水工隧洞变形特征及支护效果分析

熊正清

开远市水利勘测设计队

云南省  红河州  661600

摘要：中国的经济发展如日中天，推动了全国各地隧道建设的迅猛发展。然而，这些复杂的山地隧道施工过程中，频繁遭遇因地质复杂性引发的严重隧道位移和工程问题。为了深入剖析隧道变形规律与支撑技术的关联，众多科研人员倾力投入相关课题的研究。例如，杜广印等人采用模型实验手段，对黄土地区十字交叉隧道的开挖与支撑结构动态特性进行了详尽探讨。他们的研究表明，在监测截面两侧各0.5倍隧道直径的区域，支撑结构的变形占据了总变形的惊人比例，达到了70%。这一发现揭示了关键支撑区域对整体隧道稳定性的影响，为进一步优化设计提供了重要依据。

关键词：水工隧洞；变形特征；支护效果

1水工隧洞变形特征分析

1.1隧洞变形类型及特点

一般来说，隧洞的变形主要分为两种类型，分别是弹性变形和塑性变形。弹性变形是指在荷载作用下，隧洞内的岩体会产生临时性的变形，当荷载消失后，岩体会恢复到原来的状态。而塑性变形则是指在荷载作用下，岩体会发生永久性的变形，即使荷载消失，岩体也无法完全恢复到原来的状态。弹性变形的特点是隧洞内的岩体具有较好的回弹性，变形后能够恢复到原来的状态，对隧洞的稳定性影响较小。而塑性变形的特点是岩体在荷载作用下会发生永久性变形，容易导致隧洞的变形加剧，对隧洞的稳定性造成较大影响。此外，隧洞的变形还会受到岩体的强度、岩层的分布、地下水的影响等因素的影响。因此，在进行水工隧洞变形特征分析时，需要综合考虑各种因素的影响，从而准确评估隧洞的稳定性和安全性。

1.2影响隧洞变形的因素

水工隧洞的变形受到多种因素的影响。首先，地质条件是影响隧洞变形的重要因素之一。地下岩层的稳定性直接影响着隧洞的稳定性，如果岩层具有较高的岩石脆性，隧洞就更容易发生变形。其次，地下水的压力和水位变化也会对隧洞造成影响。地下水的涌出会增加围岩的湿度，降低其强度，导致隧洞变形。此外，隧洞本身的结构设计、施工质量以及日常维护管理等因素也会对隧洞的变形产生影响。另外，外部环境因素也会对隧洞的变形产生影响。例如，地震等自然灾害会使隧洞受到外力影响而发生变形。此外，气候变化也会对隧洞造成影响，比如长时间的暴雨可能会导致地下水位上升，从而增加隧洞的变形风险。综合考虑各种因素对水工隧洞的变形实施监测和分析，可以帮助及时发现问题，采取有效措施保障隧洞的安全运行。

1.3隧洞变形规律及预测方法

隧洞变形规律及预测方法是水工领域中一个重要的研究课题。隧洞变形特征的分析可以帮助工程师更好地了解隧洞工程的安全状态，并及时采取合适的措施进行修复和加固。隧洞变形一般会受到多种因素的影响，包括地质条件、水文条件、工程结构等。在进行隧洞变形特征分析时，通常会采用多种方法进行综合研究。其中，监测数据的分析是非常重要的一环。通过对隧洞周围环境的实时监测数据进行收集和分析，可以及时发现隧洞变形的迹象，为后续的预测和防范工作提供数据支持。另外，地质勘探和工程设计也是影响隧洞变形的重要因素。在进行地质勘探时，需要对隧洞所在地区的地质情况进行全面了解，包括地层结构、构造特征、岩石性质等。在工程设计阶段，需要根据地质条件和工程要求，合理设计隧洞的结构形式和支护措施，以减少变形风险。

2常见水工隧洞支护技术

2.1锚喷支护

锚喷支护是一种常见的水工隧洞支护技术，广泛应用于水利、交通等领域。锚喷支护通过钢筋混凝土、喷射混凝土等材料与锚杆的结合，形成一种紧密的支撑结构，有效地提高了隧洞的整体稳定性和抗震性能。在实际工程中，锚喷支护技术需要根据不同的地质条件和工程要求进行合理的设计和施工。首先，需要对隧洞周围的地质情况进行详细的勘察和分析，确定设计方案和支护参数。其次，在施工过程中，需要严格控制喷浆的均匀性和厚度，确保支护层的质量和稳定性。最后，在完成支护工程后，还需要对支护结构进行定期检测和维护，及时发现并处理可能存在的问题，保障隧道的安全运行。锚喷支护技术的不断发展和创新，为水工隧洞的建设提供了更多的选择和可能。随着科技的进步和工程技术的不断完善，相信锚喷支护技术将在未来的水工隧洞建设中发挥更加重要的作用，为工程的顺利进行和安全运营提供有力保障。

2.2衬砌结构支护

衬砌结构支护是一种常见的水工隧洞支护技术，主要是在隧洞内壁进行加固和支护，以防止发生塌方和坍塌等安全事故。衬砌结构支护可以分为硬质和软质两种类型，具体选择哪种支护形式取决于隧洞的地质条件和工程要求。硬质衬砌结构支护一般采用混凝土或钢筋混凝土进行加固，这种支护形式具有较高的承载能力和稳定性，能够有效地保护隧洞内壁，延长隧洞的使用寿命。而软质衬砌结构支护则主要采用橡胶垫、塑料垫等材料进行加固，这种支护形式具有较好的变形性能和抗震性能，能够适应地质环境的变化，减小地质灾害的发生。在实际工程中，衬砌结构支护技术常常与其他支护技术相结合，形成多种支护工法，以提高隧洞的整体安全性和稳定性。例如，可以在硬质衬砌结构支护的基础上，再结合锚杆支护、喷射混凝土支护等技术，形成复合支护结构，进一步加固隧洞内壁，确保隧洞的安全通行。

2.3注浆加固

注浆加固是水工隧洞支护技术中常见的一种方法。注浆是通过在隧洞围岩中注入水泥浆料或混凝土浆料，使其填充岩缝和孔隙，增强岩体的整体稳定性。注浆加固技术能够有效地减少隧洞围岩的渗水量，提高围岩的抗渗能力。同时，注浆还可以填补和加固岩体裂缝，提高岩体的整体强度和稳定性，从而保证隧洞的安全运行。除了水泥浆料和混凝土浆料外，还可以根据隧洞的具体情况选择不同的注浆材料。比如，对于需要提高围岩抗压强度的隧洞，可以选择高强度水泥浆料进行注浆加固；而对于需要提高岩体抗拉性能的隧洞，则可以选择添加纤维材料的混凝土浆料进行加固。注浆加固技术在水工隧洞支护中具有较高的适用性和灵活性，可以根据不同的地质条件和工程要求进行调整和应用。通过合理选择注浆材料和施工工艺，可以有效提高水工隧洞的安全性和持久性，为隧洞的正常运行和使用提供可靠的支护保障。

2.4预应力支护

预应力支护是一种常见的水工隧洞支护技术，通过预先施加张拉力的方式，使支护结构在受到外部荷载作用时能够更好地抵抗变形和破坏。预应力支护技术在水工隧洞中得到广泛应用，可以有效提高隧洞的承载能力和抗震性能，保障隧洞的安全运行。在预应力支护技术中，通常采用预应力锚索或钢束作为预应力材料，通过专门的张拉设备对其进行张拉，使其产生预先设计的张拉力。这种方法可以有效地限制混凝土裂缝的宽度，提高混凝土的抗张强度，增加支护结构的变形能力。除了提高支护结构的整体性能，预应力支护技术还能够延长支护结构的使用寿命，减少维护和修缮成本。

结论

(1)隧洞挖掘过程中的形变进程可分为三个阶段：初期的激增、随后的稳定增长以及仰拱封闭后的渐进变化。围岩性质的恶劣往往导致初期支撑结构承受更大的负荷。(2)软质岩石的特性展现出显著的蠕变现象，针对可能出现大幅变形的软岩隧道，建议采用具有较高刚性的刚性支撑设计策略以应对。(3)当围岩主要表现为滑动变形时，隧洞顶部和腰部会承受较大的来自岩体的压力。相反，当围岩主要呈现溃缩行为时，腰部和底部承受的压应力更为显著。在实际工程实践中，为提升软岩隧道的支护效能，通常会采取复合支护体系，根据不同的变形特性进行针对性处理。

参考文献：

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