尚岗一号隧道软弱围岩施工技术

李成业

摘要：隧道软弱围岩强度低、自稳能力差，开挖后隧道周边产生较大的松动圈，常因工程措施和施工方法不当引发初期支护变形侵限和隧道坍方等工程问题。尚岗一号隧道软岩地层主要有泥岩、砂岩等，有微膨胀性。软岩隧道施工中存在的主要问题是变形大、易坍塌、进度慢，软岩变形侵限、塌方处理时间长、安全隐患大。因此软岩隧道施工首先是控制变形和预防坍塌，其次是加快施工进度。

Absrtact： The weak surrounding rock of the tunnel has low strength and poor self-stability. After the excavation， there is a large loose circle around the tunnel. Engineering problems such as initial support deformation and tunnel collapse are often caused by improper engineering measures and construction methods. The soft rock strata of Shanggang No. 1 Tunnel are mainly mudstone， sandstone and so on.The main problems in soft rock tunnel construction are large deformation， easy to collapse， slow progress， soft rock deformation， long time to deal with collapse and large hidden danger of safety.Therefore， the construction of soft rock tunnel is to control deformation and prevent collapse first， and then to accelerate the construction progress.

关键词：软弱围岩；变形；坍塌；预防

Key words： soft surrounding rock；deformation；collapse；prevention

中图分类号：U45 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）16-0139-03

0 引言

当前，随着一轮一轮铁路建设项目的开工，长大隧道和高风险隧道的修建将会越来越多，西南地区隧道软岩地层频繁出现，隧道施工中存在的安全隐患应引起施工设计的高度重视，采取有效的管理和技术措施避免事故的发生是隧道工作者最为关心的问题，本文针对尚岗一号隧道隧道的施工，仅从施工技术方案选择、施工措施方面谈一些建议，以期对软弱围岩的施工设计起到指导作用。

1 工程概况

玉磨铁路21标段位于云南省勐腊县勐腊镇及尚勇镇内，工程所承担的隧道施工主要工程量为单线隧道5座15003延长米。最长隧道尚岗一号隧道长5790m，是标段的控制性工程，隧道最大埋深480m。地层岩性主要为砂岩、泥岩，岩层节理发育、挤压破碎、断裂构造及牵引褶曲较发育、整体性差围岩富含水，岩体遇水软化严重，隧道涌水量12000m3/d，雨季最大涌水量14400m3/d，围岩等级为Ⅳ、Ⅴ级围岩。隧道主要的不良地质为滑坡、坍塌、顺层偏压、，特殊岩土为软土（岩）、膨胀岩、石膏及盐岩。

2 软岩大变形的原因和定义

尚岗一号隧道软弱围岩强度低，遇水软化膨胀，施工中围岩发生膨胀过渡松弛是发生大变形的基本原因，超过容许变形值的变形都可以定义为大变形或过度松弛变形。一般Ⅳ级及其以下的深埋软弱围岩地段，当洞周水平相对收敛值大于2%时，可认为发生了软岩大变形。

3 软岩变形的危害

根据观察，该隧道软弱围岩发生大变形的段落，一般出现在掌子面后方25～30m处。主要表现在初期变形位移速度非常大，变形的绝对值也大，如果不采取措施加以控制，极易出现坍塌、“关门”等事故，造成不可预计的后果。大变形的危害：断面收敛、拱脚拱顶下沉、拱腰出现纵向开裂、基底鼓起等，往往导致支护结构的失效、侵限和围岩塌方，威胁施工人员安全，影响工程质量，增加工程造价，后序的处治难度非常大，给隧道衬砌结构长期稳定留下隐患，并可能引发隧道渗漏。

4 软岩大变形施工措施

4.1 施工遵循的原则

“变形”控制，实质上是“围岩松弛”控制，是必须通过开挖和支护两大技术来实现的。因此，首先要做好地质超前预报，探明地质情况；二是要做好超前支护，加固补强掌子面前方围岩；三是选择合适的开挖工艺工法；四是初期支护及时和仰拱尽早封闭成环；五是围岩量测正确，数据分析合理；六是适时施做二衬，确保安全质量。总之，在软岩大变形段施工应采用“加固围岩、预留变形、先柔后刚、先放后抗、刚柔并举、分次支护、及早封闭、底部加强、信息化施工”的综合治理措施，采用喷锚支护复合结构。软岩大变形衬砌支护采取主动式（柔性）与被动式（刚性）相结合的综合处置方法，在适当控制下产生一个合理的塑性圈，允许变形，有控制地释放围岩变形能，且尽可能保护围岩的强度不致快速下降，不产生大的松动圈。

4.2 隧道大变形处理措施

主要有以下幾种：

①开挖前，主要有超前支护、超前加固，采用接近圆形的断面等。

②开挖中，小断面开挖，加大预留变形量，临时支护及仰拱等。

③初期支护，加大钢架规格型号、采用可缩式钢架、增加喷层厚度、双层初期支护、长锚杆等。

针对不同情况，采用一种或几种措施组合就可有效抑制变形的发展，保证施工及结构的安全。

4.3 软岩大变形地段施工控制要点

4.3.1 控制超前支护施工质量

易于发生大变形的围岩，必然伴随发生较大的掌子面挤出变形，两者是密切相关的。一般情况下小导管的外插角在5～10°之间，大变形软弱围岩的超前小导管长度为4.0m左右，每两到三榀拱架施作一次，搭接长度1.6～2.4m，安装后按设计要求进行注浆。软弱围岩大变形其中一个重要的原因是围岩节理以张性为主，空隙很大，开挖之后应力圈很快释放成为松散圈，在围岩本身自重及相邻围岩的挤压作用下即产生变形，且松散圈顺法线方向逐步向外围扩展，从而导致围岩长期变形而不能稳定；另一个重要原因是围岩易受裂隙水侵入软化而导致自稳能力降低、自重增加。因此，超前小导管安装后必须要按设计要求做好注浆工作，并加大注浆压力（一般控制在2MPa以上），对周边围岩起到提前加固和堵水作用，以提高围岩自承能力。

4.3.2 选择安全合理的开挖工法

大变形软弱围岩段落的施工，选择合理的开挖工法至关重要，尚岗一号隧道断面形式采用三台阶临时仰拱施工方法。

4.3.3 控制开挖进尺

由于软岩地段多数围岩地应力较大，减小临空面是有效控制围岩应力释放的最好方法。实践证明：掌子面每循环进尺一榀钢架长度，中下台阶落底不能超过2榀钢架长度，仰拱开挖长度最大控制在3m，可有效控制初支的开裂变形。

4.3.4 做好隧道钻爆设计

减少扰动，控制超欠挖，避免应力集中。软岩隧道开挖掘进采用微震光面爆破技术，尽量减弱减少对围岩扰动，提高开挖质量，确保施工安全。

4.3.5 确定合理施工安全步距

施工步距是控制安全的关键，步距过长，则围岩收敛发展速度快，且变形时间长；如步距过短，则各工序相互干扰，施工无法正常快速开展。一句话，安全步距既满足施工需要，又要初支及早封闭成环。经过实践证明，仰拱与掌子面距离一般控制在15m以内，二衬与掌子面的距离控制在50m以内，是软岩大变形隧道比较合理的步距。

4.3.6 控制型钢钢架施工质量

严格按照设计及验标要求进行拱架的制作和安装。钢架（工字钢）底部加设槽钢（I18钢架采用[20槽钢垫实，以增大钢架持力层面积。喷射混凝土前槽钢底部以上15cm左右高度范围内用砂或虚土回填，槽钢每榀布置一节，节长30～40cm，这样既可控制钢架下沉，又可保证上下台阶钢架的连接质量，并为下台阶施工提拱方便，如图1所示。

在围岩破碎地段加强每榀钢支撑的纵向连接，将连接钢筋的环向间距加密为每50cm一道，以提高钢架间支撑刚度及强度。

4.3.7 拱部组合注浆锚杆施工质量控制

上断面开挖后形成临空面，临空的围岩体存在坍塌区、松弛区及稳固区呈发散状分布，因此必须严格控制拱部中空锚杆的施作质量：其长度必须按设计长度（打入稳固区）施作；严格按照施工工艺施作；控制注浆压力，确保固结周边围岩。

4.3.8 喷射混凝土质量控制

喷射混凝土的主要目的是使喷射混凝土能与基层结合紧密，密实和牢固并尽可能的减少回弹量。喷混凝土采用湿喷工艺，喷射砼要严格遵循分片喷射、从下到上、拱部闭合的喷射顺序，喷头作连续不断的螺旋形运动，后一圈压前一圈1/3。喷射线自上而下呈“S“形运动，使喷层厚度均匀，严禁将喷头静止对着一个地方喷射。操作人员操作喷嘴时保持喷嘴和底面的合适的距离，喷头必须尽量保持与岩面垂直，才能保证砼的密实性，钢筋保护层厚度大于3cm。喷射过程中发现有脱落的石块或混凝土块被钢筋网卡住时要及时进行清除。在一般地段，可以不要求一次就能喷到设计厚度，当喷混凝土厚度不够时进行补喷即可。在软岩变形较严重地段，围岩开挖后变形较快，一次喷射厚度不足或质量不佳时，无法提供有效的结构抗力，同时二次喷射混凝土与第一次喷射混凝土粘接效果受到影响，因不密实而形成缝隙，容易造成混凝土剥落、掉块，故必须设法一次喷射到位，并针对拱顶回弹大的情况，采取在拱顶2m范围纵向增设网片，这样能明显增加网喷的有效性，在一定程度上避免了支护后的变形。

4.3.9 加强监控量测

施工过程要切实加强监控量测，随时掌握围岩的变形情况，以指导下一步施工。隧道监控测量工作紧跟开挖、支护作业进行布点和监测。量测数据运用工程类比法及时分析反馈，根据分析结果及时调整下一步支护参数，若发现预留沉降量不能满足要求时，要及时采取加固措施，控制变形，主要方法是施作临时套拱，加做径向注浆，即加强初支（二次补强），以稳固周边围岩，确保施工安全。

5 施工过程中产生大变形地段可采取的应急措施

①如相邻段初支尚未发生变形，掌子面稳定，应停止开挖，未施工二衬段进行二次初支，采用型钢临时加固（含仰拱部位），加快二衬施工进度。

②如相邻段初支尚未发生变形，或变形尚轻微，掌子面存在不稳迹象，应立即采用沙袋回填坑道，回填长度不小于10m，对未施工二衬段初支采用5m长自进式长锚杆（间距1.5m×1.5m）结合工20型钢（间距0.5m）加固，加固范围包括墙脚部位，锚杆应与原有加固钢架焊牢固，并加快二衬施工进度。

③如相邻初支变形加大存在坍塌危险时，应立即将施工人员和机械设备撤退到安全区域，并向危险区域抛填沙袋。

④提前浇筑相邻段。

6 结束语

综上所述，对于控制软岩大变形只要做到超前预判、超前支护、超前加固到位，选择合适的开挖工艺工法，预留合适的变形量，初支及时紧跟到位，围岩量测及时准确，仰拱及时封闭成环，严格工艺标准，切实抓好过程控制，必要时进行二次初支加固，就能避免变形超限侵限、避免二次開挖换拱、避免塌方，就能保证安全、保证质量、保证进度，避免效益流失。

参考文献：

[1]玉磨隧附[M].成都：中铁中铁二院集团有限公司，2010.

[2]铁路隧道工程施工质量验收标准[M].北京：中国铁道出版社，2004.

[3]铁路隧道工程施工技术指南[M].北京：中国铁道出版社，2008.