高原地区软弱围岩隧道施工技术分析

文 静

（江苏省中铁十九局第六工程有限公司，江苏无锡 214000）

0 引言

隧道施工主要以跨越山区障碍，实现与道路工程的有效连接，以提高道路交通工程的运输效率及运输能力。但从目前来看，隧道工程施工中受到地质条件等因素影响，制约了隧道施工工程技术的应用，尤其是高原地区软弱围岩隧道工程，由于特殊的地质条件导致隧道施工中安全系数、施工安全质量降低，影响施工经济性。下面以软弱围岩地质条件下的隧道施工技术为研究对象，结合文献对比法和案例分析法，主要以高原那隆隧道工程为例，对高原地区高应力区的软弱围岩隧道工程的施工特点、施工技术应用及施工技术优化进行分析，为促进高原地区软弱围岩隧道工程施工技术应用的合理化提供理论基础，为发挥高原地区隧道工程的作用，提高高原地区隧道工程建设质量提供施工技术层面理论基础，提高经济效益和社会效益。

1 工程概况

拉洛水利工程那隆隧洞位于西藏自治区日喀则市西部、雅鲁藏布江以南萨迦县，是雅鲁藏布江右岸一级支流夏布曲干流上的控制性工程，工程位于海拔4300 m 的地区，高寒缺氧。那隆隧洞（K13+600～K19+517）隧洞全长5.917 km，纵坡0.69‰，采用现浇混凝土圆拱直墙式断面。其设计引水流量为16.47 m3/s。断面设计尺寸确定为3.5 m×3.95 m（宽×高），洞内设计水深2.74 m。

从地质特征上看，主要体现在那隆隧道进口的边坡、出口的边坡、洞身进口及施工支洞等结构处，现对这四部分的地质特征进行分析。

（1）那隆隧道进口边坡。自然斜坡属斜逆向坡，边坡整体稳定。进口桩号K13+600，设计洞底标高4040.00 m。隧洞进口位于申格孜的那隆沟附近，那隆沟槽高程4040～4045 m，斜坡高程4045～4062 m，地形坡度15°～20°，地表发育近东西向小沟。基岩为第三系柳区群（E1-21q）紫红色巨厚层砂砾岩夹泥质粉砂岩，属易软化软岩。岩层产状走向20°～40°，倾SE∠30°～52°。

（2）出口边坡：隧洞出口位于郎拉隆北东侧斜坡，斜坡走向北东，地面高程4053～4069 m，地形坡度25°～30°。北侧为沟口堆积平台，地面高程4039～4043 m。出洞口北东侧斜坡分布第四系覆盖层，覆盖层厚3～5 m。基岩为安山岩及白垩系昂仁组砂页岩（角岩），岩体具“硬、脆、碎”特点。两者接触附近的砂页岩变质为角岩。岩层产状走向80°～90°，倾N∠70°～80°。

此外，洞身进口从那隆以32°走向经过东西向峰谷相间展布的山脊到达郎拉隆东侧的斜坡，沿途地面最高点高程4450 m，最低点高程4066 m（郎拉隆沟）。施工支洞位于那隆隧洞进口段，与主动桩号K14+876 相接，距主洞进口1276 m。施工支洞走向94°，与主洞交角约62°，支洞坡底坡度约10°，洞长约511 m。

2 高原地区软弱隧洞施工基本措施

（1）施工技术人员作业海拔均高于4300 m，高血压、头晕、头痛等高原反应，导致施工人员工作效率降低，尤其是在隧道内2000 m 以上区，缺氧现象更为明显，因此应制定高效的应对措施：①项目部门应配置齐全的医疗工作站、救护车及医疗团队，切实保障和加强项目施工技术人员安全；②需要配置专业的制氧供养区域，配置齐全的供氧设备，其中吸氧室内应配置齐全的抽送风设备，利用通风设备将氧气输送到需求作业现场，如开挖作业面上，以充实隧道施工洞体内的氧气含量，提升施工技术人员的施工效率。

（2）针对那隆隧道海拔高、隧道长、正常施工期短工期压力大的特点，冬季施工技术应得到保障。例如拌合站、堆料仓等施工区域应集中封闭施工，做好地暖的敷设作业，以满足全年无间隙化施工的条件满足。

3 高原地区软弱围岩隧道施工技术分析

高原软弱围岩隧道施工过程中，应重点关注施工技术选择，尽最大可能地满足施工条件，并结合软弱围岩施工的实际需求，以达到软弱围岩稳定性的合理化控制。尤其是在开展科学的施工技术的过程中，应加强高原地区软弱围岩隧道施工技术的实际需求，对地质条件展开详细的勘察作业，并出具地质勘察作业报告，采取科学合理的施工技术方案，并降低软弱围岩对隧道工程的影响，提高施工安全系数。

3.1 土石方全断面开挖技术

高原地区地质条件恶劣，如何选择合适的土石方开挖技术成为隧道施工的关键环节，由此需要强化对软弱围岩的分析与解读，先从理论分析的角度，结合预先设计的施工方案，合理把控土石方开挖技术，以减少对软弱围岩造成的扰动现象，提升软弱围岩地质条件下的土石方开挖技术的施工效率，降低施工过程中不安全系数。针对高原区域，软弱围岩的级别一般分为Ⅳ级和Ⅴ级，以此类岩层为例，可选择的土石方开挖技术包含有明挖、洞内V 类围岩开挖、洞内IV 类围岩开挖。

（1）明挖施工。首先按照设计图纸，洞脸边坡削平处理，并及时喷锚支护，并选择分层、分段开挖，直到洞脸边坡开挖完成以后，才开展洞内开挖，实施由外向里、自上而下地分台阶开挖，同时在开挖的过程中要做好排水处理。

（2）洞内V 类围岩开挖。要按照微台阶、弱爆破、强支护等开挖原则，避免因为围岩自身稳定性能力较差导致塌方危险事故的发生。首先，钻深孔作为降排水及超前地质预报措施；为防止洞内塌方，应选择使用超前小导管注浆法，起到超前支护和加固围岩稳定性的作用。对洞内的边墙结构使用C15 混凝土进行回填处理，确保洞内墙体结构能够承受足够的承载力。采用双液注浆堵水，增加喷锚的厚度等。

（3）洞内IV 类围岩开挖。选择使用断面一次开挖或者台阶法分布开挖。

在土石方开挖作业环节中，应对开挖的步距进行科学控制，提升土石方开挖的质量，并符合隧道施工技术的稳定性，为后期的地基支护作业奠定坚实基础。

3.2 隧道掘进技术分析

隧道掘进施工技术的应用是实现隧道工程施工环节重要组成部分，也是为科学开展隧道工程、提升隧道施工技术高效开展的关键环节，因此针对软弱围岩地质环境来说，应结合其勘察实际情况，如对物理性质、开挖面积等参数进行明确和综合分析，才能够科学地选择隧道掘进施工方案，制定可行性、安全系数高的隧道掘进施工流程，提高隧道施工的安全性及稳定性。隧道掘进施工过程中，主要采取先爆破，再开挖，两者相互结合的钻机钻眼方式，以确保隧道掘进施工的质量。同时尽可能地控制隧道的收敛及变形形式，当变形值达到一定范围后，促进软弱围岩的稳定性得到有效保障。

3.3 超前支护技术分析

超前支护技术的应用主要是以管棚、超前小导管等进行科学使用，并结合软弱围岩的地质环境，选择合理的锚固形式，以刚架材料为锚固主材，以促进软弱围岩施工质量得到提高。对于超前管棚来说，其施工难度较大，管长的确定需要依据隧道工程技术实施的具体情况，促进高原地区隧道施工质量的进一步提升。管棚长度一般选择3～5 m。超前小导管的使用主要是结合注浆的方式，将胶结的浆液灌入到软弱围岩结合系统中，并促进软弱围岩的使用性质得到提高，隧道施工安全性也得到保障。因此，超前支护技术的实施，是加固隧道施工周边围岩的有效方法。

3.4 锁脚锚杆技术

隧道下断面结构开挖之前，需要施行锁脚锚杆施工技术，主要针对边墙超前锚杆技术的应用方式为主，以满足锚杆结构或者系统能够达到受力的稳定性，提升超前锚杆施工技术的质量，避免因为软弱围岩承载力不足所难以满足的地基支护效果，以此高效性的提高软弱围岩隧道的施工技术应用效果，提高隧道施工质量。锁脚锚杆技术应用的过程中，应选择尺寸参数、功能效果等合理化的垫块、钢槽结构，减少支护作业带来的影响。

3.5 正面进洞及洞内施工技术

正面进洞技术和洞内施工需要围绕针对软弱围岩结构的实际勘察结果，选择利用科学的虚拟洞门及改善围岩方法的措施，来提升方法的合理化应用。在软弱围岩施工过程中，应注重对泄水情况的统计分析，明确泄水的主要原因，针对泄水部位结构，选择合理的防治措施，避免泄水后围岩结构的承载力稳定性发生变化，同时应提高正面进洞、洞内施工方法的应用质量，科学化规避施工过程中的安全隐患。

4 高原软弱围岩隧道施工方案的优化方式

4.1 形变量大小的科学预留

断面开挖作业的过程中，应首先以保障隧道净空尺寸、结构尺寸符合设计规范的要求，同时还要结合支护作业过程中产生的形变量，对断面开挖施工技术的选择进行综合分析。图1 和图2 分别为计算弯矩图和变形图。

针对预留形变量的计算，应以如下参数为依据，如断面结构的尺寸、支护类型、围岩结构的级别等，以此来控制计算结果符合规范要求范围，并依据软弱围岩所处的地理环境，预留变形量可在合理范围内适当调整，调整方法一般选择工程类比法。仰拱施工技术应用过程中，应明确测量数据的准确性，当局部支护技术的形变量达到预先设计的1/3时，要选择注浆的方式，将对应形变量控制在30 cm 以内，这样不仅能大大节约成本，同时还能促进施工技术的合理实施。

图1 计算弯矩

图2 计算边形

4.2 以初期支护闭合成环的时间来设计和优化施工方案

支护过程中，会出现基础下沉、形变量加大或者开裂现象，因此在初期支护施工的过程中，应合理控制中、下两部分台阶的距离，同时仰拱的施工速度要不断加快，以控制初期支护闭合成环时间的尽量缩短。由于有关标号路段没有及时进行仰拱作业，则可能发生拱顶结构下沉现象，一旦发生超出预设距离的30 cm以上，则会对工程安全施工造成巨大影响，也增加了工程的成本和造价。

5 结束语

为了提高高原软弱围岩隧道施工安全系数，降低软弱围岩地质环境对隧道施工的影响，提升隧道项目的质量，本文以那隆隧道项目施工为例，重点探究了软弱围岩环境下隧道施工方案，并对其施工技术的选择进行了合理分析与评估，为促进隧道施工技术应用稳定性提供理论支撑，具有较大的经济和社会效益。