浅谈公路隧道设计中的环形封闭理念

    摘要:因为施工方面和设计方面的因素，导致隧道中的裂缝很普遍。本文提出了隧道设计
方面的问题

:像围岩体和围岩应力动态变化过程的不确定性, 围岩应力模型的不完整、失真,隧

道结构轴线与围岩应力轴线的不吻合

,直墙式隧道和无仰拱隧道的设计缺陷等等。在隧道的

结构设计中倡导新的思路，倡导曲墙加仰拱加施工缝强化设计的隧道结构设计模式。

 

　　关键词

:隧道;环形封闭设计;围岩；新思路；预防裂缝 

　　

1 公路隧道的围岩分类和结构设计理念 

　　

 隧道设计施工的基础是围岩分类,隧道围岩分类方法比较多,其中公路隧道围岩分类是

以坑道围岩的稳定性为基础来进行分类的。这种方法比较接近地反映了围岩开挖后当时的稳
定状况和应力情况。公路隧道的设计施工就是把坑道围岩的稳定性转化为与支护结构的荷载

,

即围岩应力来处理

:浅埋隧道以洞顶所覆盖土压力作为设计荷载,深埋隧道设计荷载主要考虑

塌落拱效应。

 

　　

 目前最新颖、最科学、最合理、应用最普遍的隧道施工方法就是新奥法。新奥法最根本的

思路和要点具体如下

: 

　　

(1)把围岩体作为受力结构的一部分,并与支护结构构成统一的承载结构体系,围岩体是

主要的承载单元。

 

　　

(2)允许围岩产生局部应力松弛,也允许作为承载环的支护结构有限制的变形。 

　　

(3)通过试验量测确定围岩和支护结构的自稳时间和位移变形速率,并以此来选择开挖方

法和支护结构。

 

　　

(4)通过对支护结构的量测、监视,修改设计调整支护措施或二次衬砌。因此在隧道结构设

计中

,喷锚初期支护与围岩体结合作为主要承载结构,二衬混凝土只是作为安全储备。喷锚支

护是一种符合岩体力学原理的积极的支护方法

,具有良好的自稳性。喷锚支护与围岩紧密贴

合

,封闭了坑洞周围岩体的裂隙和节理,利用岩块之间的镶嵌、咬合和自锁作用,提高岩体自身

的整体性、自承能力

;喷锚支护结构柔韧性好,能与围岩共同变形,构成一个共同工作的承载体

系

(承载环在形变过程中,喷锚支付能调整围岩应力,避免应力集中,抑制变形的发展,防止坍塌。

 
　　

 从以上对比可以看出:喷锚支护比传统的模注混凝土受力合理,结构稳定。可是为什么按

照新奥法设计施工的隧道还会出现这麽多的裂缝呢

?我们从围岩形成和变化方面来分析分析。

 
　　

 隧道开挖前,岩层处于相对静止的状态;围岩开挖后,围岩丧失了部分约束,围岩原来保持

的平衡状态受到了破坏

,由相对的静止状态转变为显著的变动状态,围岩在应力和变形方面开

始了一个新的运动过程

,出现了围岩应力的重分布和围岩向开挖坑道方向的空间变形,并力图

达到一个新的平衡状态

,这个围岩运动的过程是不确定的,首先是影响因素的不确定性,包括

内在的因素

,如围岩的物理性质、力学指标、岩体构造等,外在的因素,如地下水、温度、湿度、振

动、风化等因素

,因此上述围岩分类方法和应力模型均不能完全真实的反映围岩的特性和受

力状态

,更不能有效地反映出围岩变动后的应力变化以及变化过程。其次围岩运动过程的时

间的不确定性

,一般围岩开挖后的运动变化在时间上的表现形式主要有以下几种:

① 围岩岩

性稳定

,坑洞开挖后围岩不会发生任何变化,隧道不产生裂缝;

② 坑洞形成后,围岩很快就会收

敛、沉降

,在几天或一个较短的时间内即会完成绝大部分位移量,坑洞成型后及时进行喷锚支