隧道复杂地质支护体系的研究

隧道复杂地质支护体系的研究

摘要：随着国家经济建设的逐渐推进，我国地质建设事业得到一定程度的发展

提高。就隧道开挖工程来说，在进行施工的过程中，施工人员往往会面对不同的

地质问题，为施工推进带来一定的困难。较为复杂的地质，会对隧道开挖过程带

来相应的质量影响，甚至对施工人员的生命安全造成一定的威胁，这就需要相关

施工人员在进行施工的过程中，加强安全意识，对支护体系进行研究，促进隧道

施工的正常推进。因此，本文将以此为文章阐述的主要内容，通过对复杂地质的

特点进行分析，给出支护体系的相关研究，以供参考。

关键词：隧道；复杂地质；支护体系；施工安全

1支护体系构建应用的意义

就隧道施工来说，其主要的施工场所多为地下，这样的施工环境，不仅加大

了施工难度，而且其施工过程具有一定安全风险，施工地质的稳定性，对整个施

工过程的推进至关重要。因此，如何在施工的过程中加强地质的稳定性就成为了

施工中的重要内容。促进支护体系的应用，有利于将这一问题进行有效的解决，

根据不同的施工地质和实际的施工情况，选择合适的支护体系，促进其应用效果

的充分发挥，有利于保证隧道施工的正常推进，在保证施工安全的情况下，同时

促进施工质量的提高。为国家的地质建设事业和建筑施工行业做出积极贡献，为

国家建设事业的进一步加强打下坚实的基础。

2各种支护措施效果分析

2.1围岩位移场方面

就隧道开挖和支护效果进行分析，开挖过程必然会对地质造成一定的破坏，

对其围岩造成一定的扰动，这会导致位移场发生相应的变化，为施工的推进带来

一定的安全隐患。因此，在进行实际施工的过程中，施工人员应该将其作为对围

岩的稳定性进行判断的主要依据，从而保证施工过程的正常推挤，保障施工安全。经过一系列的位移检验可以发现，在应用这样方式对施工安全的进行分析的过程中，任何一种支护条件，其洞室周围的位移都基本呈现出一种表现形式，基本为

拱顶表现为下沉现象，而相应的仰拱则突起，边墙逐渐向外扩展。而在进行隧道

施工的过程中，拱部，仰拱和拱脚在施工控制部位中都占有重要地位，需要相关

人员提高重视程度，进行局部加强。与此同时，在进行隧道开挖的过程中，一旦

没有了支护效果，其水平位移和垂直位移的位移值都相对较大，这是与有支护效

果的条件进行比较的结果。在实际的操作过程中，在对其施加了喷射混凝土的情

况下，对应的最大垂直位移值被有效减少，减少了大约百分之四十左右，而对应

的最大水平位移值则减少更多，约为百分之七十，表现出的支护效果较为明显。

在对其进行施加喷射混凝土的情况下，进行锚杆施做，其所对应的最大垂直位移

与只施加喷射混凝土的条件结果进行相比，其位移值减少的相对较少，大约为1

毫米，而水平位值也减少了不到一毫米。在施加喷射混凝土的基础上进行锚杆施做，并进行二次衬砌。这时其所对应的位移值是最小的。这样的施工过程中，其

地层所对应的竖向位移，被主要集中在了拱顶以上的位置，和仰拱以下其所对应

的竖直区域内。从这样的情况来看，在进行拱顶和仰拱底部竖向位移变化选择的

过程中，应该选择其两侧的拱腰和拱脚的四个点，将其作为水平收敛位移的研究

对象。给出相应的位移调查图表，如图所示。

从图表中可以看出，四个关键点所对应的位移，其变化和最大位移值所对应

的变化是基本处于一致的，在支护措施效果逐渐加强的同时，其竖向位移值和横

向位移值出现减小的现象。而锚杆施加范围被控制在拱部的一百八十度角内时，

其对拱脚处所带来的影响是相对较小的。

2.2围岩应力场方面

在进行隧道施工的过程中，随着开挖操作的逐渐推进，支护施工也相应深入，对应的隧道模型应力场也会发生一定的改变。因此，对其施工周边的围岩应力变

化规律进行研究，从而选出科学的支护方案，对围岩的稳定性进行判定对施工的

顺利推进具有重要意义。我们主要对在不同支护效果下围岩最大主应力场和最小

主应力场进行研究。相关人员在经过一系列实验后，得知其围岩的基本应力场是

相近的，都呈现出对称分布的状态，对应的主应力大小在洞室周围的变化相对较大。从最大主应力来看，其主要在洞室周围出现，而且常以压应力的形式出现，

并与开挖完成后的支护操作具有较大的联系，围岩的最大应力在各转角部位发生

的最大应力场变化表现较为明显。而且其在没有支护体系条件保护的情况下，所

对应的拱顶拱底和二次衬砌的内部，有局部会呈现出拉应力的状态。并且，最小

主应力的分布特征和最大主应力的分布特征其表现形式是基本相同的，主要集中

在洞室下部的拱脚处。

经过研究，可以看出在没有支护条件的情况下，其最大的主应力表现出较大

区域的拉应力，而其他条件下，其所对应的拉应力面积相对较小，基本只有在有

二次衬砌内部的情况下才会有较大区域面积的拉应力。其在进行喷射混凝土和锚

杆操作的情况下，所对应的最大，最小主应力值与在只施加喷射混凝土情况下的

应力值相比，其表现出的变化相对较小，所对应的支护效果并不明显。在施加喷

射混凝土的情况下，其对应的主应力值相对较少，而施加喷射混凝土，锚杆和二

次衬砌的条件下，对应的主应力值也会有所减小。

2.3塑性区范围方面

在进行隧道开挖施工的过程中，需要在实际的操作过程中，在岩体中进行地

下洞室开挖的操作，这就会对岩石原有的应力平衡造成一定的破坏。其破坏主要

表现在两个方面。首先，导致其洞室周边的径向应力出现减小现象，对应的围岩

强度出现降低趋势。其次，是对应的切向应力出现增大趋势，会在一定程度上增

强岩体内的各项异性特性，导致应力出现集中现象。一旦相应的应力比岩体强度

大时，其洞室周边的岩石就会遭到一定程度的破坏，导致裂隙的出现，极易导致

洞壁内部也出现裂缝，影响隧道土质结构的稳定性，为人们的生命安全带来一定

的威胁。而且这种属于塑性变形，会导致洞室周围的围岩形成一个塑性松动的变

形区。这个围岩塑性区，需要经过一个发生、发展和逐渐稳定的过程，经过稳定

期的塑性区，其作用范围将与围岩的位移相同，这不仅是反应围岩应力状态的主

要内容，而且能够将它与岩体之间的强度关系进行反应和展示，将围岩的综合指

标进行定位。

3结语

在对较为复杂地质情况下的隧道开挖过程进行探究，需要先对其地质支护体

系进行研究，将常见的各种支护措施和应用效果进行阐述，对其进行有效的分析，进行促进施工者根据实际的需要和施工情况，科学的进行选择，选择合适的支护

体系进行施工，保证工程的正常推进，加强施工过程中的安全性。从而促进施工

质量的提高，为国家建设作出积极贡献。

参考文献