高地应力软岩大变形隧道施工技术

戈玉龙

高地应力软岩隧道施工危险性高、地形复杂、施工时间长，所以在施工期间，要进行充分的研究，并合理地采用隧道施工技术，这样便可以保证施工的安全性和施工的整体效果。

高地应力软岩隧道施工是一项极为复杂的工作，若无法采用合理的施工技术，那么就很有可能引发施工风险，并且也难以保证隧道施工的整体质量。

一、高地应力软岩大变形隧道施工质量控制技术

1.加强预留变形量

在进行隧道施工期间，要通过实际状况，来合理地加强预留变形量，这样便能够保证支护发生侵限时还可留有足够的变形量。在刚开始进行支护的时候会出现相应的位移，利用该方法，可以让地应力得到足够的释放，降低作用二次衬砌载荷，从而能够使隧道施工更加具有安全性。不过在施工期间，若未能保持好预留变形的话，那么在施工期间，二次衬砌厚度就达不到标准要求，这样就无法保证施工的安全性。比如在进行隧道施工时，依据隧道围岩分布以及变形的实际情况，在隧道的周围把变形预留量加大了0.8m，从而有效地改善了支护侵限问题，同时还让地应力得到了完全的释放，解决了二次衬砌受压问题，从而使隧道结构更加具有安全稳定性。

2.优化施工

软土隧道变形情况会影响到施工期限和工序。而想要降低变形程度，那么就要注重一个字，那就是“快”。具体来讲就是在施工时要进行快挖、快支、快封闭。同时还要根据实际的施工情况来采用合理的施工方式。其中快挖是指在施工时要尽可能地节省工期，避免在施工期间出现影响施工进程的状况；快支指的是要以最快的速度进行支护施工，在开挖结束以后，要马上对岩面进行封闭，以有效地维护好原岩，防止围岩长期裸露在空气里，从而得以使施工顺利的进行；快封闭，能够让支护结构以最快的速度改善受力条件，从而有效地抵挡住压力，这样一来便可有效地降低围岩变形的程度。

对相关的施工进行分析可以了解到，对软岩隧道进行开挖时，台阶法效果最为理想。在施工过程中，若能合理的采用此施工方法，不但可以减少封闭时间，同时还可提升支护成环速度。通常在施工期间，核心土的高度要保持在2.4m上下，长度则要保持在2.9m上下。而台阶的长度为：上部台阶要保持在3m～5m上下；中部台阶要保持在5m上下；而下部台阶要保持在6m～7m上下。同时要注意的是，下部台阶和仰拱之间的长度要控制在15m上下。

根据多年的施工经验发现，在施工期间，隧道变形控制工作至关重要。通常，对下部台阶进行接腿时，时间要少于9d，而且封闭仰拱的时间要低于15d，若遇到特殊情况，则要按照工程的实际状况来设立符合要求的横撑结构，以确保施工的有序开展。

3.仰拱

在高低应力隧道施工中，仰拱极为关键。高地应力软岩变形地段，仰拱要在开挖工作结束后开展，仰拱距开挖面下台阶长度通常要小于15m。任何一环仰拱开挖的长度都要小于4m，开挖后马上使用U型钢架、钢筋网来开展支护施工，让支护系统封闭成环，然后马上对仰拱混凝土进行施工，这样就可以使支护系统的受力达到最为理想的效果。

4.提升支护刚度

在进行隧道施工时要遵照“提高初期支护强度，杜绝拆卸”的要求来进行施工，这样便可保证施工能够顺利开展。如果隧道产生了大范围的变形情况，那么则最好采用钢架支护体系，以保证施工的整体质量。如果轴向水平挤压应力比横向水平挤压应力大的话，则要控制好钢架纵向的连接工作。而且还要加大对隧道变形问题的研究力度，然后根据研究结果，在拱部钢架间合理的增设纵向连接钢架，利用此方法能够使支护结构刚度符合规定要求，从而得以保证施工的整体质量。

5.二次衬砌

高地应力会导致软岩产生明显的变形，同时还会形成明显的流动性，而且无法以最快的速度达到理想的平稳性，尤其在低强度应力下，若想保证平稳性，那么至少要2年到3年。而如果采用等待的方法，不但需要很长的时间，并且在施工过程中会产生位移的情况，这样就无法保证施工的整体质量。在进行施工的时候，如果不断进行拆除和更换，那么对于施工的质量也会造成很大的影响。上面我们提到过，在施工期间进行二次衬砌对于施工至关重要。具体表现在，对刚强结构进行浇筑，能够抵挡得住由变形所产生的压力，从而保证隧道结构和围岩的平稳性。

6.喷射混凝土

在进行高地应力软岩大变形施工期间，喷射混凝土时，强度等级要达到C20，喷射厚度则要达到26cm。通常喷射分成出两个阶段，分别是初喷以及复喷，在初喷时，厚度要达到4cm，复喷则要达到22cm。初喷混凝土属于围岩的首层支护，能够避免新裸露的洞壁围岩出现风化现象，这样一来便可以减轻围岩承载力；能够将围岩开挖轮廓的不平整处填平；能够降低甚至清除掉应力集中的情况，从而加强围岩的平稳性；对围岩进行封闭，可使接下来施工更加的安全。

在初喷结束以后，要马上开展锚杆施工，随后再进行复喷混凝土施工，在完成以后才可开展接下来的开挖工作。刚进行喷射的混凝土强度高，和围岩黏结能够保证稳固性，可很快和围岩构成拱形整体，一同来承担负荷压力，这样就可以使围岩更加稳固，同时还能够加强围岩的承载力。

7.锚杆

上面提到过，在初喷混凝土施工结束后，紧接着就要进行锚杆施工，锚杆杆体要达到直径22mm，螺纹钢长度要达到4m，环向、纵向间距则要达到1.2m，设置成梅花形，锚杆要和围岩形成垂直状态。在锚杆端头处设置铁垫板，在进行施工期间使用螺母稳固垫板，保证其能够和岩面紧密地衔接。锚杆杆体在孔里的长度要超过设计长度的95%，裸露在外的长度要比喷射混凝土厚度小。

8.隧道开挖方法和钻爆技术

隧道开挖的优势在于能够降低一次性开挖面积，每个部位都可以实现错开开挖，可降低掌子面高度，保证其平稳性，而且还能够减少开挖和支护的时间间隔，保证开挖处可以马上得到支护。

使用微振控制爆破技术，使装药量与延期时差可保持在合理的范围内，保证爆破振速的合理性，降低给附近围岩所造成的影响。隧道高应力段以IV级围岩为主，其每循环进尺要在2m～2.4m的范围，附近眼线装药密度要在0.075kg/m～0.1kg/m的范围内，平均装药量单耗要保持在0.55kg/m～0.65kg/m的范围，附近眼环向间距要保持25cm～30cm的范围，而外插角则要保持在1.5°～2°的范围。

二、工程实例

一项隧道施工总长达到了3 3 2 5 4 m，埋深是9 7 2 m。在检测后了解到，施工的水平钻孔的最高主应力平均值达到了21.47MPa，最小平均值则是10.52MPa，垂直钻孔最大主应力平均值是17.28MPa，最小则为9.21MPa。

在进行工程设计的过程中，原锚杆长度是2.5m，喷C20混凝土，以台阶法为主。在实际施工期间，水平方向出现了明显的变形，所以要采取有效的处理。具体方案为：采用柔性设计，通过锚注支护改进围岩，以加强刚度支护效果。同时以最快的速度封闭成环，最终使施工得到了有序的开展。

完善设计方案，并在隧道施工结束以后，还要做好管控工作，通过一周的工程检验，了解到收敛速度达到了3mm/d，不过在一周后，初期支护管控量测数据的收敛速度降低到了2mm/d，变形速度逐渐减慢，从而减轻了隧道变形的程度。

三、结语

考虑到高地应力软岩大变形隧道施工风险度高，并且地形复杂、施工周期长，所以一定要掌握支护、喷射混凝土、二次衬砌、隧道开挖方法和钻爆等一系列技术，这样一来便可以保证隧道的整体施工质量。