略論斷面支護效果的分析

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1無支護及單一支護

在上臺階開挖過程中(開挖步0～60)，拱頂變形略大于邊墻，其中工況Ⅱ和工況Ⅲ－1時的主要變形發(fā)生在測點離掌子面－10～10m(開挖步20～40)的開挖過程中，而工況Ⅰ和工況Ⅳ－1發(fā)生在開挖步20～60，即整個上臺階的開挖過程中變形未出現收斂跡象;下臺階開挖時(開挖步60～120)，測點變形相對平緩，僅邊墻變形有所增加，且最終累計變形與拱頂相當。從圖中可看出，無支護和僅采用錨桿支護時(工況Ⅰ和工況Ⅳ－1)，測點變形較大(20～22cm)，且在上下臺階的開挖過程中變形均未出現收斂的跡象，說明僅采用系統(tǒng)錨桿支護對抑制變形的作用并不明顯。采用單一的型鋼拱架或者噴砼支護時，測點最大變形收斂于10～12cm，且噴砼(采用CF30并按28d強度計算)支護效果最好，這兩種支護方式抑制變形的效果明顯強于系統(tǒng)錨桿。

2不同噴砼強度

為了解不同強度噴砼對抑制變形的影響，在工況Ⅲ－1的基礎上，通過改變噴砼參數分別計算了工況Ⅲ－2(采用CF30噴砼3d強度)和工況Ⅲ－3(采用C30噴砼3d強度)。從計算結果可看出這三種工況下測點變形的趨勢基本一致，測點主要變形發(fā)生在開挖步20～40。工況Ⅲ－3效果相對較差，但最大變形仍較采用H20型鋼拱架要小(工況Ⅳ－1)，與工況Ⅲ－1比較，測點最大變形也僅增大了不到2cm，說明即便采用普通C30噴砼支護，對控制圍巖變形也是比較有效的。不同錨桿長度中工況Ⅳ－1顯示了采用6/9m長短結合系統(tǒng)錨桿時對抑制變形的效果并不明顯，因此，為保證錨桿深入圍巖以發(fā)揮較好的錨固的作用，在工況Ⅳ－1的基礎上改變錨桿長度為9/18m長短結合?？梢钥闯觯词乖黾拥腻^桿的長度，測點的變形趨勢基本未發(fā)生變化，在上下臺階開挖過程中均反映出變形不收斂的特征，且最大變形值接近20cm，因此，一方面說明系統(tǒng)錨桿對控制超深埋軟弱圍巖變形的作用有限，同時也說明了系統(tǒng)錨桿超過一定長度后，其作用并不增強?？煽闯鰷y點變形規(guī)律與工況Ⅲ－1十分接近，即聯合支護對抑制圍巖變形的作用并未疊加。說明在超深埋條件下，支護對抑制軟巖變形的作用有限，高地應力環(huán)境導致軟巖在形成穩(wěn)定的拱部效應前不可避免發(fā)生較大的變形，支護對圍巖拱部效應的形成具有重要的意義，是圍巖變形侵限前充分發(fā)揮自承能力的保證。盡管聯合支護與單一噴砼支護在抑制變形效果上相差不明顯，但并不能否認拱架和系統(tǒng)錨桿的作用。實際開挖過程中，尤其是圍巖破碎洞段，拱架和噴砼對抑制松動圈的擴大發(fā)展，防止因圍巖變形脫落而引發(fā)的安全隱患等具有重要的作用。

3結論

噴砼對控制超深埋軟巖變形的作用最強，采用20cm厚普通C30噴砼的效果仍好于H20型鋼拱架。系統(tǒng)錨桿的作用最弱，無法保證圍巖變形收斂;聯合支護對抑制圍巖變形的作用并不疊加，其支護意義在于采用合理的支護結合形式，控制圍巖在一定范圍內變形的同時，保證施工安全和避免侵限的發(fā)生。錦屏引水隧洞軟巖段掌子面拱頂及邊墻變形主要發(fā)生在距掌子面前后10m的開挖過程中，噴砼和拱架應盡早施作，系統(tǒng)錨桿不宜落后掌子面10m施工;無支護或僅采用系統(tǒng)錨桿支護時，隧洞將出現較大變形且不收斂，而噴砼或者拱架支護對抑制軟巖變形效果較好。

作者：張清泉 單位：中國中鐵二局