软弱围岩隧道施工技术的探讨

摘 要：随着我国公路建设日新月异，隧道建设项目日益增多。在隧道施工建设中常会遇到浅埋地层松散软弱，破碎围岩带等不良地质段。由于浅埋地层埋藏较浅，大都是风化破碎的隧道围岩，受力复杂，导致围岩和支护应力分布和变形非常复杂，尤其是在地形起伏较大的丘陵地带，在隧道施工中，面临更为复杂的圍岩应力分布和衬砌受力变形状况，增加了设计和施工难度。

关键词：软弱围岩；破碎；施工技术；防水；坍塌

重庆至长沙公路黔江至彭水段公路肖家坡隧道左线起讫桩号为ZK51+984.747～ZK54+105，全长2120.253m，右线起讫桩号为YK52+000～YK54+130，全长2130m，大部分围岩为软弱围岩，围岩主要为砂岩灾泥岩，强风化。受构造影响，岩体破碎，节理裂隙较发育，层间结合差，夹带软弱层，加之地下水发育，泥岩遇水软化、失稳，易产生掉块及坍塌，造成了隧道初支变形和坍方事故，处理较为困难，严重影响施工进度，威胁施工安全、质量。针对本段隧道软弱围岩比较多的情况，为了提高软弱围岩隧道施工水平，预防变形和坍方，确保施工安全。通过分析软弱围岩地质工程的特点。进一步阐述其施工方法，对软弱围岩隧道施工技术进行了探讨。

l 软弱围岩隧道地质工程的特点

1.1 地质特点

软弱围岩主要指的是第四系全新、中更新、更新统的坡残积土部分，涵盖江河湖岸和池塘冲积、淤积层、人工杂填土、溶洞充填物等。围岩强度低，承载能力低。如黏性土、粉土、砂类土、黄七、全风化岩体等。普遍节理发育、破碎、自稳能力差。如岩体破碎的泥岩、页岩、砂岩、千枚岩等。断层带散体结构、自稳能力极差。受构造影响，断层带结构面杂乱无序，呈角砾、縻棱状或碎裂结构，充填泥质或泥灾岩屑。

1.2 工程特性

软弱围岩强度低、自稳能力差。隧道开挖后地应力重新分布，使隧道周边产生较大的松动圈。软弱围岩被扰动之后，它的稳定性会下降，软弱松动的范围可能还会不断加大，围岩的压力也会不断增大，想要恢复到稳定状态的需要的时间相对比较长，支护和衬砌结构因为压力的原因，很容易引起下沉与变形等危害。

因为软弱围岩强度低、稳定性差、易滑塌等特点，所以在工程洞口段若拉槽施工就很容易导致大范围的牵连性滑动，使得工程施工进洞相当困难。若在洞内施工，也会因围岩的承载力不够，会使支护结构下沉，同时可能会出现坍塌等危险现象，给安全施工增加了很大的困难。因软弱围岩的自稳时间比较短暂，需要采取化变大为小和分部施工的方法。软弱围岩的地质比较复杂，施工时，需要随时根据具体地质情况作出施工方法调整。一旦工程措施（包括设计措施）和施工方法不当，将极易发生初期支护变形侵限和隧道坍方等工程事故，给施工队伍最严峻的考验。

2 软弱围岩隧道施工技术

根据软弱围岩隧道工程特点，做好三个超前、四个到位、一个强化的关键环节。实行标准化施工管理，然后安全、稳定的通过软弱围岩不良地质段。

2.1 超前预报

超前地质预报是隧道信息化施工的重要组成部分，施工阶段必须把超前预报纳入正常施工工序中。根据地质、水文变化及时调整施工方法和采取相应的技术措施。实施中主要采取以下方法：

（1）地质素描、物探、超前钻探方法是软弱围岩超前预报的主要手段。

（2）在破碎带和断层地段。加强长超前、短钻孔。及时探明隧道前方地质情况，特别是地下水的发育情况。严禁在未探明情况下盲目开挖。

2.2 超前加固

在断层破碎带和软弱地层。特别是富含水时，必须对围岩进行超前加固，改良地层，确保隧道安全施工。必须配备专业队伍、专业设备，进行专项设计，保证加固效果。常用的围岩加固方法是注浆法。注浆法主要分全断面注浆和局部注浆两种，在富水断层地带，常采取全断面注浆。全断面注浆法钻孔数量多，制作周期长；局部注浆是针对隧道前方地层特点，对薄弱部位进行注浆，钻孔数量少。施作周期短。无论是全断面注浆，还是局部注浆。都要求必须配备先进的钻孔注浆设备，必须采取信息化注浆。

2.3 超前支护

常用的超前支护方式有超前大管棚和超前小导管两种。

（1）超前大管棚：超前大管棚一般是在对沉降有严格要求时使用，适宜于浅埋洞口、堆积体、砂土质地层、断层破碎惜地层。大管棚一般采用?70～?159mm的钢管，纵向长度10-30m，根据工程需要设置。

（2）超前小导管：超前小导管是在对施工安全要求较高的条件下使用。在破碎围岩、堆积体、砂土质地层、断层破碎带中普遍采用。当地层卡钻严重时，可采用自进式锚杆。小导管一般采用?32～?60mm的钢管，纵向长度2.5～6m，根据工程需要设置。小导管布设后根据地层稳定情况，如需要可进行注浆，加固周边地层。

2.4 开挖工法

2.4.1 增加设置辅助作业面

如果遇到软弱围岩的地形比较缓，而正面比较难接近暗挖，通常会在地形有条件的时候采用横洞、平导、斜井等辅助作业面，先避开软弱围岩，在围岩条件比较好的地段先施工。之后，利用铺底衬砌成环步步紧跟的稳定结构作后盾，稳步掘进软弱围岩。

2.4.2 正面进洞以及洞内施工技术的选择

软弱围岩施工中正面进洞技术，通常是根据地形以及地质条件的差异来灵活选择。一般有接长明洞法、夯填反压法、改善围岩条件、切坡减载、地表超前加固处理、虚拟洞门与护拱法等施工技术的方法。如果软弱围岩的仰坡比较陡峭，存在滑动面的情况，一般就不能用拉槽刷坡方法来靠近作业面，这样的情况以接长明洞的方法为宜，根据围岩平衡侧面以及正面推力来确定长明洞的长度。当坡面比较陡而全断面不容易接近仰坡时，可以将挡墙夯填土反压边仰坡来施工。软弱围岩施工时，可以打设辅助泄水导洞，防止水流过多软化地基。如果软弱围岩向下伏的深度比较浅时，可以将软土全部或者部分挖掉，然后通过施作护拱的方法进行。在软弱地表打桩也可以加固施工地基。当全断面没有办法靠近仰坡时，可以利用钢拱架等形成虚拟洞门来施工。

2.5 初期支护和衬砌

按围岩级别及围岩自稳能力不同分别进行了格栅钢架和型钢钢架初期支护设计。在隧道开挖达到设计要求后，应尽快施作初期衬砌和支护。不得使围岩开挖临空面长时间暴露。应第一时间进行第一层混凝土喷射，并及时封闭围岩表面。初期衬砌一般采用C25喷射混凝土。初期衬砌喷射混凝土应采用湿法喷射。然后再施作系统锚杆、挂钢筋网、立支和稳固钢架、再分层喷射混凝土成型等工序。隧道开挖后短时间或变形量小时，初期支护与地层共同承受形变压力。支护不及时或支护后变形量过大，岩体松动后荷载加大，由初期支护完全被动地承受松动压力。因此，必须保证初期支护的强度和刚度，及时支护，控制变形。

2.6 二次衬砌闭合

根据围岩级别、围岩自稳能力不同及初期支护衬砌情况分别进行了二次衬砌设计。二次衬砌采用防渗标号不低于S8的C25模筑混凝土或模筑钢筋混凝土。由于目前初支+二衬共同承载的设计方法，适时进行二次衬砌对安全施工十分重要，根据有关要求：Ⅳ级围岩二衬距掌子面距离不大于90m，V级、Ⅵ级不大于70m，这些经验数据是十分重要的，现场必须严格执行。

在隧道仰拱施作之前基底浮渣应清理干净，除去浮土和淤泥，露出开挖基岩（或初期衬砌）表面，方可浇筑仰拱混凝土（仰拱开挖长度不大于3m）。初期支护仰拱（临时仰拱）及时闭合极其重要，闭合成环后，提高了结构的承载能力，从而有效地控制变形、避免坍方。

2.7 监控量测

监控量测是软弱围岩隧道安全施工的“眼睛”，是判断结构稳定性、指导软弱围岩隧道安全施工“最重要”的信息化手段。监控量测是隧道设计与施工的重要组成部分，是隧道施工管理中不可缺少的重要环节，应当作为关键工序纳入现场施工组织管理，按现行《铁路隧道监控量测技术规程》的规定建立等级管理、信息反馈和报告制度。隧道拱顶下沉和净空变化的量测断面间距：Ⅳ级围岩不得大于l0m，V级围岩不得大于5m，当拱顶下沉、水平收敛速率达5mm/d或累计达l00mm时，应暂停掘进，并及时分析原因，采取处理措施，当采取接触量测时，测点挂钩应做成闭合三角形，保证牢固不变形。

2.8 富水软弱围岩施工

由于该标段内植被发育，隧道内地下水发育，加之围岩主要以砂、泥岩为主，泥岩遇水软化，发生掌子面围岩掉块，已支护完地段围岩膨胀，发生挤压变形，施工时应根据具体情况调整方案。

（1）采用超前地质预报手段，提前了解开挖工作面前方地质、地下水情况，采取有效的预防措施。

（2）施工中采用注浆堵水结合超前钻孔限量排水。

（3）特大涌水时可采用辅助坑道排水，辅助坑道开挖成超前适当距离。

（4）当隧道埋深在20m以内时，可采用地表注浆，当隧道埋深超过20m时，则采用开挖工作面预注浆。

（5）掘进进尺控制在0.5～1.0m。

（6）在初期支护己成型地段采用在切支表面施作泄水孔或埋设盲管，以释放初支内部积水，减少水压。

3 结束语

软弱围岩隧道施工，由于地质条件复杂，围岩变化频繁，再加之技术措施不合理、施工方法不当、施工工艺不到位等诸多问题，造成了的隧道变形和坍方事故，造成了财产损失和工期延误。软弱围岩地质条件复杂，施工工序繁多，工艺要求严格，技术含量高，施工中一般需要根据实际工程情况，灵活采用施工方法，重点控制好各个施工技术阶段的难点。坚持在确保施工安全的情况下，最大限度地发挥施工人员的施工技术水平与施工机械的最大性能，实现安全与效益的双赢局面。随着科学技术的日益进步，相信会有更多更好的施工防塌方办法、爆破技术以及防排水材料应用到软岩隧道施工当中来，为解决软弱围岩施工带来便利。

参考文献

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[3]张德兴.有限元素法新编教程[M].上海：同济大学出版社，1998.

[4]李连生.《土力学》.四川成都西南交通大学出版社，2006，7.

作者简介：邓成杰（1976-），男，工程师，本科，毕业于西安科技大学。