探析复杂结构下隧道支护结构的稳定性

摘要:本文旨在浅谈在复杂结构下隧道支护结构稳定性，为攻破隧道工程施工中一项难点做敲门砖。

关键词:隧道；支护结构；稳定性

Abstract: this paper aims to discuss in the complex structure tunnel supporting structure stability, for storm tunnel project construction difficulties do a passport.

Keywords: tunnel; Supporting structure; stability

中图分类号： U455文献标识码：A文章编号：

隧道支护结构的稳定性和安全性是隧道工程中一项非常复杂且重要的问题，由于各种复杂地质条件的影响，和资金、技术、时间等限制条件，对其定量计算的数据获取异常有限，从而使隧道支护结构的施工与施工方法都不能准确的预测，这对隧道工程造成了一个巨大的隐患。目前，我们还没有找到一种能够客观科学的计算模式来描述在复杂情况下隧道支护结构的稳定性。

1 隧道支护结构主要测量方法

目前我国在隧道工程的施工和设计工作当中，主要是以现场监控的方法，然后在用反分析法来演算岩体的参数和原岩应力，最后用正分析方法来对支护机构的安全性做出提前预测，并对隧道结构最终是否稳定做出超前预测。隧道的地下工程涉及到的有，地理地质环境因素、工程施工因素、施工过程控制水平因素、还有工程能力因素等。主要由岩石这种特殊的材料组成的隧道工程由于其结构材料的复杂性导致了支护结构的研究至今也只能停留在简单的技术理论阶段和孤立的固体力学数值分析领域。但是仅仅只是理论研究和大量的工程实践经验都明面，想要解决支护结构在复杂结构下隧道下的设计与施工问题，单纯应用力学、数学理论是行不通的，必须要从隧道的实际情况出发，以系统理论为指导，依靠原型或缩小模型的观察资料与反馈走理论与实际相结合的道路。

2 支护结构稳定性探究

2.1 支护结构稳定性的意义

隧道工程主要指围岩和支护结构的综合体。把人工支护结构与其周围自然形成的围岩看做一个整体的“支护系统”。而稳定性则是指工程中结构和构建设施保持稳定状态的能力大小。由于隧道的初期组成结构复杂，又要经历毛洞、初次支护、二次衬砌等施工阶段，所以没有单一明确的含义，包括内容较为广泛。对于支护系统的稳定状态要同时考虑到四周围岩的稳定，其中包括了涌水、隧道变形、坍塌和各种障碍物等问题。所以在此毛洞阶段主要是以工程方向四周围岩本身作为主要支护结构。在经过人为施工后，支护系统的稳定状态要求是一致的。

2.2在复杂结构下隧道支护结构稳定性的分析必要性

在施工初期，作为支护结构必须要具有一定的刚度来保证施工过程中的安全性和为正常工作提供空间。因此在初期，支护结构的稳定性就是施工人员必须注重的问题:隧道四周围岩的位移速率递减要趋近于零来保证其不会侵入规定净空;支护结构不能出现漏洞或者裂缝或者出现影响其正常承载能力的破损，否则极其容易造成坍塌等危险事故。支护结构的稳定性作为岩体力学研究的重要组成内容，其研究过程经历了由经验到理论最后到数值的变化过程,支护结构的稳定性是隧道工程中工程设计和施工中的一个重要环节，直接影响到工程安全性和经济实用型。

3 隧道支护稳定性的国内外研究现状

现行的隧道支护结构稳定性评价一般分为定性和定量两种。定性评价是一种粗略的评价方法，主要适用于小规模危险性较小的浅埋型隧道，不过这种评价方式也经常和定量评价方法结合使用。定量评价是在岩体力学的理论知识基础上，进行分解分析法、图解分析法、数值分析法来进行支护稳定性的评价方式，是隧道工程中作为支护稳定性最常用的评价方式。

3.1 解析分析法

解析分析法主要通过简单的数学建模，进行数学力学的计算支护结构中围岩的分布状态来对支护结构的稳定性进行分析评价。

3.2 图解分析法

图解分析法主要是依靠作图来分析各个结构面之间的空间组合练习，确定在不同施工部位可能形成的块体和其对于支护稳定性的影响，进而分析出支护稳定性。常用的图解分析法有赤平极射投影法、实体比例投影法、地质几何法(关键块体法)等。

3.3 数值分析法

其实在多数隧道工程中都只能使用树脂分析法来求解，评价分析支护结构的稳定性。数值分析法主要是通过对地质原型建模的抽象计算并借助有限元等分析法计算不同土质情况下荷载的应力状态来求解隧道支护结构稳定性的问题。

4 隧道结构稳定性在国内外研究现状

从上个世纪中期，世界各国就已经开始了对隧道结构稳定性的大量研究。早期，温克尔的局部变性理论在关于隧道结构稳定性研究的分析上得到了广泛的应用，在后来，衬砌和围岩等连续介质也得到了长足发展。20 世纪60 年代开始随着计算技术的不断进步地下结构分析进入了以有限元法为代表的数值分析时期。当然，我国隧道工程中关于隧道稳定性的研究也从粗略计算逐渐转变为精细计算。

(1)我国最早期的图解法并未将底层弹性约束计算在内，即使在二十世纪50年代之前，我国铁路隧道衬砌设计都只会进行较少的内力计算，就算有个别情况需要计算，也都只是使用图解法。

(2)20 世纪50 年代学习前苏联,比较流行的是局部变形与共同变形两种弹性抗力理论，而后者在理论上更为合理,但是由于种种原因，并未在我国广泛应用。

5 结束语

当前最需要解决的问题，就是如何进一步的提高复杂条件下隧道支护结构的稳定性和施工质量。解决这一问题的关键，在于对复杂条件隧道工程的进一步研究，获得在不同条件下，隧道支护结构稳定的数据，并研究其在这些复杂情况下的力学数值分析，通过数字建模，提供更多更准确的数据，从而使隧道工程的安全性和经济实用型得到长足进步。

参考文献

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[2] 刘勇.曾家垭隧道围岩松弛圈的判定研究[J].路基工程,2007,12(04):323-324.