谈软弱围岩隧道施工技术

蔡汉森

(中交一公局厦门工程有限公司，福建厦门　361000)



谈软弱围岩隧道施工技术

蔡汉森

(中交一公局厦门工程有限公司，福建厦门361000)

摘要:介绍了软弱围岩的种类及地质特点，针对软弱围岩的变形原因提出了相应的控制措施，并探讨了全断面开挖法、台阶法、CD法等软弱围岩隧道的施工技术及特点，有助于施工人员根据软弱围岩隧道的具体情况选择施工方法。

关键词:隧道，软弱围岩，支护结构

0　引言

软弱围岩是隧道施工过程中较为常见的不良地质段，其地质条件较为复杂，极易增加施工程序，且对施工工艺及施工技术要求极高。以隧道地质条件为基础，优化施工方法，完善工程支护措施，防止软弱围岩支护变形，严格监测隧道环境及信息，并对围岩、支护结构体系等的稳定性进行监测是保证施工安全的关键。

1　软弱围岩工程地质

软弱围岩指的是质地较软、岩体破碎、承载力较低、岩体发育有裂隙的围岩。软弱围岩的工程地质性质直接影响着隧道施工的质量，导致隧道开挖后出现自稳能力差、自稳持续时间短、容易出现坍塌等现象。一般来说，软弱围岩最常见的有以下两种，其一是围岩表面发育较好，但里层结构破碎严重，几乎完全松散，岩体处于层间破碎带部位。该种类型的岩体以大型断层、风化较为严重的地带较为多见。另一种是块体强度低，以黄土、泥岩较为常见。在隧道结构体系中岩体承担着非常重要的作用，因而，在实际的隧道工程中必须要加强对岩体保护的重视，尽可能避免触动岩体。除特殊岩类地层外，年代越老的地层岩石成岩程度越高，岩石密度也越大;时间越短的地层岩石，成岩的程度就越低，密度就越小。开挖环境下、围岩的受力、地下水的径流条件均有所变化，应高度重视局部的小构造、不同岩性的接触带、层间不利的结构面组合对隧道稳定性的不利影响。

2　软弱围岩地质特点

隧道工程是一种地下工程，其多修建在岩土体中，其设计及施工应以工程岩体(围岩)的工程地质、水文地质条件为主要依据。这类围岩工程地质特点主要有以下几点:

1)岩体破碎、粘结力较弱，由土层、岩体风化层组成的围岩，破碎严重，呈相互交织状，方向性不明显，洞室开挖后，仅凭借微弱的胶结与颗粒摩擦作用成拱，这样岩体不稳定，特别是在浅埋地段极易引发坍塌。

2)在诸如片岩、泥岩、页岩、炭质岩等软质岩中，因这种岩质地较软、强度低、遇风、遇水极易软化，同时稳定性不高，特别是在深埋层，在高应力作用下极易引起变形，导致洞室内挤。

3)结构面切割后的块状岩体，由于其结构面软，抗压度低、受拉应力弱，易滑塌，粘性低，开挖洞室后，开挖周围的岩体结构面极易滑动、松弛，出现变形。

鉴于上述工程地质特点，隧道工程建设时，应密切关注围岩动态，把握掘进时的地质状况，根据地质状况对特殊地段加固防护措施。施工方案的制定及设计应以工程厂区地质条件和岩体条件为依据，明确场区地质条件和岩体特点是保证隧道工程施工质量安全的基础。

3　软弱围岩的变形与控制措施

3．1围岩的变形

以空间为依据可将围岩变形情况划分成三大部分:1)掌子面在隧道前方发生水平位移，出现水平鼓起现象;2)掌子面前部发生围岩下沉，隧道浅埋地段地表下沉，出现沉降槽;3)隧道刚被开挖，其洞壁就发生收敛变形现象，出现边墙向内移动，拱顶下沉。上述三种情形通常是在同一时间发生的，由于软弱围岩质地松散、软弱，自稳能力极差，开挖后极易出现变形坍塌，致使洞壁临空，这时就需要重新调整围岩应力。开挖隧道时，若围岩与洞壁在净空方向处发生变形，且未能进行即刻的支护，或支护不到位，支护结构不稳固，不能抵挡其变形力时，就会破坏围岩支护结构，引起坍塌。

软弱围岩通常需要钢筋网喷混凝土进行处理，以提高其粘附性及抗剪强度。隧道施工过程中若遇到弱围岩浅埋、偏压软弱围岩浅埋地段则通常难以在拱部正常形成拱形，软弱围岩偏压地段隧道支护结构承载的荷载存在较为明显的差异性，施工过程中极易导致初期支护纵向开裂、错台等现象发生，严重时甚至会引起塌方。支护结构尚未封闭前，应合理的对支护结构的下沉情况进行控制。总之，隧道施工中，软弱围岩变形特点主要为:变形量大、速度快、时间长、扰动范围大等。

3．2控制围岩变形措施

在施工中一定要在地质资料详实的基础上科学分析并加上超前预报，才有可能避免事件发生。在软弱围岩中，支护结构和围岩共同构成了承载的支护体系，而控制围岩发生形变的关键就在于对支护体系的利用。在隧道施工过程中应重视前方封堵及后方加固，以对塌方区域进行合围，从而有效的避免塌方恶化，提高施工安全性。开挖创造条件，有利于控制先行和后期围岩、支护变形，隧道开挖后应及时进行初期支护，包括喷射混凝土、锚杆、钢拱架等，从而有效的对围岩变形情况进行控制。另外施工过程中还应尽量减少开挖的断面及跨度，以有效的对围岩及支护变形情况进行控制，避免塌方。另外，对于软弱围岩地段应保证掌子面有足够的稳定性，可通过对拱顶超前支护、稳定拱脚的锁脚锚管等进行维护的方式提高其稳定性。在对支护结构进行设计时应确保其可更好的进行支护结构封闭，且应有利于整体稳定的封闭环状结构形成，进而尽可能减小支护自身变形。此外，还可利用超前支护方式，这种支护方式主要利用超前小导管，在隧道施工中，支护前方围岩，加固周边地层，利用双层小导管加固松散地段，进而有效扩大加固圈范围。

4　软弱围岩隧道施工方法及各自特点

合理的开挖方法对保护围岩、减小塑性区范围，提高围岩承载作用有重要价值，施工方法包括全断面开挖法、台阶法、CD法、CRD法、双侧壁导坑法、环形开挖留核心土法等。

全断面开挖法较为常用，其主要是以设计轮廓为依据进行彻底的爆破成形处理，并进行衬砌修建的一种方式，该方法具有施工简单、管理组织方便、可一次成形等多种优点，对围岩的扰动较小，对维持围岩的稳定性有重要帮助。

台阶法也是较为常用的开挖方法，其主要是先从上半断面进行开挖，然后在达到足够长度后再同时对上下断面进行开挖的方式，这种方法工序少、有利于机械施工作业、作业速度快，支护结构封闭过程用时短，减小了掌子面的位移程度及洞周变形程度，便于上台阶封闭，有效控制上半断面沉降，为下台阶施工安全提供短期稳定保障。

CD法则主要是先自一侧开挖，然后再从另一侧开挖的方式，其在Ⅳ级围岩中的应用较多。CRD法多应用于短台阶法难确保掌子面稳定的情况下，CRD法易于对变形情况进行控制。在实际的隧道工程施工过程中应根据具体情况选择最佳施工方法，做到因地制宜，提高施工质量及安全性。

5　结语

软弱围岩隧道施工应根据围岩实际情况，工程实际进程，合理安排施工方法和技术。施工中应重点做好三个方面:第一，预先加固围岩，优化围岩地质条件，增强围岩自稳性能;第二，隧道开挖施工中，保护好围岩，尽量不破坏围岩自稳性能;第三，隧道开挖后，做好围岩的支护，尤其是在围岩变形前，将围岩变形程度控制在合理范围内。另外，我们应加强对隧道开挖设备、支护材料、施工技术上的研究开发力度，以促进软弱围岩隧道施工水平的不断提升。

参考文献:

［1］黄星明．软弱围岩隧道施工方法及施工工艺的探讨［J］．黑龙江交通科技，2012(7):43-46．

［2］赵艳峰．软弱围岩隧道施工技术探析［J］．黑龙江交通科技，2012(3):70-71．

Discussion on soft surrounding rock tunnel construction technology

Cai Hansen
(China Communication 1st Corporation Xiamen Engineering Co．，Ltd，Xiamen 361000，China)

Abstract:With an introduction of soft surrounding rock kinds and geology features，in light of soft surrounding rock deformation causes，the paper puts forward corresponding control measures，and explores soft surrounding rock tunnel construction technologies and features of whole-section excavation method，bench method and CD method，which will be good for construction staff to select construction methods according to specific soft surrounding rock tunnel conditions．

Key words:tunnel，soft surrounding rock，bearing structure

作者简介:蔡汉森(1981-)，男，工程硕士，工程师

收稿日期:2015-10-25

文章编号:1009-6825(2016)01-0172-02

中图分类号:U455

文献标识码:A