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浅谈二次衬砌施作时机
作者：徐官辉
来源：《时代经贸》2012年第16期
【摘 要】隧道工程二次衬砌施作时机是隧道界普遍关注的问题，本文主要介绍了自19世纪60年代以来，国内外学者从新奥法施工特点出发，针对确定隧道二衬合理支护时机进行的研究现状，最后提出了其各自的局限性以及今后需要着重研究的方向。 【关键词】隧道工程；二次衬砌；支护时机；研究现状 1.二衬施作时机现状
隧道衬砌构筑时机始终是隧道界讨论的热点之一，Pan和Dong在收敛-约束计算模式的基础上提出了一种蠕变模型，该模型可以分别考虑掌子面推进、围岩蠕变特性和衬砌构筑对隧道长期收敛变形的影响，进而根据收敛变形预测值结合现场监测确定二次衬砌的合理支护时机。辛全山等根据二次耦合支护理论结合现场实测数据，提出在各类监测结果图中的转折点处巷道围岩变形稳定，并认为该转折点恰是二次耦合支护的关键部位，所以应该在此阶段进行二次支护加固。
张社荣等采用数值方法，分析了随着掌子面的推进隧道拱顶部位围岩应力及位移的变化规律，认为合理确定隧洞二次支护的时机，应该在隧洞开挖导致应力状态的变化趋于稳定之时。我国《公路隧道施工技术规范，JTJ042—94》中规定：复合式衬砌结构构筑二衬的最佳时机为：周边位移速率小于0.1-0.2mm/d或拱顶下沉速率小于0.07-0.15mm/d；或已产生的各项位移达到各项预计位移总量的80%-90%，或初期支护表面裂陷（观察）不再继续发展；浅埋隧道应及早施作二次衬砌，且二次衬砌给以加强；围岩及初期支护变形过大或变形不收敛，又难以及时补强时，可提前施作二次衬砌，以改善施工阶段结构的受力状态，此时二次衬砌应给以加强。
杨路海从结构分析角度出发，认为：对于浅埋和土砂围岩情况，特别是在V级以下围岩条件下，二次衬砌结构一般考虑及时施作，二次衬砌结构按照承载结构设计，并给以加强；对于Ⅲ，Ⅳ级围岩深埋地段，由于荷载的不确定性且长期荷载的增量较大，若初期支护及时封闭成环后变形仍难以稳定，应以调整初期支护参数，补强初期支护为主，以免将来二次衬砌承担过大荷载而开裂，影响长期使用。在这类围岩中施工时，应结合监控量测资料及时修正初期支护参数，真正实现动态管理，结合监控量测结果适时施作二次衬砌；对于Ⅱ，Ⅲ级围岩条件下的深埋地段，不能因围岩条件好，自稳能力强就忽视了监控量测工作的重要性。Ⅱ级围岩条件和整体性好的Ⅲ级围岩条件下，二次衬砌的施作时机应结合监控量测资料，待初期支护变形基本稳定后进行施作。
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刘志春等通过现场量测数据相互关系综合分析，提出了对于软岩隧道而言，软岩隧道特别是高地应力条件下的软岩隧道，如等初期支护变形稳定后再施作二次衬砌，则变形不易控制，容易造成塌方，如采取提高初期支护刚度措施来减小变形，则非常不经济。适当提前施作二次衬砌的时间来承担部分因初期支护不足而产生的荷载对软岩大变形隧道较可行。杨红军等以收敛限制法为基础，通过拟合计算得到对应的收敛方程，通过数值拟合计算，同时分析了隧道随着掌子面推进以及开挖时间的变化的周边收敛情况，得到了一个有关拱顶下沉和周边收敛的经验公式。从而得到了隧道趋于稳定的时间，同时结合了提出的相应的一个合理支护判定准则，求得了二衬的支护时机见表1。
路军富，王明年等以围岩及初期支护基本稳定速率作为二次衬砌施作时机判定指标，同时通过现场位移实测数据回归分析和数值分析相结合，以郑州-西安客运线大断面黄土隧道贺家庄隧道试验段试验数据提出关于二次衬砌施作时机判定指标的理论计算方法。拱顶竖直位移-变形速率公式为：
边墙水平位移变形速率公式为：
并提出对于高速铁路大断面黄土隧道，当拱顶下沉变形速率值小于0.55mm/d，边墙水平绝对收敛速率值小于0.11mm/d时，即可进行二次衬砌施作。
夏才初等从隧道的收敛趋于稳定是确定二衬支护时机的一个重要判据出发，结合广梧高速公路隧道工程实际，提出了同类相关工程的意见：1）级围岩中，二衬支护时间建议在断面开挖后不少于39d，且二衬与掌子面间距建议小于239m。2）Ⅲ级围岩中，二衬支护时间建议在断面开挖后不多于36d，且二衬与掌子面间距建议大于160m。3）Ⅳ级围岩中，当隧道正常掘进时二衬支护时间建议在断面开挖后不多于30d，且二衬与掌子面间距建议大于120m。4）Ⅴ级围岩中，当隧道正常掘进时二衬支护时间建议在断面开挖后不多于24d，且二衬与掌子面间距建议大于102m。
刘砥时，方建勤通过工程实例运用弹塑性解析法提出二衬支护时机可以由以下两种途径获得：1）当围岩的松动区接近于喷锚支护加固范围时，即认为初衬已充分发挥作用，当松动区半径超过这一范围时，围岩将失稳，则此时就是进行二衬支护的最佳时机。2）洞周位移趋于稳定则是进行二衬支护的最佳时机。
杨红军等以广梧高速公路双凤至平台段的牛车顶隧道为工程背景，采用数值计算方法，定量得到隧道二衬及掌子面之间的允许距离和埋深的关系；当埋深较小时，二衬与掌子面的允许距离随着埋深的增加而增加；当埋深超过某一限值时，隧道二衬与掌子面的允许距离基本不变。开挖工法对二衬与掌子面间的允许距离影响比较显著，而对仰拱与掌子面的允许距离影响很小。随着开挖断面分部的增加，开挖对围岩的扰动减小，因而可以适当延缓构筑二衬时机。若选取Ⅲ级围岩中的全断面开挖法作为参考基准，则围岩中二衬及其仰拱与掌子面的允许距离将由于选择不同工法需进行修正，相应的修正值为：全断面法1.0，上下台阶法和中隔壁法均为1.5。
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方建勤等通过三维数值模拟计算获得围岩应力释放率与掌子面推进位置的关系，再通过调整施工过程中各施工步的应力释放率，从而得到构筑二次衬砌最佳时机对应围岩应力允许释放率，进而获得对应的掌子面推进位置，即二衬与掌子面间距，这一间距就是二衬的最佳合理支护时机。 2.总结
以上前辈确定隧道二衬合理支护时机的研究方法归纳起来主要有：根据现场实测分析的经验法；基于弹塑性理论的解析法；经隧道收敛变形分析得到的收敛限制法；数值模拟计算法；考虑隧道埋深及开挖方法对合理支护时机的影响；二次衬砌施作时机理论计算方法。目前的研究一般都是以“变形基本稳定”为原则，由于地质条件千变万化，影响围岩变形的因素错综复杂，每个隧道工点都有自己的特性，围岩级别的判断又带有某种主观因素，所以要掌握“变形基本稳定”的原则是非常难的。
其次现阶段的研究方法都只对某个方面进行单一考虑，从经验法到理论计算法都有其局限性。尝试将以上几种方法进行结合与比较，比如结合理论计算，采集现场实测数据进行数值模拟来反复对衬砌施作时间进行修正将是以后研究的重要课题。 参考文献：
[1]Y.W.PAN，J.J.Dong，Time-dependent tunnel convergence-I：Formulation of the model[J].Int.RockMech.Sci & Geomech.1991，Abstr.Vol.28.No.6.pp.469-475.
[2]辛全山，等.利用二次耦合理论确定二次支护的最佳时间[J].山东煤炭科技，2003，（4）：16-17.
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[4]中华人民共和国交通部.公路隧道施工设计规范（JTJ 042-94）[S].北京：人民交通出版社，1994.
[5]杨路海.铁路客运专线隧道二次衬砌施作时机及抗裂防渗技术[J].铁道建筑，2008，4：37-40.
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