地铁工程临界支护强度探讨

潘天鹏

摘要:为了保证地铁工程建造阶段有良好的建造环境，应认识到地铁项目地下施工环境的特殊性，并能结合地铁项目施工阶段的支护需要以及其他需要进行合理施工，保证地铁项目建造的顺利进行。本文就地铁项目建造阶段支护工程临界状态支护强度进行了分析。

关键词:地铁；临界支护强度；施工

地铁系统在现代城市地上道路越发拥挤的条件下显得十分重要，各个城市当中的地铁工程的数量也在不断增加。在修建地下工程的时候必不可少的需要通过支护工程来创造一个稳定、安全的施工环境。但在一些地铁工程中，由于支护方案强度选择方面出现了不足，影响施工环境安全性，甚至造成了地铁项目建造人员的伤亡。

1岩石特征以及支护原理分析

1.1岩石属性特征分析

地下工程所开挖的岩土主要由矿物岩石组成，岩土矿物是有生命物体。当然这种生命的形态不同于生物，它们的差异和表现形式上的不同，不仅要重视表面现象，更重要的是看岩土开挖后的转变效应。岩土矿物内部有转变效应的活力，岩土的生命体具备三个属性特征。（1）自我调节：岩土矿物生命不断地调节自己内部的各种机能。机体的调节机制是自我完成的过程，调节程序本身固有，这类自我调节系统是矿物岩土生命所独有。因此，支护时机、结构形式和参数的合理选择，是顺应岩土自我调节的关键环节。（2）自我复制：自我复制这种功能是生命系统的特点，造成的过程是短暂的；在同一种地质条件下，地下工程变形破坏形式往往相似，说明了岩土的自我复制特点。（3）选择性反应：反应是非生命物质与生命物质具有的属性。发生于非生命物质中的理化反应，都不是自我完成的过程。

地下工程的隧道、地铁、巷道围岩受力不均衡是绝对的，均衡是相对的；从测试结果反分析，岩土受力是不均衡的。当然这与岩土的不均质性有关，即使在均质的岩土中，也会出现不均匀变形破坏；所以地下工程受力变形后不是原来形状的缩小，而是不规则的变形破坏；主应力的方向在不同地点也有明显变化，地应力和围岩的性质是一个相互关联的有机体，不能分开，要综合分析研究。

1.2临界支护强度分析

研究地下工程的临界支护强度是地下工程设计与施工的基本核心问题，即根据地下工程用途、服务年限、技术要求等进行支护结构设计，既能满足工程使用需求、支护成本又处于最合理状态的支护强度，称为“临界支护强度”。影响临界支护强度值的因素很多，确定也非常困难，所以这正是支护科技研究工作者追求的主要目标。

巷道临界支护强度，主要考虑如下条件、因素选择确定支护结构形式。（1）围岩整体性好强度高。工程开挖后，在裸体状态下能较长时间稳定。支护结构形式选择范围大，临界支护强度可通过应力计算、数值模拟、工程观测、经验类比等方法确定。（2）围岩整体性较差强度中等。工程开挖后，在裸体状态下能在短时间内稳定。支护结构形式可采用以锚喷为主的综合支护方法，包括支架、注浆、砼浇筑等形式。临界支护强度主要通过实验研究、压力计算、支护材料性能分析、经验类比等方法确定。（3）围岩或土体松散破碎强度低。工程开挖后，在裸体状态下不能保持自身稳定。支护结构形式只能采用短挖快支的方法，以架棚支护形式为主，包括超前支护的撞楔法、管棚法、预注浆法、冻结法等。临界支护强度主要通过实验研究、压力计算、支护材料研究、工程试验、经验类比等方法确定。

2满足临界状态支护强度条件的支护方式

2.1对地铁施工巷道稳定性造成影响的因素

（1）外力导致的巷道变形

一般地铁项目的施工周期较长，在施工巷道完成挖掘操作之后，会在时间推一下发生扭曲变形。而且巷道的深度越深、建造时间越长，这种变形的情况也就越发的突出。而对巷道的稳定性造成影响的因素主要来自于外力的影响，从实际情况方面分析来看，这种对巷道造成影响的因素主要包括有地应力、膨胀力以及碎涨力这三种类型。

这三种类型的外力对巷道实际的影响存在差别。就地地应力而言，由于地铁项目的施工巷道往往处在地表以下较深的地方，而地层深处地质构造产生了这种地应力。这种外力是可观存在的，地下岩土环境中围岩越密集、岩土强度越高则地应力的表现情况也就越发的明显。这种外力对地铁施工巷道的危害较大，在适当的条件下应予以释放，达到保证地铁施工安全的目标

其次，在地下地铁施工巷道中还存在碎涨力，这种外力的出现和围岩破碎有着直接的关系。当地下围岩结构受到压力作用的时候就会发生破碎，使原本在围岩结构的岩土体掉落下来，并直接作用在地铁巷道的支护体。但也由于这种外力的出现和围岩体碎裂有直接关系，所以使得这种外力存在一定的数值上限，能被人们通过某种方式测算出来。

最后是膨胀力，由于地铁工程地下部分的建造里程数较长，因此在建造的规划路线上可能遇到多种类型的地质条件，甚至还存在带有膨胀特性的矿物质。这些矿物质在遇水之后就会发生体积膨胀，占据更大的地下空间，对完工的支护工程造成压迫，影响支护工程的稳定性，最终造成巷道结构稳定性发生变化。

（2）地铁项目地质条件

地铁项目建造地区的地质条件也是对工程支护结构造成影响的主要因素之一，目前在对地质条件进行分析的时候，主要是对地铁地下施工环境的深度、断层地质构造等条件进行分析，以更准确的计算出某种特殊地质构造条件下产生的应力。而在对地铁地下施工环境进行分析的时候，也就为断面的形状研究、项目支护结构判断提供了详细的参数数值。

2.2支护材料以及支护结构分析

（1）支护用材料

在选择支护工程建造所用材料的时候，需要综合多方面的因素来最终决定材料的类型。在选择的时候要注意到围岩结构的具体类型，在此基础上在确定支护结构建造中所使用的材料的具体强度数值、刚度数值、材料伸长率以及材料柔性等条件。在选择支护所用材料的时候要认识到，并非材料的实际强度越高越好，而是要让材料的性质和围岩的具体条件相适应，这样才能让支护结构发挥出最佳效果，保证项目建造的顺利进行。

（2）支护结构形式与参数

支护参数取决于支护结构形式，在实施中可进行不断优化，数值计算、理论分析，巷道压力监测后，根据巷道收敛变形曲线值加强或减弱优化。施工工艺主要是施工顺序，施工工艺参数实施程序。不能颠倒，也不能缺少，应包括时间、地点、过程、施工工艺要求等。质量取决于人、机、料、法、环五个方面。施工人员的素质、技术水平、制度；施工机具、设备的优劣对质量的影响；材料的标准、加工、检查、验收、保管、运输、使用，以及施工过程；施工方法包括质量方针、宗旨、措施、质量环等；施工环境包括温度、湿度、卫生、空间等对质量的影响。

3结束语

临界支护强度确定后应综合考虑其支护方法，明确可能引起巷道变形的外力、工程地质构造、围岩土体的物理力学性质、岩土物相以及地下水赋存概况，寻找合适的支护材料，合理选取支护结构形式与参数，注重施工工艺与质量。这也是保证地铁项目施工质量的有效措施，同时也要注意支护人员个人技术素质的提升。

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