軟弱圍巖隧道設計
引言：在隧道工程的設計與施工中，除了瞭解軟弱圍巖隧道“自穩差、易坍塌”的工程特點，還必須清楚地認識到隧道不同於地面建築物的3個主要特點：
（1）隧道是由圍巖和多種支護結構兩部分組成的，即：隧道=圍巖+支護
（2）隧道承受的壓力具有不確定性。
（3）支護體系是控制圍巖變形的關鍵。
為有效控制隧道工程安全風險，避免或減少坍方事故發生，應以“充分調動圍巖的承載能力，有效控制圍巖變形和鬆弛”為設計理念，按新奧法原理進行軟弱圍巖隧道設計。
隧道支護設計
根據新奧法原理，軟弱圍巖隧道支護一般採用複合襯砌。複合襯砌由初期支護、二次襯砌兩部分組成。
隧道開挖後先實施噴射混凝土、錨杆、鋼拱架等與圍巖密貼的初期支護，約束圍巖變形，並根據變形監控量測結果，適時施作二次襯砌。
初期支護設計
初期支護是由噴射混凝土、錨杆、鋼架組成的聯合支護體系，是複合襯砌隧道的主要承載結構。
1.噴射混凝土
作用
噴混凝土能及時、有效地防止開挖面岩層的鬆散、離層和掉落，是有效地保護圍巖、防止坍方的重要手段。噴混凝土與圍巖的粘附是發揮噴混凝土支護效果的保證，也是噴混凝土最主要的力學作用。
左：填充裂隙；右：界面附著防掉塊
設計施工要點
① 噴混凝土應具有必要的早期強度，以儘快對圍巖提拱支承力，24小時抗壓強度不應低於10MPa。
② 噴混凝土應有足夠的後期強度，強度等級不應低於C25。
③ 與圍巖應具有足夠的粘附強度，使噴混凝土與圍巖儘快形成整體，阻止圍巖鬆動下滑，與圍巖的粘結強度不應低於0.5MPa。
④ 軟弱圍巖採用鋼筋網噴混凝土，增強噴混凝土的抗剪強度、提高粘附性。
施工要求
① 噴混凝土應採用溼噴工藝：溼噴法其噴射混合料進入噴射機前已經按規定加入水拌合均勻，因此較幹噴工藝具有水灰比能準確控制，利於水泥的水化，施工粉塵小，回彈少，混凝土均質性好，強度高的優點。
② 噴混凝土必須與巖面密貼，不可有空洞，以保證良好的共同受力狀態
③ 噴混凝土必須快速、及時施作。
2.錨 杆
錨杆作為初期支護的另一主要構件，設計施工中是必不可少的，特別是在軟弱圍巖中，其對圍巖的加固作用十分明顯。
作用
在軟弱圍巖中單憑噴射混凝土往往難以抵抗圍巖的巨大形變壓力，不能有效地保證支護的可靠性。在這種情況下，需要將噴射混凝土與錨杆聯合使用，並把錨杆作為主要的支護措施。
軟弱圍巖中錨杆的主要作用是通過形成具有一定厚度的“加固圈”來“加固圍巖”。 “加固圈”承擔外層圍巖傳來的荷載，使得最後傳到噴射混凝土層的荷載大為減小。
錨杆對圍巖的加固是通過錨杆周圍的水泥砂漿與圍巖的粘結力來實現的，因此需保證錨固可靠，且錨杆墊板必須與巖面緊貼。
設計施工要點
① 錨杆的佈置一般沿洞室周邊徑向均勻佈置，必要時底部也要加錨杆；
② 為保證加固帶有一定厚度，錨杆的長度與間距之比一般為2:1；
③ 為防止錨杆間圍巖坍落，還應配合網噴混凝土，噴層主要承擔錨杆間的局部坍塌荷載。
施工要求
① 錨杆錨固可靠，全長粘結；
② 要用墊板，且墊板要求與巖面緊貼。
3.鋼 架
鋼架分型鋼鋼架與格柵鋼架兩種，一般應與錨杆、噴混凝土共同使用。
作用
① 噴混凝土發揮作用前支撐圍巖；
② 對噴射混凝土進行補強；
③ 作為超前支護的支點；
④ 與錨杆、噴射混凝土共同發揮初期支護的作用。
鋼架適用範圍
鋼架的最大特點是剛度大，架設後能夠立即承載受力。因此，多用於軟弱破碎或土質圍巖中，需要控制圍巖變形迅速發展的場合。如淺埋、偏壓及土層隧道等。
設計施工要點
① 一般採用工字鋼，或“八字結”形聯繫鋼筋的格柵鋼架；
② 鋼架間距一般為0.6～1.0m。
③ 為增加鋼架的整體性，每榀鋼架間應設縱向連接構件；
④ 鋼架拱腳及牆腳應有控制鋼架位移和下沉的措施。
施工要求
① 接頭是整個鋼架的薄弱環節，必須加強;
② 鋼架應直立安裝，並用混凝土預製塊與圍巖頂緊；
③ 型鋼鋼架應預留注漿孔，及時對噴混凝土層後回填注漿，保證與圍巖密貼；
④ 分部開挖鋼架落底接長時，要注意防止失穩。
二次襯砌設計
軟弱圍巖中二次襯砌也是主要承載結構，二次襯砌與初期支護共同承擔較大的後期圍巖變形壓力，應適時施作。
作用
軟弱圍巖隧道中，二次襯砌的主要作用：一是承載，二是安全儲備，保障運營的安全。
設計施工要點
① 二次襯砌原則上應適時施做。
② 軟弱圍巖二次襯砌應帶仰拱，與邊牆應圓順連接，減少應力集中。
施工要求
① 二次襯砌應先施工仰拱，分段整體澆注 。
② 二次襯砌背後空洞應回填密實。
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