受集中压应力的危险情况，而造成正常的围岩应力释放导致钢拱架受集中应力造成拱架的变形和脱落。

⑥拱架安装的垂直度问题，拱架安装如果不垂直，在偏角过大的情况下容易出现钢拱架受力沿隧道开挖方向垮落。

⑦不按设计要求施做锁脚锚杆或者根本忽略不做锁脚，凭借经验施工，未施做锁脚的会大大的增加拱架在已经单榀受力的情况下拱架脱落的概率。

⑧开挖后不能及时的进行初喷，造成围岩暴露时间过长，围岩持续的风化，会严重的破坏围岩的整体性，裂隙再次发育。

（3）开挖原因

①围岩软弱时，过量装药会造成已经初期支护的围岩段的强烈扰动，造成围岩的二次破坏。

②小径距隧道在开挖时要考虑到临近隧道施工对已有初期支护的影响，必须有30～50 m的安全距离，保证临近隧道不因为放炮而造成围岩的二次破坏。

③未能有效的辨识已经松动的围岩，在开挖排险时未能及时的消除此类岩石，会增加拱架单榀受力的概率。

2 解决隧道拱架单榀受力的措施

（1）加强初期支护的验收，保证拱架连接筋设置合理，，超前支护到位，并且在有效范围内。钢筋网片焊接要合格，保证网片在出现围岩小范围塌落时可以起到应力分散的作用。检查系统锚杆确保系统锚杆与拱架无焊接。

（2）拱架安装时确保按照设计参数进行支护，不得随意调整拱架间距，并要确保拱架的垂直度。

（3）掌握好初期支护的时间，给围岩相应的应力释放的时间。

（4）做好开挖准备工作，不能一味的只考虑掌子面的开挖，而不顾及已经成型的初期支护，尤其是下台阶开挖。小径距隧道要更加注意，临近隧道开挖爆破时对下台阶初期支护的影响。

（5）重视超前地质预报的工作，注意围岩的变化情况，上台阶支护结束后对围岩较差段要标记重视。

（6）要加强监控量测尤其是在下台阶开挖时。

（7）重视安全教育，落实安全防护，如：逃生管道等要落实到实际，经常性的对工人进行安全教育，落实安全自救措施和提高安全防范意识。

3 总 结

隧道内由于地质条件和拱架安装和临近开挖造成的上台阶单榀受力，会造成在下台阶开挖时拱脚悬空时的拱架脱落和变形，是一种隐蔽的危险源，积极正确的认识拱架单榀受力，了解造成单榀受力的原因，从根源上减少单榀受力的几率，为隧道的安全有序施工提供保证。

［1］ 公路工程质量检验评定标准（JTGF80/1-2004）［S］.

［2］ 公路隧道施工技术规范（JTG F60-2009）［S］.

［3］ 公路工程地质勘察规范（JTG C20-2011）［S］.

U458

C

1008-3383（2016）09-0147-01

2016-05-23

邱中原（1983-），男，天津宁河人，项目部副经理。