兰渝铁路木寨岭隧道分层支护受力分析研究

摘要：木寨岭铁路隧道围岩特征表现为软岩大变形、支护破坏，从释放围岩形变能的理念出发，提出了分层支护技术被并应用于实践，初期支护分两层甚至多层施做。双层支护在软岩大变形隧道中应用最终成功与否，后续的隧道变形监测至关重要。因此本文测试了隧道围岩支护材料与围岩岩体的受力规律。监测结果表明，采用分层支护技术二衬施作完成后，初支结构受力已趋于稳定，二衬结构受力很小，整体发展缓慢，结构较为安全可靠。 关键词：分层支护；结构受力；安全可靠

1引言

自20世纪初首例严重的交通隧道软弱围岩大变形发生以来，国内外隧道工程发生的围岩大变形灾害事例屡见不鲜，它一直是困扰地下工程界的一重大难题。木寨岭隧道是兰渝铁路的重点控制工程，对于软岩大变形隧道应改变传统的“强支硬顶”治理思维模式。于是，从释放围岩形变能的理念出发，分层支护技术被提出并逐步应用于实践[1-3]。

所谓分层支护，主要针对初期支护而言，即初期支护分两层甚至多层施做，一般来讲，第一层采用刚度较小的支护措施，以释放部分围岩压力，待围岩压力及形变能释放到一定程度后，再施做二层支护，以保持围岩-结构稳定。并由此开展了关于作用机理及施工工艺等方面的相关研究，取得了宝贵的技术经验[4-5]。 为达释放围岩变形的目的，第一层支护参数较弱，起到了释放围岩变形能的作用，而此时，第二层支护时机的选择尤为重要。为防止初层支护破坏及塌方的产生，第一层初支厚度加大，多数时候接近或超过《规范》建议的上限值，实际已处于强支护状态。在上述支护状态下，围岩-初期支护结构体系变形量受到约束，实际很难达到预设的预留变形量、释放围岩压力的目的。第二层支护施做需要把握时机，选择不当易引发工程事故。影响双层初期支护施设效果的另一个关键性因素是第二层支护的施设时机问题，若施设过早，则不能有效释放围岩应力，施设过晚，又极易引发大变形加剧，第一层支护破坏，甚至隧道塌方风险。在同样支护条件下，不同级别的围岩对第二层初期支护时间也有不同的要求。

双层支护间的力学作用机理较为复杂。施设第二层支护后，持续围压作用将使得二层支护因抵抗第一层支护的变形而受到挤压，同时由于双层支护的施做时机不一致，导致两层支护间将存在一定的剪切力，上述受力机理要求第一层支护与围岩之间、两层支护之间要有一定的粘结强度，且层间混凝土要能够抵抗一定的剪力，以防支护结构的剪切破坏。因此，双层支护的受力特点在一定程度上削弱了结构的承载功能。总体而言，双层支护在软岩大变形隧道中应用最终成功与否，后续的隧道变形监测至关重要。 2监测方案

2.1隧道变形监测

隧道变形监测项目主要有隧道拱顶下沉和水平净空收敛。针对圆形开挖断面采用四层支护方案，对于第一层、第二层和第三层支护，沿隧道轴向每5m布置一个监测断面，二衬每10m布置一个断面，具体如图1所示。 2.2结构受力监测

分别在前期曲墙断面、二衬开裂拆除处理段、曲墙四层支护段、圆形扩挖一

般段以及圆形扩挖加缓冲层段布设结构受力测试断面。根据设计和施组，圆形断面结构受力测点布置如图2所示，其断面里程布置如图2-3所示，监测内容如表1所示。

图2 圆形扩挖段初支及二衬结构受力测点布置示意图 表1 结构受力断面监测内容

3监测成果分析 3.1二衬钢筋应力

二衬钢筋应力统计如图3所示。

图4 二衬钢筋应力

由图4所示，钢筋应力逐渐呈减缓收敛趋势发展，但时间很长，单层初支断面二衬钢筋应力约12~14个月后增长速率有所减缓，双层初支断面二衬钢筋应力4~5个月后增长速率有所减缓，单层初支断面经过多次拆换后，原始地应力虽有释放，但长期向支护结构转移的趋势仍很明显。 3.2二衬混凝土应力

二衬混凝土应力统计如下表所示。

单层初支断面与双层初支断面混凝土应力与钢筋应力测试规律一致，两个断面大部分混凝土应力均已超过C35混凝土设计强度（16.7MPa），最大混凝土应力为45.64MPa，已超过C35混凝土设计强度的173.3%，超过C35混凝土立方体抗压强度标准值的29.6%，目前两个断面二衬混凝土已开裂，说明前期“单层或双层初支+二衬”曲墙结构均不能抵抗高地应力对隧道结构的作用。

图6 二衬混凝土应力曲线

从发展趋势来看，二衬混凝土应力有逐渐收敛趋势，单层初支断面二衬混凝土应力约12~14个月后增长速率有所减缓，双层初支断面二衬混凝土应力4~5个月后增长速率有所减缓，这与二衬钢筋应力发展趋势基本一致。 4.结论

木寨岭隧道采用分层支护技术，二衬重新施作后，通过监测受力分析结果表明，隧道围岩变形收敛稳定，二衬施作完成后，初支结构受力已趋于稳定，二衬结构受力很小，整体发展缓慢，结构较为安全。 参考文献：

[1]夏才初，唐颖，朱合华等. 大断面岩石隧道双层初期支护系统设计方法[CN]. 中华人民共和国国家知识产权局，2011（6）.

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