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1、第41卷第6期Vol.41，No.62015年12月SichuanBuildingMaterialsDecember，2015浅谈隧道钢拱架支护的失稳破坏和应对策略张厚强(中国铁建国际集团,北京100039)摘要:钢拱架在隧道工程中使用普遍,常被用于支NMσ=-h护施工。但是,根据实际情况而言,钢拱架在支护过程中AI其中N=A(σ+σ)/2,M=W(σ-σ)/2。式中钢容易产生失稳破坏,对隧道施工存在不小的安全隐患。本inoutinout文针对钢拱架稳定性的判断方法进行论述,分析隧道支护拱架的两侧应力分
2、别表示为σin和σout,N是钢拱架的轴力,中钢拱架产生失稳破坏的原因,并提出了一些针对性的应M是钢拱架的弯矩,A是钢拱架的横截面面积,I是钢拱架对策略,以期对隧道施工钢拱架支护起到一定参考作用。的惯性矩,W是钢拱架抗弯模量。值得注意的是,在计算关键词:隧道施工;钢拱架;失稳破坏;应对策略过程中,需要确定拉力为正,压力为负,底部受拉弯矩为中图分类号:U455．7文献标志码:B正。文章编号:1672-4011(2015)06-0153-021．2稳定性判断DOI:10.3969/j.issn.1672-4
3、011.2015.06.077由于钢拱架内力的变化能够反映出施工特征,因此,需要通过实时监测对钢拱架的应力及受弯情况作出判断。0前言通常情况下,判断钢拱架的稳定性可以利用两种方法进行:在我国道路交通建设规模不断扩大、速度不断提升的其一是以钢拱架的内力状态对其稳定安全性作出判断,其背景下,隧道工程已经成为其中一项十分重要的施工环节。二是通过钢拱架翼缘应力安全系数对稳定性作出判断。在由于隧道施工的岩层性质特殊复杂,需要利用钢拱架对隧这两种判断方法下,可以得出两个基本的依据准则。道进行支护,确保其稳定性。但是
4、,由于钢拱架支护的稳第一是应力判断,根据钢拱架翼缘应力系数能够对安定性计算较为复杂,其支护性能除了和钢拱架自身性能直全性作出三个等级的划分:应力安全系数小于1．5时,表接相关外,还和隧道岩层的实际情况紧密联系。因此,需明钢拱架状态不安全;在应力安全系数在1．5~2．0之间要对钢拱架发生失稳破坏的情况进行深入分析,明确钢拱时,钢拱架状态为欠安全;在应力安全系数超过2．0之后,架的破坏形式和基本原理,以便解决隧道施工存在的问题。则表明钢拱架的状态为安全。而应力安全系数λ的计算方法为λ=f/σi,式中,f为钢
5、材强度极限,σ为钢拱架翼缘ultulti1判断隧道钢拱架支护稳定性的方法分析应力。第二是内力判断,内力判断和应力判断存在相似之处,1．1基本计算原理也可以分为三个安全等级:内力较小,内力的合力作用于针对隧道施工而言,钢拱架支护的作用变化比较明显。截面之上,而且隧道内侧存在较大受压,这种情况就是安在支护初期,钢拱架主要承受围岩压力。随着隧道施工不全状态;内力的合力作用于截面上,但是存在正弯矩和轴断进行,隧道内部的岩层结构及受力会出现一定变化,进压力,或者内力合力作用于截面外,但是存在正弯矩和轴而导致钢拱架
6、的受力更加复杂。这种情况下,对钢拱架的压力,这两种情况都是欠安全的状态;钢拱架受力不合理,内力进行分析计算,就需要结合实际图形,图1所示为某弯矩或侧压较大时,钢拱架就属于非安全状态,也就是预隧道中钢拱架的支护示意图。警状态,需要施工单位及时进行处理。拱顶2隧道钢拱架支护失稳破坏的现象和原因左拱腰右拱腰2．1失稳破坏现象45°钢拱架失稳破坏的现象存在于不少山岭公路隧道当中,由于这些区域岩层性质复杂、结构特殊,导致钢拱架支护左拱脚存在许多难以预估的影响因素。比如,在四川省境内的某钢筋计一山岭公路隧道中,岩层
7、属于断裂、褶皱和破碎等地质构造发育程度较高,施工存在很大困难。经过测量组勘察后图1钢筋计设置得出,隧道施工部分的岩层属于IV到V级别,主要使用管棚超前支护的形式进行施工。利用钻爆法分台阶开挖,在经过现场测量能够得出工字钢的两侧应力,在两侧应上台阶之后就立即假设钢拱架,钢拱架为H型钢架。架设力之间,横截面的应力可以看作是按照线性分布的。在此完成之后,及时对钢拱架进行喷锚,以此形成一次支护。情况下,假定钢拱架为弹性状态,且忽略喷射混凝土对工然后可以通过混凝土浇筑形成二次支护,其中有些区段是字钢腹板产生的冲击
8、力,就可以写出工字钢内部内力的计采用钢筋混凝土支护。算公式。H型钢拱架是该隧道工程的主要支护主体,在一次支护时,隧道部分区段的顶板产生了较大程度的下沉,其中作者简介:张厚强(1982-),男,山东菏泽人,本科,工程师,主要从事下沉最多的地方超过了800mm,对进行二次混凝土浇筑支路桥隧施工技术管理工作。护产生了很大影响,甚至导致隧道有效断面设计出现问题。·153·Vol.41，No.6第41卷第6期December，2015SichuanB
