软弱围岩地质山区高速公路隧道施工技术及注意事项

常彦军

(甘肃万泰建设工程有限公司，甘肃 兰州 730000)

1 工程概况

针对于本文涉及到的案例进行分析，该项目属于山区高速公路隧道建设项目，单洞净宽是15m，在隧道的两侧区域设置了专用的通道，为后续的建设提供便利条件，同时也让运营过程中的检修和作业更加灵活。对内部轮廓进行设计的过程中，考虑到隧道净空和横断面。其次在隧道建筑物的整体环境氛围加以分析，如对软弱范围岩的实际地质状态进行判断，这对于施工水平较为严格，有必要针对性地加强和改善，提升隧道建筑物的工程质量[1]。

2 软围岩地质特征及形变特征

2.1 地质特征

这种软体周围岩石对岩体的冲击强度很弱。根据目前我国境内岩体设计工程的地质分级技术标准、岩土地质勘查工程技术标准规范，以及近年我国西部山区高速公路和穿山隧道主体设计工程技术标准规范的研究所得到的资料分析可知，软质围岩工程单轴最高抗压冲击能力的承载强度一般在30MPa以下，且整体软围岩一般容易长期遭到有较强构造重力运动的自然侵蚀和外力冲击，使得主体节点处理、缝隙以及主体横截面等断面的基层结构可能发生较大变形，尤其是当基层结构主体表面内部充满大量软质弹性材料时，极易对整体软围岩的自稳性结构产生不良影响。此外，软质围岩的自然赋存条件环境相对来说较差，软质围岩通常被认为存在于地质适应力多变，以及丰富的土壤含水量的特殊地质自然条件中，较易遭受河川涌水或山体坍方等重大地质自然灾害。

2.2 形变特征

2.2.1 形变量大

在隧道工程开挖后，软围岩的一个重要特点便是形成了明显的塑型和形变，具体参数的变化情况。

2.2.2 形变速度快

当隧道开挖之后，坚硬围岩在一个短暂的时间内就已经发生形变，就可以使它回升到一个稳定状态，即形变的速率相对较小，但是在软围岩开挖后，它的形变速率却非常大，特别是在最初期的阶段，其所形变的速率极高[2]。

2.2.3 形变持续时间长且纵向形变特征显著

软围岩隧道开挖后，纵向的主体形变通常认为会直接表现为突出侧墙拱顶发生沉降、侧墙内壁被挤压等现象，所以其引发的横向位移通常都认为是将其位移指向整个隧道主体开挖过程的中心或起点的一个方向。对于软地质围岩来说，在初期和最终侵蚀阶段一旦发生地质蠕变或在速度相对较快的侵蚀情况下，它们的侵蚀持续时间也相对较长，且还必须具备明显的地质蠕动和侵蚀形变变化特点。

2.2.4 扰动范围广

软围岩隧道周围的一个塑形地带会随着建筑物施工步骤和过程的顺序推进而逐渐增加和扩展，尤其是在支护措施不当或者是结构刚度较弱时，围岩受到的扰动区域范围就可能会变得更大，致使锚杆的长度不能够到达一定的弹性地带区，因此，往往会导致喷锚支护的作用失效。

3 力学参数分析

在仰拱中部区域主体隧洞支护以及拆除作业时，仰拱中部区域极易产生隧洞起鼓现象[3]。另外，不管是此处位于高层开挖建筑路线两侧边界的左右侧建筑地段，或者此处是相互之间对应的两侧高层拱脚建筑区域，二者都可能出现了一定的防水应力差和聚焦渗漏现象。若基于这种单侧仰拱壁法而未能及时的落实好仰拱施工，此时运用至开挖仰拱边界右侧接缝区域或者是均匀位置能够产生明显的横向应力集中问题。在结构整体上加以分析，二衬局部受力尽管处于强度适宜的范围内，但是具体施工的时候，还是反映出异常的问题，需要及时的将防护工作落实到位。

4 数值模拟分析

4.1 理论模型概述

以仰拱隧道软件周围岩的具体地质环境、地理条件状况作为隧道研究理论依据，构建起相对合理的隧道理论研究模型，涉及到计算方面的内容，如隧道里程碑和桩号，实际计算的范围大概是YK105+68—YK105+166，此次研究中获取到的理论模型结论描述如下。在仰拱隧道主体中心方向轴线的两个方向上分别设计选取了87m的仰拱隧道中心长度，以两个孔洞径作为设计参考，在其两侧的孔洞区域上采用延伸宽度显示并得出了当时相比设计预测值3倍的仰拱隧道中心宽度，仰拱与两个位于该理论模型底部之间的隧道中心轴线间距约75m(图1)。

图1 理论模型网格示意图

4.2 计算模型分析

选取特定的模型侧面加以分析，对于运动的方向加以约束，将底部区域情况进行分析，让相应的位置设置为全部受到约束的形式，促使着上层边界成为自由边界。将现场勘察的情况作为参考的依据，详细分析施工的计划，对于上下两台阶开挖方式加以判断，确定基本的开挖顺序。(1)首先需要对上台阶段的锚固层进行合理的判断，明确基本的初衬深度，完成相应的修复。在厚度达到了1m的时候，应该测定锚固以及初衬深度，需要保证二者持平，不可出现一高一低的问题。(2)若是继续上一台阶的开挖和下台阶的施工，在高度达到了10m的时候，应该及时的开展下台阶的开掘，这时上下台阶的距离可以达到10m左右。(3)在下台阶施工阶段，高度如果达到了1m，方可落实好锚固及初衬处理。(4)仰拱施工高度在达到了20m的时候，应该及时的进行后续的二衬施工操作。

4.3 具体实施过程

在山区软弱围岩地质施工的过程中，土石方开挖技术能够直接影响到整个工程的施工质量[4]。根据软弱围岩的实际情况，逐步的优化相应的开挖技术，确保软弱围岩的安全系数稳步的提升。因为地质相对特殊，所以可以考虑使用多台阶施工工艺。其次，采用两台阶预留核心土法也是针对软弱围岩地区隧道施工过程中的有效技术工艺之一，这种施工技术有着十分广泛的应用前景，并且在实际施工的过程中能够真正发挥多台阶施工的基本优势，确保软弱围岩地质的扰动程度得到最大程度的降低，进而在安全、稳定的状态下进行施工。

4.3.1 土石方全断面开挖

软弱围岩隧道工程施工环境条件较差，土石方开挖技术选择直接影响着隧道工程的现场施工效果。鉴于此，施工方要组织技术人员全面研究软弱围岩，先在理论层面上开展分析，结合前期设计的施工方案，严格控制土石方开挖技术的应用，尽可能的将开挖操作时对软弱围岩造成的扰动程度降到最低，进而优化软弱围岩土石方的现场开挖效果，降低施工活动中的不安全系数。如果现场施工时面对的是IV级与V级软弱围岩，可以选择的土石方开挖技术主要包括如下三种。

(1)明挖施工

先按照设计图纸，对洞口边坡先削平处理，尽可能提前进行喷锚支护，采用分层、分段开挖方法，直至洞口边坡开挖任务结束后，方可以进入到洞内开挖工序中，采用从外至内、从上到下的分台阶挖掘方法，在开挖阶段也要认真做好排水工作。

(2)洞内V类围岩开挖

遵循微台阶、弱爆破、强支护等原则，以防因围岩自稳定性能力不足而引起大面积塌方等危险事故。通过钻深孔作为降排水与超前地质预报手段；为规避发生洞内塌方事件，建议以上过程中配合应用超前小导管注浆方法，其发挥的作用主要有两点。一是超前支护；二是增强围岩本体的稳定性。针对洞内的边墙结构，施工方可以应用混凝土进行回填，以确保洞内墙体结构有足够强大的承载力。利用双液注浆法进行封堵，适度增加喷锚的厚度值等[4]。

(3)洞内IV类围岩开挖

建议施工方采用断面一次开挖或台阶法实现分步开挖。在挖掘土石方过程中，要督导现场工人严格控制开挖步距，这是优化土石方开挖效果的有效方法之一，较好的满足了隧道施工技术应用过程中对安全性提出的要求，也为后期地基支护施工活动开展奠定了基础。

4.3.2 围岩掘进

应从软弱周边地块围岩的实际施工情况入手，详细的判断主体物理结构特征和基本的化学性质，还需重点考虑软弱周边地块围岩的实际情况，提出可行性的掘进施工技术。对于爆破隧道围岩加以分析的时候，应该考虑其具体的情况，还应该在全面分析其特征的同时，采用多孔掘进开挖作业模式，也可考虑多技术联合手段，运用对应的变形控制举措，使之完全处于隧道建设工程允许的深度范围，确保软弱围岩活动强度得到保障，同时还能保持理想的稳定性。

4.3.3 超前支护

钢架超前支护管棚以及超前小导管具体施工的时候，应该结合项目的具体情况进行分析，操作过程中应该考虑基本的规范，避免因为一些细节问题影响到项目整体稳定性。钢架等多种材料的使用，使得软弱围岩的强度明显提升，相应的质量也得到了保障，尽管是在较为复杂的环境下，也可明显提升超前支护管棚的具体适应性。综合判断隧道施工过程中接触到的环境，考虑现场的状态，在这样的基础之上，选择科学的排水工艺，让隧道项目更加顺利的完工，在获取有力支撑的同时，还能强化项目的实际施工质量。

4.3.4 锁脚锚杆

挖掘隧道断面结构环节时，要联合使用锁脚锚杆技术，当前经常应用边墙超前锚杆技术，其通常能较好的满足锚杆结构或系统受力时对稳定性提出的要求，进一步提升超前锚杆的现场施工效果。采用锁脚锚杆技术施工时，要选择尺寸参数、实用功能均合理的垫块合钢槽结构，以减少支护操作带来的不良影响。

5 结 语

总而言之，本文针对软弱围岩地质山区高速公路隧道的施工难点进行了深入的探究，分析施工过程中可能会出现的各种情况，针对于项目施工阶段的难点和重点进行分析，对其展开合理的研究，深入考虑项目具体情况和环境因素，构建了数值化模型并加以分析。通过本文的探究，了解到实际的施工技术与施工方法，验证了高速公路隧道施工设计方案的可行性，为以后的工程施工提供了技术保障及理论基础。