浅埋隧道软弱围岩隧道设计施工优化技术研究

摘要：为研究浅埋隧道在软弱围岩的隧道支护设计及施工，文章针对软弱围岩的特点，结合工程实例，通过不同的支护方案及施工方法对比，对浅埋隧道软弱围岩隧道设计及施工进行优化分析。研究结果表明：对于在软弱围岩地区的浅埋隧道可以采用喷射混凝土加锚杆的支护结构，并且可以通过增加喷射混凝土的厚度来保证隧道的安全;提高混凝土的强度等级同样有利于隧道的安全，但其效果不如增加喷射混凝土厚度明显和经济;当采用CRD方法进行浅埋隧道施工时，对隧道的安全较为有利。

关键词：浅埋隧道;软弱围岩;支护结构;施工方法

0 引言

近年来，我国的综合国力显著提高，社会发展的进程不断推进，国家基础设施的建设快速发展，尤其是隧道及地下工程方面的建设呈爆发式的增长[1]。然而隧道工程在施工时，常常会遇到恶劣、复杂的地质环境，如在黄土地区、高海拔地区、岩溶地区等，亟须解决施工中的各种技术难题。由此，众多学者对复杂地区隧道的设计及施工其进行大量的研究，其中高世军等[2]对隧道支护结构的压溃机理进行研究;刘新荣等[3]对支护结构的开裂进行分析，提出支护结构开裂失稳的原因，并提出对应的施工加固方案;杨明举[4]通过研究提出采用地表加固的隧道开挖方法;梁勇旗等[5]对浅埋隧道的多种不同施工方法进行研究;白传鹏等[6]对开挖大跨度浅埋隧道的力学特性进行研究，发现隧道的最大拉应力出现在拱顶、拱腰及拱底等部位。

本文在现有研究的基础上，对软弱围岩的特点进行分析，并结合实际的工程案例对不同的浅埋隧道支护结构及施工方法进行研究。

1 软弱围岩的特点

围岩主要是由涂层、岩体风化层等岩层所组成。软弱围岩其岩体的粘结力较弱，存在较为严重的破碎，在进行开挖时，颗粒间的摩擦无法保证岩体的稳定，故软弱围岩存在不稳定、易坍塌的特点;软弱围岩施工时经常会遇到泥岩、页岩等软质岩，软质岩遇水时容易发生软化变形;再者当软弱围岩在进行洞室开挖后周围的岩体及自身的结构面没有组织的抗压力及抗压度，容易发生安全事故。因此对于在软弱围岩地区进行隧道开挖时，必须采取一定的支护及较为合理的施工方法。

[=XQS（]浅埋隧道软弱围岩隧道设计施工优化技术研究/武建华[=JP2]2 隧道设计及施工优化

本文以某地区的某个浅埋隧道工程案例为背景。本工程中在确定隧道安全性的前提下，对隧道进行分段施工，并对不同施工段内的隧道采用不同的隧道支护方案及施工方法进行研究。

2.1 隧道的支护结构及施工方案

本隧道的支护结构在两个区内均相同，均采用喷射混凝土加锚杆的支护结构，所不同的是对支护结构中的喷射混凝土强度等级及喷射的厚度参数进行调整。本隧道施工时主要采用两种施工方法：（1）CRD法，该施工方法的断面示意图如图1（a）所示;（2）单侧壁导坑法施工，该施工方法的断面示意图如图1（b）所示。分别在隧道一区采用CRD法，在二区采用单侧壁导坑法。在进行隧道的开挖施工时，按图中1、2、3、4的顺序进行开挖，并依次进行锚杆施工及喷射混凝土的施工。隧道的具体支护方案及施工方法如表1所示。

2.2 隧道的监测

为研究支护结构的应力变化及隧道位移的变化，在隧道施工时对隧道的拱顶、左右拱腰及拱底进行监控，主要是在隧道内布设应力感应器，对其施工过程中支护结构的应力进行分析，同时在隧道内布设位移传感器，以便测得隧道的沉降变化。

3 结构分析

3.1 支护结构应力分析

本文对本次施工过程各个施工支护方案的支护结构应力进行分析，并对统计的结果进行曲线绘制，具体如表2所示。

从表2中可以看出，不论是在哪种支护方案下，在隧道的拱脚及拱腰处其应力值较大，说明在隧道的拱脚及拱腰处易造成应力集中现象。对比在同一施工方法下的方案1与方案2可以发现，当在混凝土强度等级相同的情况下，增大喷射混凝土的厚度，各处的应力值均大大减小，说明增加喷射混凝土的厚度能有效减小支护结构的应力;对比方案1与方案3可以发现增大喷射混凝土的强度等级也对支护结构有利;但对比方案2与方案3可以发现，增加喷射混凝土的厚度对支护结构的作用较为有效。对比不同施工方法下的同一施工方案可以发现，采用CRD法施工其支护结构产生的应力值均比单侧壁导坑法施工支护结构产生的应力值要小，说明采用CRD法施工对支护结构较为有利。

3.2 隧道位移分析

本文对本次施工过程中的一区二段的施工方案2及二区二段施工方案2的隧道拱顶位移进行分析，对统计的结果进行曲线绘制，具体如图2所示。

从图2中可以看出，CRD法施工与单侧壁导坑法施工时对隧道在拱顶处产生的沉降变化趋势大致相似，并且最终产生的最大拱顶沉降值相近，均约为1.7 mm。所不同的是单侧壁导坑法施工时隧道拱顶沉降发生突变的点更提前，说明单侧壁导坑法施工较为不利，隧道需及时做好支护结构，以防止隧道拱顶沉降突变。

4 结语

本文为研究浅埋隧道在软弱围岩的隧道支护设计及施工，通过实际的工程案例对其进行研究，对比采用不同的支护方案及施工方法，并对其结果进行监测。研究结果表明：对于在软弱围岩地区的浅埋隧道开挖时可以采用喷射混凝土加锚杆的支护结构，并且可以通过增加喷射混凝土的厚度来保证隧道的安全，提高混凝土的强度等级同样有利于隧道的安全，但其效果不如增加喷射混凝土厚度明显和经济;当采用CRD方法进行浅埋隧道施工时，对隧道的安全较为有利。本文仅对软弱围岩中浅埋隧道的部分内容进行研究，相关研究还有待进一步进行，如其他类型的隧道支护结构及其他种类的施工方法等。

参考文献：

[1]洪开荣.我国隧道及地下工程发展现状与展望[J].隧道建设，2015，35（2）：95-107.

[2]高世军，张学民.地形与地质构造偏压隧道结构受力分析[J].中外公路，2009（5）：204-207.

[3]刘新荣，郭子红，谢应坤，等.不良地质下偏压隧道支护结构开裂与治理分析[J].工程勘察，2010（5）：1-5.

[4]杨明举.浅埋偏压隧道地表预加固及施工影响分析[J].公路，2008（10）：270-272.

[5]梁勇旗，刘丰铭，刘新荣，等.施工顺序对浅埋偏压黄土隧道稳定性的影响分析[J].地下空间与工程学报，2013（9）：1 931-1 935.

[6]白传鹏，王兴昌，张清光，等.超浅埋大跨偏压隧道双侧壁导洞法施工力学特性分析[J].土工建筑，2017（31）：747-752.

[7]江 杰，蒲 鷗，刘刚伯，等.基于围岩亚级分级的浅埋偏压隧道初期支护优化研究[J].公路，2017，2（2）：218-223.

[8]董志明.大跨度浅埋隧道围岩压力的研究[J].公路，2014（8）：273-277.

[9]《中国公路学报》编辑部.中国公路交通学术研究综述[J].中国公路学报，2012，25（3）：2-50.

[10]《中国公路学报》编辑部.中国隧道工程学术研究综述[J].中国公路学报，2015，28（5）：1-65.

[11]JTG D70-2014，公路隧道设计规范[S].

[12]TB10003-2016，铁路隧道设计规范[S].