公路隧道围岩稳定性分析和衬砌技术现状综述

公路隧道围岩稳定性分析和衬砌技术现状综述摘要：本文对影响隧道围岩稳定性的各类因素进行了分析，并对衬砌技术、衬砌防排水技术进行简要的说明，指出其中存在的问题并提出相应的解决思路，以期对公路隧道围岩稳定性的研究及实际工程施工有所帮助。关键词：公路；隧道；围岩稳定性；衬砌技术中图分类号：U459.2文献标识码：A文章编号：随着隧道建设的不断深入，超长深埋的隧道不断的在建设当中，这其中遇到的问题也越来越多。由于这些隧道地质条件的复杂性，在施工中往往伴随着岩爆、涌水等地质灾害，而设计往往不能满足施工的实际需要，需要不断的根据现场情况对设计进行微调。而隧道工程的围岩稳定性对隧道的正常施工发挥着重要的作用，因此对影响隧道围岩稳定性的因素分析就显得尤为重要了，根据工程实践，可将影响因素归为三类：一是地质因素，主要指的是原岩应力状态、岩石的组成及构造以及风化情况等；二是工程因素，主要指工程的规模，隧道的类型及大小形状等；三是施工因素，主要指的是施工的手段及工艺，还有就是对围岩的支护方式等。通过对这些因素的分析，才能更加客观的了解影响其稳定性的原因，进而找到合适的解决方式。同时衬砌技术进行了简要的介绍，因其是隧道施工中重要的施工工序，衬砌的质量直接对隧道的施工进度、质量及成本产生重要的影响，因此对衬砌技术及相应的衬砌防排水技术进行了说明，以阐述衬砌技术的发展情况。一、公路隧道稳定性分析方法对公路隧道围岩稳定性的分析主要包括对隧道的整体及局面两个方面进行分析，其主要方法主要有以下几种方法。1、工程地质类比法在对拟建的隧道围岩稳定性进行分析时，可参考已建工程，对其地质条件，岩体类型及相关的监测资料进行对比分析，从而对拟建的工程稳定性进行判断。目前这种方法较为成熟，已形成多种围岩分类标准，可以根据不同的围岩形式确定出支护衬砌的厚度和形式。2、力学分析法自从人们对围岩稳定性的研究开始，对其的力学研究一直处于不断进步的过程，主要经历了从古典压力理论、散体压力理论以及发展到现在更为先进的弹性、塑性力学理论。隧道开挖之后，因改变了岩体之间原有的受力状态，使得围岩内部受力重新分布，并有可能出现应力集中的不利状态，因此需对其受力状态进行受力分析，如果围岩所受的应力均小于岩体的弹性极限强度，则围岩稳定，处于弹性状态，而当围岩部分受力超出其受力状态时，使得处于弹塑性状态，会因围岩受力不均匀而使得围岩发生部分坍塌，因此需对围岩进行弹塑性进行分析1。3、数值计算方法岩体是一种非均质、非线性的复杂多变的地质构造物，并且具有复杂的边界条件，使得其力学分析复杂，而一般的解析法不能适应如此复杂的数学力学问题，而数值方法可以有效的模拟复杂的力学和结构特征，能够有效的解决围岩施工中遇到的工程问题。4、现场原位测试现场原位测试有着其他方法无法可比拟的优点，能够为理论研究提供数据支持，并可以对实际工程进行实际指导。现场原位试验包括的内容主要有以下几个方面：对围岩周边位移拱顶下沉量进行测试，对围岩的深部位移进行量测，同时对围岩的支护状态机地质状态进行观察。二、影响隧道围岩稳定性的因素1、原岩应力状态原岩应力是指岩层未被开发之前的受力状态，而原岩的初始应力状态对开挖后的围岩稳定性有着重要的影响。原岩中的主应力方向及大小不同，则对开挖后的隧道的作用力也就不相同。围岩受力方向的不同，围岩破坏的概率也就不相同。2、岩体性质及岩体结构类型围岩的稳定性最根本的还是由围岩的性质及结构决定的。围岩可分为两类，脆性围岩和塑性围岩，脆性围岩质体坚硬，具有很高的强度，其稳定性主要由岩体的结构来决定；塑性围岩结构质体较软，一般风化较为严重，其力学强度较低，因此对隧道围岩的稳定性产生不良的影响。而根据岩体结构的不同，可以分为散体、碎裂、层状、整体块状结构。散体结构因强度较低，因此不利于围岩的稳定；脆性的厚层状和块状岩体的稳定性取决于其中含有的软弱层的结构面及含有的物质决定的。3、地质构造岩体的完整性因地质构造运动而发生破坏，使其的强度降低，而岩体经历的地质运动次数越多，则其的稳定性就越差。在隧道选址时，要尽量避免隧道穿越地质构造层，当无法避免时，尽量将其设置在坚硬岩层上。地质构造一般形成褶皱或是断层带，而褶皱的疏密程度、轴向、形式以及与隧道轴线的交角不同，对围岩稳定性的影响也就不同。如果穿越断层，如果隧道穿越断层的距离越长，则对围岩的稳定影响也就越大，其稳定性较差。4、地下水水对地下隧道的影响很大，很多的坍方、围岩失稳事故都是由于水引起的。引起地下水对围岩稳定性的影响不可小觑，同时地下水对不同的围岩类型的影响也是不相同的，其主要表现在以下一些类型：水可以软化岩体，使其强度降低，尤其是对软岩影响更加明显。岩体中的水会冲走一部分夹层物质，会掏空夹层从而使得层间摩阻力减少，促使岩体活动，使其失去稳定性。岩体中如果有膨胀性物质，则遇水膨胀，会使得岩体内部发生潜蚀等病害。三、围岩稳定性的控制1、现场监测随着信息化的不断发展，在隧道建设中也逐渐被广泛使用，通过在现场对隧道岩体的受力状态及变形状态进行测量，以便充分分析之后，根据情况确定最终的开挖顺序以及施工方法及支护手段，以便有效对围岩的稳定性进行控制。通过对围岩稳定性进行监测，可提前进行预警，能够保证施工安全。2、锚杆支撑维持围岩稳定性在隧道施工时，围岩的稳定及加固主要是靠各类锚杆来实现的。由于围岩的稳定性一直处于不断的变化中，而采用固定的加固支护措施不能及时跟上围岩的变化步伐，因此需结合现代先进监测手段，对围岩的稳定性做出提前预估，在其失稳之前对其进行加固，从而做到防范于未然。四、公路隧道衬砌技术的发展衬砌是保证隧道围岩稳定性的一项重要的工序，直接影响着隧道的施工质量及其进度和运行成本。下面对衬砌技术的发展做一个简要的介绍。模筑衬砌的重要组成部分是衬砌拱架。其型式对衬砌的质量、进度、成本都有着重要的影响，其发展过程经历了一个从简单到复杂的过程，主要包括三个阶段：组装式拱架。该种类型的拱架使用与20世纪八十年代，其主要由模板、立腿、垫盘、拱圈等部分组成。该种类型的拱架每衬砌一个循环，就需要进行拆卸和重组，费时又费力，而且工艺较为落后，施工时问题较多，跑浆严重，混凝土外观美观程度较差，而其优点是造价较低、质量轻易加工，适用于短浅隧道。衬砌台车。由于现代隧道对进度要求越来越高，传统的拱架已无法满足施工需要，因此衬砌台车应运而生，由于其能够平移而无需拆卸，同时能够减少重装时的组装误差，因此可有效提高施工进度，但是衬砌表面的美观性仍然较差，但是其造价较高。大模板衬砌台车。由于现代社会对衬砌表面的外观提出了更高的要求，因此人们根据需要发明了模板衬砌台车，它的优点是能够解决此前两种拱架无法解决的跑浆问题，同时能够显著提高衬砌表面的美观程度，同时其施工进度快速，工作效率大为提高，但是其造价很高，一般适用于大型超长隧道的使用。由于现在掘进机技术的发展，衬砌拱架可能有被淘汰的可能，但是对于一些特殊类型的隧道施工还是发挥着无