地铁隧道围岩支护技术研究

摘要：本文通过阐述岩石力学基本原理，将其与工程实际相结合提出了以利用与提高围岩强度、利用注浆技术提高围岩承载能力、架设支架以阻止围岩继续破坏的三个地铁隧道围岩支护技术。从而为安全、经济、有效、环保的解决隧道围岩的稳定性问题提出参考。

关键词：利用与提高围岩强度、注浆技术、钢结构支架

随着地铁隧道建设大规模的展开,建设中面临的围岩支护问题日趋凸现。要解决围岩支护问题首先就要收集地铁隧道建设相关的工程地质资料,主要包括地下水、地应力、岩块强度、岩石的裂隙度、节理间距、节理粗糙度等等因素。再利用近几年来得到专家广泛认同的CSIR岩石分类方法将隧道施工的岩体进行分类，以确定围岩支护方案。近几年来，经过不断的探索与实践总结。地铁隧道围岩支护技术主要分以下三种：（1）利用与提高围岩强度（2）利用注浆技术提高围岩承载能力（3）架设支架以阻止围岩继续破坏。实践表明运用以上3个方面的围岩支护技术可以确保地铁隧道围岩的稳定性。

利用与提高围岩强度

合理的利用围岩的强度就要遵循岩石力学的基本原理，要以维护和加固围岩为隧道施工的基本出发点，充分的利用围岩的自承能力。因为围岩既是产生支护荷载的主体，又是承受岩层荷载的结构。如果将支护与围岩作为一个整体并能使其相互作用，共同承担围岩压力。就能安全、经济、有效的达到隧道围岩稳定的效果。从而摒弃了过去几年施工中岩体做为对支护结构的荷载，采用后衬砌的传统做法。围岩压应力是产生围岩破坏的一个重要因素。根据研究围岩压应力是变形压力与松动压力的组合。这两种压力大部分由围岩自己承担，只有少部分转移到了支护结构上。所以支护荷载既取决于围岩的性质又取决于支护结构的刚度和支护时间，研究发现围岩的松动区和围岩内二次应力状态与支护结构性质和时间有关。围岩支护与支护工作曲线[1]关系如图1所示。

其中，a为围岩支护特性曲线；b为支护工作曲线。

其具体施工方法是（1）在隧道掘进过程中，及时的喷射一层薄混凝土用来封闭围岩裂隙并且可以形成初期支撑抗力来控制围岩变形。由于极薄的混凝土喷层柔性较大，所以避免了喷层受到过大的荷载（2）按照隧道的实际隧道跨度、岩石性质以及使用锚杆部位来确定锚杆的系统布置参数。一般情况下，系统布置锚杆参数可按下式计算[2]：；；其中L为锚杆长度、S为锚杆间距、d为锚杆直径、B为隧道跨度（米）、N为围岩的稳定性影响系数，（根据CSIR岩石分类方法将岩石分类）。其中Ⅱ类围岩N=0.9；Ⅲ类围岩N=1.0；Ⅳ类围岩N=1.1；Ⅴ类围岩N=1.2。；。铺设锚杆，在围岩内形成承载拱；由喷射锚杆及岩石承载拱构成隧道的外拱，从而起到临时支护的作用，与此同时又是隧道永久支护的一部分；（3）在安装锚杆的同时，在围岩与支护中埋设应变探头成为测点，进行现场测量围岩应力分布情况，并且依据反馈的信息做出相应的调整。主要是要满足支护抗力与围岩相适应程度；（4）在确定围岩已经达到稳定的情况下，进行永久支护或者补喷、浇筑混凝土。形成一个具有一定支护效果的内拱。是整个支护承载能力达到提升；（5）如果在松软岩层中开挖地铁隧道的情况下，要注意隧道断面的形状选择[3]，最合理的断面形状应确保拱的轴线与隧道围岩压力曲线达到吻合或者接近。所以断面为抛物线形拱是较合理的选择。如果隧道围岩支护不够的情况下，就要构筑底拱以形成闭合的支护达到围岩相对稳定。在实施支护以后定时监测，达到安全可靠的进行围岩支护效果。

利用注浆技术提高围岩承载能力

在隧道施工过程中，如果围岩为软岩或者有渗透水现象发生。就会对隧道的围岩稳定性造成很大的危害。所以在隧道支护过程中利用注浆技术的防渗加固作用，来提高围岩自身的承载能力。注浆技术配合喷锚联合支护从而可以起到提高围岩的抗冻能力及稳定性的效果。在一般情况下，隧道注浆多采用水泥注浆来实现，在防渗透水的过程中要求浆液回填全面、饱满，所以控制注浆压力和注浆时间是十分重要的。注浆过程中首先要对围岩的可注性进行预判[4]，符合以下公式：；G为注入比、B15为砂层的筛分上筛余率为15%的颗粒粒径、D85为粉体材料的筛分上筛余率为85%的颗粒粒径，此系数通常以注浆材料的85%粒径代替。在预判可注性后，确定注浆的方法。对于地质勘探检测结果为施工段有极大可能出现涌水现象的情况，通常使用全断面超前预注浆的技术；对于裂隙水较多的施工段，要采用开挖后全断面径向注浆技术；对于围岩发育较好，裂隙率较低的情况，多采用局部注浆技术；在出现返浆现象严重的情况下，可采用前进式分段注浆技术。在注浆过程中，注浆的孔间距及孔网参数对注浆效果有很大影响。在注浆孔为多排孔的情况下，布孔方式一般采用梅花形布孔，这样可以取得较好的注浆加固体厚度，与此同时可以减少注浆盲区。对于注浆孔终孔行距a和排距b公式如下：；其中R为注浆浆液的扩散半径。工程中注浆压力可以由测量地下水压力得出如下式所示：。注浆量的计算则与注浆速度有关，如果欲达到良好的注浆效果，就要遵循“低压力，慢注浆”的原则。所以合理的调整注浆的速度是影响主浆效果的又一大因素。其公式如下：；其中Q为注浆量、R为注浆浆液扩散半径、L为填充注浆段长度、为浆液的填充率、为注浆浆液损失率。在注浆的同时要设置混凝土止浆墙并在注浆后进行效果评估。

架设支架以阻止围岩继续破坏

如果在以上围岩支护手段都使用但围岩稳定性不佳的情况下，就需要架设支架以阻止围岩的继续破坏。支架由材料不同可以分木料支架、钢筋混凝土支架、金属支架等。支架是按照隧道断面形状大小为模具进行制作的。由于施工手段比较复杂，采用人力物力比较大。所以在大多情况下不建议使用这种支护手段。

[1] 林勇.王成.新奥法施工中关于支护与围岩自承的探讨[J].工程力学.2010，

2(A02):652-656

[2] 邓仁清.高压富水隧道注浆堵水施工技术及应用.地下空间与工程学报，

2009，(02).