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。可以看出，即使增加的錨桿的長度，測點的變形趨勢基本未發生變化，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，同時也說明了系統錨桿超過一定長度后，其作用并不增強。可看出測點變形規律與工況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，高地應力環境導致軟巖在形成穩定的拱部效應前不可避免發生較大的變形，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展，防止因圍巖變形脫落而引發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生。錦屏引水隧洞軟巖段掌子面拱頂及邊墻變形主要發生在距掌子面前后10m的開挖過程中，噴砼和拱架應盡早施作，系統錨桿不宜落后掌子面10m施工;無支護或僅采用系統錨桿支護時，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