浅埋隧道软弱围岩段施工控制技术初探

文/韩盟 北京铁路局河北铁建工程有限公司 河北石家庄 050000

目前中国在工程设计阶段和可行性研究方面的风险因素分析不全面，因此推测的风险评估等级也不够准确，这对于工程的质量造成了极大的影响，为此要加深对软弱浅埋隧道施工的分析，结合围岩大变形机理，有针对性的进行有效的控制和优化。本文结合某铁道施工地经验，详细介绍了相关治理措施。

1、工程概况

某铁路隧道穿越了被侵蚀的山丘陵区，呈东西延展分布，有些岩体风化现象较为严重，围岩松散破碎。隧道全长6984米，开掘宽度13米，出口为246米，呈Ⅱ类软弱围岩段，埋深大致20多米，地处南亚热带，年平均气温21.7摄氏度，年平均降水量达到了1300毫米，地下水大多为基岩裂隙水，有侵蚀性。

2、软弱围岩的变形机理

2.1 机理

围岩大变形即软弱围岩隧道中的常规支护围岩发生塑性破坏，其变形没有被有效地约束，变形量远远超过了规范允许范围之内的变形量，或远超过规范允许变形量的变化趋势，或者是在隧道完成二次衬砌较长时期以后，边墙、拱顶、拱角破裂或隆起等现象隧道地质环境不同会影响围岩发生变形的位置及其破坏程度，最终所导致的影响范围也会不同。对分析和控制隧道围岩来说，围岩变形发生的环境及约束条件，和力学机理都起着不容忽视的作用。

2.2 特点及分类

根据不同的环境条件或其他影响因素围岩的变形可以大致分为三种形式，其中受围岩岩性控制的变形包括软弱的泥质页岩、泥灰岩和砂质泥岩等有膨胀性的围岩等等。软弱浅埋隧道的松散围岩形成的压力作用于地下工程支护，在被开挖后围岩重新分布，一些围岩的结构表面会失去强度，成为母岩的分离块，然后在重力作用下发生塌滑，软岩在性变应力较大时会逐渐形成较大的围岩变形。

2.3 原因分析

围岩变形与一般岩体失稳等围岩局部破坏的不同之处主要在于围岩体的塑性变形，并有显著的时间效应特征和累积性扩展内容，与此同时给施工处理造成了较大难度。浅埋隧道处于软弱、破碎地层中的时候，其特点是以垂直下沉为主。而影响隧道变形的主要因素是岩性、地下水和施工工法的不同等，其中也包含不均匀的浅埋软弱地层和拱脚承载力的不足亦或是锁脚锚杆的失效亦或是地表水下渗和开裂等原因。浅埋大跨度的隧道时如果埋藏很浅，隧道上覆岩层就会接近于整体沉陷，而后便不能形成岩石承载拱。如果地质条件再过于复杂，岩体有损坏，或者因为节理发育和隧道围岩的自稳能力差，其围岩支护就会首先发生变形。

3、施工方法

该隧道软弱围岩隧道施工技术采用了锚杆，钢筋网等。在洞口加固的过程中首先要在隧道拱部挖掘一个弧形并在其外部采用钻孔打入法设超前小导管，拆除风动凿岩机回转抓，用冲击锤把小导管打入岩体，使其外插角为8～10度。接着用高压风冲洗管内的砂石，最后不要忘了进行压水实验，检查设备及管路连接是否正常。

在洞身开挖时要把隧道衬砌在轮廓线以外的周边，挖掘相应要求的长度，利用注浆机使浆液在小导管体的注浆孔内渗透，扩散，封闭地层中的缝隙并填充地穴，从而改善和提高围岩的物理学性质。隧道洞身开挖使用手持风动凿岩机钻孔，岩孔直径控制在毫厘之间，其眼间距为30厘米，采用的是直眼掏槽法。隧道每米设27根，沿隧道纵向采用的圆钢要不同于沿横向的圆钢，隧道出口110米围岩软段，洞身挖掘采取半断面法，上半断面在起拱线下一米处左右，下半断面在边墙底边缘，然后进行仰拱开挖，其开挖方式采取弱爆破，短进尺并及时支护的措施，上半断面进尺0.8～1.0米，下半断面进尺1.0～1.2米，其台阶长度约15～20米。根据设计情况，上半断面挖掘进尺55米左右，接着进行下半断面拉槽进洞，这就要求组织机械来挖掉洞口路基土石方，将下导坑边仰坡一次性刷够，用喷射硅喷覆开挖轮廓线外部分。下半断面采取先拉中槽再跳挖马口的策略，形成多个工作面，提高了施工的速度和质量。为了便于机械化作业，中槽挖掘宽度为5～6米，跳挖马口要相互错开，其长度不要超过3米但最好也不要少于2米，间隔约为10米左右。每挖完一个马口就要立刻组织人力进行初期维护，防止围岩大面积的变形甚至坍塌。初期支护手段要采用格栅钢架、喷硅和锚杆、钢筋网三种技术方法相结合。根据支护成形到硅衬砌前这段期间以及喷硅表面的变化，发现只有少数几条微小裂缝，这说明初期支护的作用不容小觑，它在很大程度上保证了隧道施工的安全，尤其是软弱围岩地段。

根据现场围岩地质调研，当隧道上半断面挖掘110m左右时，围岩节理由发育慢慢发展为较发育，无涌水，但少量渗水，围岩裂隙明显减少，整体较为完整，轻微风化。经研究决定，以后将采用全断面掘进施工，严格遵守爆破用药两则，即控制爆破效果的重要环节，积极采用斜眼掏槽方和光面爆破技术。

总结：

其实不管岩层多么软弱，只要我们采取正确有效的措施一样能避免塌方事故，其中施工支护起着至关重要的作用，强有力的施工支护手段便能减缓甚至于阻止围岩变形。软弱围岩的施工现场管理在软弱围岩地段施工过程中，也扮演着不容忽视的角色，这就要求施工生产管理者要有强烈的工作责任心，加大管理力度，同时也要求相关工程技术人员和施工管理人员认真勘察围岩地质，仔细的分析和研究与之匹配且可行的施工方案。不断提高施工管理的规范化和操作程序化。而合理的组织劳动力分配和良好的工序衔接同样能加快软弱围岩施工的进度并保证其质量，从而保证施工工程的质量的。

[1]唐雨春，冯宇．山区隧道洞口浅埋段软弱围岩开挖工法探讨[J]．湖南交通科技，2015,41(3)：130-132

[2]李红哲．软弱围岩条件下浅埋隧道施工关键技术探讨[J]．资源信息与工程，2016,31(6)：162-163

[3]孟凡勇．软弱围岩性质下大跨度浅埋隧道的进洞施工措施和质量管理方法[J]．交通世界，2016(32)：98-99

[4]张勇华．浅埋偏压软弱围岩隧道施工技术解析[J]．企业技术开发月刊，2016,35(3)：145-146