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摘要：文章对隧道台阶法施工的应用情况进行简单阐述，剖析软弱围岩隧道拱脚变形的特征，研讨台阶法隧道施工中拱脚沉降的机制，并对软弱围岩隧道拱脚稳定技术进行了剖析，以供同行参考和借鉴。
关键词：软弱围岩；台阶法；拱脚
1引言
软弱围岩具有强度低、岩石间的孔隙大和岩土胶结程度差等特点，通常由于风化作用而导致岩土层较为软弱，在我国的分布较为广泛。我国虽然地域辽阔，但是适合人类居住并适合进行工程施工的土地面积较少，如果从人均面积来看则远远低于其他国家。所以在进行隧道施工时难免会遇到软弱围岩的地区，在此地区进行施工具有施工难度大且在施工之后容易出现变形的特点，给工程施工带来极大的安全隐患。为了解决以上问题，我们目前比较常用的方法就是台阶法进行隧道施工，且相关的技术人员研究的重点就是对隧道拱脚稳定性的控制，也是本文研究的重点。
2隧道台阶法施工概述
在我国的工程建设中，隧道可以分为铁路隧道、公路隧道和地铁隧道，在实际是隧道施工过程中，遇到不同性质的围岩会有不同的施工方法進行处理，通常采用的隧道施工方法有分层施工法、全断面发、CRD法以及台阶法等。以台阶法为例，在进行隧道施工时容易出现两种形式的拱脚变形状况，即拱脚收敛变形或称为水平收敛变形，以及拱脚沉降变形或成为竖向变形。目前的隧道台阶法施工中，技术和施工人员对前者的重视和处理措施较多，但是对后者的研究却较少。近年来我国加快了基础设施建设的速度，并随着人们出行需求量的增加以及城市交通的拥挤，对隧道建设的需求量也就越来越多，道路交通基础设施建设的范围逐渐向软弱围岩地区扩展，使得目前在软弱围岩中采用台阶法进行隧道施工的弊端不断出现并引起人们的重视，且对于拱脚沉降变形等稳定性的关注也越来越多。
3软弱围岩隧道拱脚变形特征分析
为了研究软弱围岩地区采用台阶法进行隧道施工时对拱脚稳定性进行控制的技术，应首先对软弱围岩隧道中拱脚的变形特征进行剖析，经过对采用台阶法进行隧道施工中拱脚变形的特征进行分析可知，隧道周边的拱脚变形程度会随着上台阶长度的增大而增大，呈现出递增的总倾向。而且施工区域内的围岩越软弱，速调周边的拱脚变形程度的递增趋势更加明显。只是有少数情况下存在拱脚变形程度随台阶增加而递减的趋势。所以在采用台阶法在软弱围岩地区进行隧道施工时，需要对施工中拱脚容易出现水平收敛变形和竖向变形的问题进行控制，而通常的方法则是可以采用选择恰当的台阶长度的方式对隧道拱脚变形进行有效控制。
4台阶法施工中拱脚沉降机制
4.1挤出效应引发的断面整体下沉
在采用台阶法进行隧道施工时，通常按照软弱围岩不同的物理力学指标将其分为Ⅴ和Ⅵ两个等级，在前者等级的围岩隧道采用台阶法进行施工时，在隧道的中上、下掌子面均会出现较为明显的挤出变形问题，假如不考虑围岩体自身的变形因素，由于此处的挤出变形效应较为显著，因此容易出现上半断面拱顶发生整体下沉的现象。此外，由于此地区为软弱围岩，在施工中的上台阶的长度通常较短，所以在掌子面由于挤出效应而引发的上半断面整体沉降的问题需要引起足够的重视。
4.2支护刚度缺失引起的拱脚沉降
对于物理力学指标为Ⅴ级的软弱围岩地区来说，要特别注意上台阶衔接的基底的荷载支护刚度的问题。
因为上半断面在进行支护时，围岩的自重形成的压力会对支护结构造成向下的位移分量，并且此向下的位移分量与开挖进度和围岩压力有关系，当开挖进度不断推进时，围岩所造成的压力会不断增大，所以此位移分量也会随之不断增大。此外，因为拱脚围岩的支护作用面积较小，当上台阶拱脚处存在较小的地基承载力和支撑刚度时，因而导致拱脚下沉更加明显。
4.3后续施工干扰造成的拱脚下沉
在软弱围岩隧道采用台阶法进行施工时，在进行下台阶开挖阶段，会导致上台阶支护结构拱脚处于短暂的悬空状态，这样在上台阶围岩自重的作用下导致拱脚随拱部出现整体下沉的趋势，此下沉趋势会一直持续到下台阶支护作业完成，因此在如此长的过程中会出现非常显著的拱脚下沉问题。而且在隧道施工的持续进行过程中，支护结构的荷载也会持续增加，所以随着后续施工的进行，拱脚下沉的问题会不断加剧。加之软弱围岩隧道具有流变特性，其在支护闭合成环之后此下沉现象还会继续出现。
4.4施工工艺问题引起的拱脚下沉
在软弱围岩隧道采用台阶法进行施工时，施工工艺以及施工质量也是引起拱脚下沉的原因之一。此问题主要体现在以下施工环节中：掌子面基础变形控制施工工艺、上台阶支护结构的拱脚支撑条件、锁脚锚杆的施工质量、上台阶拱脚部的积水排除工艺、下台阶开挖工艺及其施工质量、上下台阶支护的节点质量控制以及支护结构的闭合时机选择等。
5软弱围岩隧道拱脚稳定技术分析
在我国目前的隧道施工技术水平和设备的条件下，在软弱围岩隧道中采用台阶法施工时对拱脚稳定性进行控制的主要措施有以下几点：设置锁脚锚杆或锁脚锚管、拱脚围岩补强注浆、扩大拱脚支护技术、增设临时仰拱等方式。以某软弱围岩隧道施工为例，根据实际场地中的固有围岩状态将埋深选取为100m，且在围岩参数运算中选取常规参数进行计算，采用三维弹塑性本构模型方法，对隧道变形特有的数值结果进行计算。经过实际计算发现扩大拱脚台阶法对控制周边位移具有显著效果，尤其对拱脚沉降的控制具有明显的效果。扩大拱脚工法与常规台阶法相比，Ⅵ级围岩时拱脚收敛减小了10%左右，拱脚城建减小了7%左右；而Ⅴ级围岩时拱脚收敛减小了14%左右，拱脚沉降减小了44%左右。说明此方法具有明显的拱脚稳定性控制的效果。
运算得来的数值，还能表征出：围岩衔接的塑性区段，会随同释放率的递增，而凸显出延展的总倾向。接近预设的极限时，塑性区段这一范畴，就会急剧延展。塑性区段带有特有的布设规律，基底围岩特有的破坏态势，会朝向整体态势下的失稳，逐渐去过渡。
6结语
正是由于软弱围岩具有强度低、岩石间的孔隙大和岩土胶结程度差等特点增加了在此地区中采用台阶法进行隧道施工的难度，而且由于台阶法施工时随着上台阶长度的增加会增加拱脚的变形程度，且拱脚下沉通常由挤出效应引发的断面整体下沉、支护刚度缺失引起的拱脚沉降、后续施工干扰造成的拱脚下沉、施工工艺问题引起的拱脚下沉等沉降机制。在实际的施工中可以采取设置锁脚锚杆或锁脚锚管、拱脚围岩补强注浆、扩大拱脚支护技术、增设临时仰拱等方式提高拱脚稳定性，提高隧道的施工质量。
参考文献：
[1]马朋涛. 软弱围岩隧道台阶法施工中拱脚稳定性及其控制技术研究[J]. 建筑知识，2017（9）.
[2]刘志刚. 软弱围岩隧道台阶法施工中拱脚稳定性及其控制技术[J]. 工程技术：文摘版，2017（1）：00064-00064.
[3]冉磊. 软弱围岩隧道台阶法施工中拱脚稳定性及其控制技术[J]. 黑龙江交通科技，2017，40（9）.
关键词：软弱围岩；台阶法；拱脚
1引言
软弱围岩具有强度低、岩石间的孔隙大和岩土胶结程度差等特点，通常由于风化作用而导致岩土层较为软弱，在我国的分布较为广泛。我国虽然地域辽阔，但是适合人类居住并适合进行工程施工的土地面积较少，如果从人均面积来看则远远低于其他国家。所以在进行隧道施工时难免会遇到软弱围岩的地区，在此地区进行施工具有施工难度大且在施工之后容易出现变形的特点，给工程施工带来极大的安全隐患。为了解决以上问题，我们目前比较常用的方法就是台阶法进行隧道施工，且相关的技术人员研究的重点就是对隧道拱脚稳定性的控制，也是本文研究的重点。
2隧道台阶法施工概述
在我国的工程建设中，隧道可以分为铁路隧道、公路隧道和地铁隧道，在实际是隧道施工过程中，遇到不同性质的围岩会有不同的施工方法進行处理，通常采用的隧道施工方法有分层施工法、全断面发、CRD法以及台阶法等。以台阶法为例，在进行隧道施工时容易出现两种形式的拱脚变形状况，即拱脚收敛变形或称为水平收敛变形，以及拱脚沉降变形或成为竖向变形。目前的隧道台阶法施工中，技术和施工人员对前者的重视和处理措施较多，但是对后者的研究却较少。近年来我国加快了基础设施建设的速度，并随着人们出行需求量的增加以及城市交通的拥挤，对隧道建设的需求量也就越来越多，道路交通基础设施建设的范围逐渐向软弱围岩地区扩展，使得目前在软弱围岩中采用台阶法进行隧道施工的弊端不断出现并引起人们的重视，且对于拱脚沉降变形等稳定性的关注也越来越多。
3软弱围岩隧道拱脚变形特征分析
为了研究软弱围岩地区采用台阶法进行隧道施工时对拱脚稳定性进行控制的技术，应首先对软弱围岩隧道中拱脚的变形特征进行剖析，经过对采用台阶法进行隧道施工中拱脚变形的特征进行分析可知，隧道周边的拱脚变形程度会随着上台阶长度的增大而增大，呈现出递增的总倾向。而且施工区域内的围岩越软弱，速调周边的拱脚变形程度的递增趋势更加明显。只是有少数情况下存在拱脚变形程度随台阶增加而递减的趋势。所以在采用台阶法在软弱围岩地区进行隧道施工时，需要对施工中拱脚容易出现水平收敛变形和竖向变形的问题进行控制，而通常的方法则是可以采用选择恰当的台阶长度的方式对隧道拱脚变形进行有效控制。
4台阶法施工中拱脚沉降机制
4.1挤出效应引发的断面整体下沉
在采用台阶法进行隧道施工时，通常按照软弱围岩不同的物理力学指标将其分为Ⅴ和Ⅵ两个等级，在前者等级的围岩隧道采用台阶法进行施工时，在隧道的中上、下掌子面均会出现较为明显的挤出变形问题，假如不考虑围岩体自身的变形因素，由于此处的挤出变形效应较为显著，因此容易出现上半断面拱顶发生整体下沉的现象。此外，由于此地区为软弱围岩，在施工中的上台阶的长度通常较短，所以在掌子面由于挤出效应而引发的上半断面整体沉降的问题需要引起足够的重视。
4.2支护刚度缺失引起的拱脚沉降
对于物理力学指标为Ⅴ级的软弱围岩地区来说，要特别注意上台阶衔接的基底的荷载支护刚度的问题。
因为上半断面在进行支护时，围岩的自重形成的压力会对支护结构造成向下的位移分量，并且此向下的位移分量与开挖进度和围岩压力有关系，当开挖进度不断推进时，围岩所造成的压力会不断增大，所以此位移分量也会随之不断增大。此外，因为拱脚围岩的支护作用面积较小，当上台阶拱脚处存在较小的地基承载力和支撑刚度时，因而导致拱脚下沉更加明显。
4.3后续施工干扰造成的拱脚下沉
在软弱围岩隧道采用台阶法进行施工时，在进行下台阶开挖阶段，会导致上台阶支护结构拱脚处于短暂的悬空状态，这样在上台阶围岩自重的作用下导致拱脚随拱部出现整体下沉的趋势，此下沉趋势会一直持续到下台阶支护作业完成，因此在如此长的过程中会出现非常显著的拱脚下沉问题。而且在隧道施工的持续进行过程中，支护结构的荷载也会持续增加，所以随着后续施工的进行，拱脚下沉的问题会不断加剧。加之软弱围岩隧道具有流变特性，其在支护闭合成环之后此下沉现象还会继续出现。
4.4施工工艺问题引起的拱脚下沉
在软弱围岩隧道采用台阶法进行施工时，施工工艺以及施工质量也是引起拱脚下沉的原因之一。此问题主要体现在以下施工环节中：掌子面基础变形控制施工工艺、上台阶支护结构的拱脚支撑条件、锁脚锚杆的施工质量、上台阶拱脚部的积水排除工艺、下台阶开挖工艺及其施工质量、上下台阶支护的节点质量控制以及支护结构的闭合时机选择等。
5软弱围岩隧道拱脚稳定技术分析
在我国目前的隧道施工技术水平和设备的条件下，在软弱围岩隧道中采用台阶法施工时对拱脚稳定性进行控制的主要措施有以下几点：设置锁脚锚杆或锁脚锚管、拱脚围岩补强注浆、扩大拱脚支护技术、增设临时仰拱等方式。以某软弱围岩隧道施工为例，根据实际场地中的固有围岩状态将埋深选取为100m，且在围岩参数运算中选取常规参数进行计算，采用三维弹塑性本构模型方法，对隧道变形特有的数值结果进行计算。经过实际计算发现扩大拱脚台阶法对控制周边位移具有显著效果，尤其对拱脚沉降的控制具有明显的效果。扩大拱脚工法与常规台阶法相比，Ⅵ级围岩时拱脚收敛减小了10%左右，拱脚城建减小了7%左右；而Ⅴ级围岩时拱脚收敛减小了14%左右，拱脚沉降减小了44%左右。说明此方法具有明显的拱脚稳定性控制的效果。
运算得来的数值，还能表征出：围岩衔接的塑性区段，会随同释放率的递增，而凸显出延展的总倾向。接近预设的极限时，塑性区段这一范畴，就会急剧延展。塑性区段带有特有的布设规律，基底围岩特有的破坏态势，会朝向整体态势下的失稳，逐渐去过渡。
6结语
正是由于软弱围岩具有强度低、岩石间的孔隙大和岩土胶结程度差等特点增加了在此地区中采用台阶法进行隧道施工的难度，而且由于台阶法施工时随着上台阶长度的增加会增加拱脚的变形程度，且拱脚下沉通常由挤出效应引发的断面整体下沉、支护刚度缺失引起的拱脚沉降、后续施工干扰造成的拱脚下沉、施工工艺问题引起的拱脚下沉等沉降机制。在实际的施工中可以采取设置锁脚锚杆或锁脚锚管、拱脚围岩补强注浆、扩大拱脚支护技术、增设临时仰拱等方式提高拱脚稳定性，提高隧道的施工质量。
参考文献：
[1]马朋涛. 软弱围岩隧道台阶法施工中拱脚稳定性及其控制技术研究[J]. 建筑知识，2017（9）.
[2]刘志刚. 软弱围岩隧道台阶法施工中拱脚稳定性及其控制技术[J]. 工程技术：文摘版，2017（1）：00064-00064.
[3]冉磊. 软弱围岩隧道台阶法施工中拱脚稳定性及其控制技术[J]. 黑龙江交通科技，2017，40（9）.