隧道施工中的软岩支护.docx

隧道施工中的软岩支护【摘要】本文探讨了现有的支护技术及理论同时指出目前软岩支护工程中存在的不足。总结出建立适应的软岩支护理论的途径分析了目前软岩支护中的基础性的问题（比如：流变膨胀）。【关键词】软岩；支护理论；流变；膨胀1、引言软岩工程是矿山、交通、水利和建筑等行业施工建设中经常碰到的技术难题。近年来在我国的水工、道路及矿山建设中大量工程实践提供了众多成功经验和失败教训成为软岩技术发展的推动力。软岩工程开挖后支护系统除承受松脱岩石自重外主要承受随时间增长的变形压力围岩变形与支架压力不仅取决于原岩应力、岩体性质而且取决于支架刚度和架设时间等因素并且随时间增长而改变。2、有的软岩支护技术和理论2.1软岩支护技术由于软岩的物理力学特性软岩工程必须实行人工支护才能保证其稳定性。软岩工程的技术关键就是控制围岩的稳定。目前用于软岩工程的支护技术有多种多样主要有如下一些支护类型：（1）砌体支护砌体支护约占我国地下开采巷道支护中的20%主要材料是料石、砖和混凝土等这是一种传统的支护形式应用比较广泛。但是这是一种刚性材料。为了适应软岩巷道变形大的特点人们在实践中创造了干砌料石木板圆碹、离壁碹、重缝碹、条带碹和高强弧板等支护形式收到了较好的效果。（2）支架支护目前的软岩巷道尤其是承受动压的采准巷道使用U型钢、槽钢和工字钢制作的可缩支架较多其断面形状也向多样化发展如圆形、椭圆形、梯形、方环形、马蹄形及非对称形等。支架间还安设了拉杆和背板以增加其整体稳定性。有的巷道还进行了壁后充填。（3）锚喷支护锚喷支护由于能及时支护巷道喷层与围岩密贴适应性强使用灵活可有不同的组合因而越来越多的用于软岩工程。锚杆按材料可分为金属锚杆、木锚杆、竹锚杆、钢丝绳锚杆和有机玻璃锚杆等。2.2软岩支护理论目前国内外软岩支护理论有两大类一类是用定性的原则表述的支护理论；另一类是用定量的力学模型研究的支护理论。（1）定性的支护理论目前定性的地压理论主要有新奥法及松动圈支护理论。新奥法（NATM）是奥地利学者Rabcewice（1964～l965）在总结前人经验后提出的一套隧道设计与施工原则米勒（1980）[1]将其总结为22条。至今为止新奥法仍是国际上在地下工程设计与施工中占主导地的权威理论。新奥法摒弃隧道力学中的以普压理论为代表的松动地压理论将岩体视为承载体这种认识的重大转变给支护带来一场革命。董方庭等（1996）[2]根据围绕开挖空间所产生的松动圈以及松动圈在支护中的作用和地位提出了软松动圈支护理论并建立了松动圈大小与支护力大小的经验关系对解决软岩支护问题起到积极的作用但由于松动圈是围岩变形与破坏的最终产物仅从这一最后形式分析问题不仅难以考虑软岩中出现的各种较为复杂的情况和影响因素也难以建立较为系统的又有较为严密理论基础的软岩支护理论。（2）定量的支护理论研究的历史实质上是围岩力学模型的研究历史。50年代以前围岩的力学模型经历了刚性、弹性和弹塑性发展阶段。代表性的支护理论有：①支护结构与围岩共同作用原理在软岩体中掘进一条巷道破坏了原岩应力的平衡状态巷道能否保持平衡取决于围岩的物理力学性质和原岩应力的大小。对于坚硬的围岩巷道周围的集中应力小于其强度极限巷道不用支护也能保持稳定。对于软弱的围岩巷道要保持稳定必须依靠各种形式的支护。②应力平衡原理软岩巷道之所以变形量大、难于维护就是因为在弹塑性边界上应力不平衡所致。塑性区的形式是一个由外到里的渐变过程提高支架阻力增加围岩的值C、θ值可使巷道围岩的应力尽早取得平衡。由于存在以下的两个主要问题使得定量的支护理论难以变成实用的可操作的支护理论：考虑了各种因素的本构关系过于复杂涉及的各种参数甚多计算本身就已变得非常复杂和困难而要确定支护力的大小尚需要强度理论或稳定准则复杂条件下的强度理论或稳定准则目前研究尚很不充分所以难以将力学模型用于支护力的大小设计。3、适用于围岩的支护理论3.1围岩变形机理的研究过去人们对岩石（块）的变形机理研究较多而对围岩的变形机理研究不够深入只是过多地集中在围岩表面收敛的研究方面。仅以围岩流变过程而言若开挖形成的围岩处于粘弹性则围岩通过流变要经历从弹性-塑性-破坏-失稳等一系列过程在这一过程中围岩内部的应力场、位移场及强度都将会发生复杂的变形不了解这一过程就无法确定合理的支护时间：再如围岩的膨胀过程一定是强度不断变化的与流变耦合的一个过程而且围岩内部有水、围岩周边供水和围岩里外都无水等各种情况下的变形过程将有很大的差异。初步得到以下结论：