略论断面支护效果的分析

1无支护及单一支护

在上台阶开挖过程中(开挖步0～60)，拱顶变形略大于边墙，其中工况Ⅱ和工况Ⅲ－1时的主要变形发生在测点离掌子面－10～10m(开挖步20～40)的开挖过程中，而工况Ⅰ和工况Ⅳ－1发生在开挖步20～60，即整个上台阶的开挖过程中变形未出现收敛迹象;下台阶开挖时(开挖步60～120)，测点变形相对平缓，仅边墙变形有所增加，且最终累计变形与拱顶相当。从图中可看出，无支护和仅采用锚杆支护时(工况Ⅰ和工况Ⅳ－1)，测点变形较大(20～22cm)，且在上下台阶的开挖过程中变形均未出现收敛的迹象，说明仅采用系统锚杆支护对抑制变形的作用并不明显。采用单一的型钢拱架或者喷砼支护时，测点最大变形收敛于10～12cm，且喷砼(采用CF30并按28d强度计算)支护效果最好，这两种支护方式抑制变形的效果明显强于系统锚杆。

2不同喷砼强度

为了解不同强度喷砼对抑制变形的影响，在工况Ⅲ－1的基础上，通过改变喷砼参数分别计算了工况Ⅲ－2(采用CF30喷砼3d强度)和工况Ⅲ－3(采用C30喷砼3d强度)。从计算结果可看出这三种工况下测点变形的趋势基本一致，测点主要变形发生在开挖步20～40。工况Ⅲ－3效果相对较差，但最大变形仍较采用H20型钢拱架要小(工况Ⅳ－1)，与工况Ⅲ－1比较，测点最大变形也仅增大了不到2cm，说明即便采用普通C30喷砼支护，对控制围岩变形也是比较有效的。不同锚杆长度中工况Ⅳ－1显示了采用6/9m长短结合系统锚杆时对抑制变形的效果并不明显，因此，为保证锚杆深入围岩以发挥较好的锚固的作用，在工况Ⅳ－1的基础上改变锚杆长度为9/18m长短结合。可以看出，即使增加的锚杆的长度，测点的变形趋势基本未发生变化，在上下台阶开挖过程中均反映出变形不收敛的特征，且最大变形值接近20cm，因此，一方面说明系统锚杆对控制超深埋软弱围岩变形的作用有限，同时也说明了系统锚杆超过一定长度后，其作用并不增强。可看出测点变形规律与工况Ⅲ－1十分接近，即联合支护对抑制围岩变形的作用并未叠加。说明在超深埋条件下，支护对抑制软岩变形的作用有限，高地应力环境导致软岩在形成稳定的拱部效应前不可避免发生较大的变形，支护对围岩拱部效应的形成具有重要的意义，是围岩变形侵限前充分发挥自承能力的保证。尽管联合支护与单一喷砼支护在抑制变形效果上相差不明显，但并不能否认拱架和系统锚杆的作用。实际开挖过程中，尤其是围岩破碎洞段，拱架和喷砼对抑制松动圈的扩大发展，防止因围岩变形脱落而引发的安全隐患等具有重要的作用。

3结论

喷砼对控制超深埋软岩变形的作用最强，采用20cm厚普通C30喷砼的效果仍好于H20型钢拱架。系统锚杆的作用最弱，无法保证围岩变形收敛;联合支护对抑制围岩变形的作用并不叠加，其支护意义在于采用合理的支护结合形式，控制围岩在一定范围内变形的同时，保证施工安全和避免侵限的发生。锦屏引水隧洞软岩段掌子面拱顶及边墙变形主要发生在距掌子面前后10m的开挖过程中，喷砼和拱架应尽早施作，系统锚杆不宜落后掌子面10m施工;无支护或仅采用系统锚杆支护时，隧洞将出现较大变形且不收敛，而喷砼或者拱架支护对抑制软岩变形效果较好。

作者：张清泉 单位：中国中铁二局