软弱围岩隧道施工方法及施工工艺研究

刘 鹏

（中铁上海工程局集团第一机械化施工分公司，安徽芜湖 241000）

人们生活质量不断得到提升，交通需求逐渐提升，公路交通以及铁路交通的出现为人们提供了更多样化的出行方式，提升人们交通出行的便利性。隧道工程建设质量与人们的出现安全具有紧密联系，社会对于隧道工程施工给予更多重视[1]。软弱围岩自身的稳定性能以及强度相对较差，进行隧道施工时，没有采取合适的施工方法易引起塌方事故，应加强软弱围岩隧道施工方法以及施工工艺措施的研究，提升软弱围岩隧道工程质量。

1 软弱围岩隧道工程特征以及潜在安全风险源

1.1 软弱围岩隧道工程特征

软弱围岩隧道工程施工与其他隧道施工具有明显的特殊性，在施工过程中所受到的地质环境影响更明显。在进行软弱围岩隧道施工时，应充分了解软弱围岩地质的特点以及软弱围岩隧道工程的特点，加强隧道施工技术的事前有效管理。隧道工程中的软弱围岩地质主要是指破残积土，这种地质主要是在湖水以及河水的长期冲刷作用下逐渐形成，包含不同种类的堆积土质，土软弱围岩土质当中的材料以及填充物较复杂[2]。软弱围岩的土质特点造成实际施工过程的性质不稳定以及易膨胀的特点，这类土质摩擦力较小、黏着力较弱。在软弱围岩隧道实际施工过程中，软岩土质较容易被扰动，周围出现松动情况，旁边的围岩所受的压力会逐渐增加。软弱围岩隧道后期施工过程，施工动作易引起周边围岩结构发生变形，再次影响隧道工程的稳定性以及安全性[3]。软岩隧道工程施工过程摩擦力相对较弱，挖掘过程局部受力施工过程不同形式崩塌问题发生概率更高，整体施工难度成倍增加。

为了提高软弱围岩隧道施工过程的结构稳定性，通常会采取不同施工环节的分部施工管理，导致软弱围岩隧道工程施工进度缓慢、施工周期较长。软弱围岩隧道施工过程所使用的不同施工技术以及施工工艺，导致地质结构不同种类的变化，在施工过程需要不断调整施工计划适应实际的施工情况。参与软弱围岩隧道施工的人员均面临较大的安全风险，施工过程中各种安全隐患的发生概率较大，对于施工人员的业务素质以及心理素质要求较高。

1.2 软弱围岩隧道工程潜在安全风险源

软弱围岩隧道工程施工过程的潜在安全风险源主要包括软弱围岩浅埋与偏压、土质隧道、大埋深软岩隧道、断层破碎带、结构面发育的块状岩体地段以及不同岩层接触带地段。在软弱围岩浅埋地段进行施工时较难形成拱，较易出现局部塌方问题。偏压地段隧道支护结构所承受的荷载力处于明显的不对称状态，极易引起变形过大或塌方问题。进行土质隧道部分施工时，没有加强初期支护强度会引发局部塌方的问题。大埋深软岩隧道开挖时较易出现洞壁岩体剥离以及显著位移的情况，没有进行足够强度的支护会引起支护变形过度以及塌方等问题。断层破碎带、结构面发育的块状岩体地段以及不同岩层接触带地段隧道施工过程较易出现突水、塌方以及涌泥等风险[4]。

2 软弱围岩隧道施工方法

2.1 环形导坑施工法

环形导坑法是软弱围岩隧道施工当中应用频率最高的一种施工方法，主要应用于隧道洞口浅埋段施工中。施工人员在超前管棚下按照隧道本身的环状轮廓线开始开挖作业，形成一个高度约2.50 m的环形导坑。完成导坑开挖后，在施工初期阶段就应进行支护，施工过程进行爆破时应尽量选择微振或风镐的形式，将各个循环进尺的宽度控制在0.80 m。按照施工顺序可以将环形导坑法施工划分为拱部环形导坑开挖、初期支护、上台阶开挖、左墙开挖及支护以及右墙开挖及支护等8个施工步骤。施工人员使用环形导坑法进行施工时应严格控制台阶高度，主要是因为在地下工程施工过程对台阶高度具有一定约束，应进行台阶高度分配工作。在进行隧道施工时，面对的施工空间大小较固定，在对台阶高度进行分配时应确保施工安全以及施工效率，确保所有施工环节的可行性，为隧道工程质量提供有力保障。

2.2 短台阶七步平行流云施工法

施工人员在实际施工过程应灵活应变，结合实际的施工情况选择最合适的隧道施工方法，能够最大限度地保证隧道整体的施工质量[5]。短台阶七步平行流云施工法属于一种相对较成功的隧道施工方法，一般情况下在进行软弱围岩隧道施工时，使用这一施工方法能够实现隧道开挖方式以及支护手段的灵活选择和利用。

短台阶七步平行流云施工法与其他施工方法相比，更适用于软弱围岩的复杂地质环境，应用过中程最重要的是应充分结合实际的施工情况[6]。最初应用阶段会在隧道拱部上部断面直接进行开挖作业，期间应进行初期支护，保证支护力度足够。进行边墙左侧以及边墙右侧开挖时，应结合实际情况进行针对性较强的开挖。短台阶七步平行流云施工法具有明显的施工应用优势，对隧道工程施工质量产生重要影响。

2.3 中隔墙施工法

中隔墙法隧道施工方法（CRD）在软岩隧道工程施工过程的应用频率较高，一般情况下在进行软岩隧道滑坡地段、穿越断层破碎带施工时，选择使用中隔墙法进行施工。中隔墙法施工方法应用关键点为要求施工人员对隧道断面进行具有针对性的分割处理，有效落实隧道断面的分割处理后，逐渐形成4个小工作面，将每一个工作面都进行封闭，会形成一个具有换性特征的支护，可以将全断面视为一个支护体系，可以有效控制拱部下部的收敛以及下沉。

3 软弱围岩隧道施工工艺措施

软弱围岩隧道施工过程的最大问题是软弱围岩的强度较低以及自稳能力相对较差，完成隧道开挖后地应力会进行相应的重新分布，围岩周边逐渐形成比较大的松动圈。若没有采取合理的设计措施等工程措施以及施工方法，初期支护变形以及塌方事故的发生频率将明显提升。在进行软弱围岩隧道施工时采用何种施工方法都应确保控制变形以及防止塌方，以此为隧道施工安全提供保障[7]。施工人员在选择合理的隧道开挖方法后，应围绕控制变形的施工安全核心选择合适的隧道施工工艺措施，为隧道的顺利挖掘提供良好的条件。

（1）超前支护。

软弱围岩隧道施工中应用频率较高的超前支护方式主要有超前小导管、超前管棚，超前支护的主要作用是对前方围岩进行有效支护，主要通过注浆对周边地层进行加固，针对较松散的地段可以选择使用双层小导管，起到有效扩大加固圈范围的效果。

（2）增加垫块及槽钢。

这一施工工艺相当于对基础进行扩大，能够使工字钢处于不悬空的状态，达到提高拱脚竖向承载力的效果，槽钢与工字钢焊接形成整体的受力对围岩变形进行有效控制。

（3）上下台阶均衡推进。

利用上下台阶均衡推进施工工艺措施，能够促进初期支护封闭成环，应及时施工仰拱，对支护结构的过度变形进行有效控制。

（4）隧道支护设计。

软弱围岩隧道支护通常情况下选择采用有初期支护和二次衬砌共同组合成的符合衬砌。完成隧道开挖后，施工人员有效约束初期支护对围岩变形情况，进行二次衬砌会综合考虑初期支护后的变形监控测量结果。在这一施工过程应遵守“管超前、严注浆、短开挖、弱爆破、强支护、快封闭以及勤量测”的施工原则。

（5）初期支护。

初期支护属于符合衬砌隧道的主要承载结构，其组成成分主要包括喷射混凝土、锚杆以及钢架，初期支护属于一个联合支护体[8]。初期支护施工过程在喷射混凝土时尽量采用湿喷工艺、更精准的控制水灰比，有利于水泥的水化。施工过程具有粉尘小、回弹少等优点，形成的混凝土强度较高，实际喷射过程应尽量贴近岩面，避免出现空洞，操作过程应快速及时[9]。锚杆在初期支护体系中具有明显的加固作用，必要时应在底部加锚杆，配合网喷混凝土能够有效防止锚杆间围岩发生塌落的情况。

4 结语

综上所述，随着社会的不断发展，地下工程数量以及规模不断增长。进行地下工程施工时，对于软弱围岩隧道施工的施工技术以及施工工艺措施应给予足够重视。软弱围岩隧道施工过程面对的施工情况变化更复杂，整体的施工难度更大。在软弱围岩隧道的施工过程中，应做到根据实际的施工情况，合理选择环形导坑施工法、短台阶七步平行流云施工法或中隔墙施工法，最大限度地减少或避免隧道施工安全事故的发生。