隧道工程中软弱围岩施工技术研究

崔双和

（北京市政路桥股份有限公司，北京 100037）

0 引言

软弱围岩是隧道工程中常见的地质情况，对隧道施工的稳定性和质量提出了严格要求。为了降低软弱围岩隧道施工的风险，提高施工水平，需要研究软弱围岩隧道施工技术，并采取针对性的施工方案。

1 软弱围岩隧道工程特征

软弱围岩隧道工程具有多个特征：

其一，软弱围岩的岩石破碎度较高，强度较低，可塑性较大，使围岩容易发生断裂和变形，这会增加隧道结构的形变和塌方等风险。

其二，地质应力和水文压力的存在增加了围岩的不稳定性，可能导致隧道工程受到较大挤压。

此外，软弱围岩中通常存在大量的地下水和气体，容易出现水涌、漏水等问题。施工过程中也容易出现地质灾害，如岩层滑移、岩石崩落等，增加了施工风险。因此，对于软弱围岩隧道工程而言，施工工艺和支护结构要求较高，必须采用合适的施工方法和加固措施，以确保隧道施工的稳定性和安全性。

2 软弱围岩对隧道工程施工的影响

隧道工程作为我国交通运输体系的重要组成部分，在提高运输能力、降低运输成本方面发挥着关键作用。为了充分发挥隧道的经济和社会价值，施工企业投入大量资源进行技术创新，以满足不同环境下隧道施工的基本要求。与普通岩土相比，软弱围岩力学指标较低，结构松散，承载力差，压缩性强。在水的作用下，容易发生沉降变形，造成一定的安全隐患，增加施工风险。

为了降低施工风险，提高施工质量和效率，施工企业在开展施工前，需要在科学原则和实用原则的框架下，优化隧道安全施工技术方案，采用台阶法、双面导坑法、CRD 法等方法处理软弱围岩。

3 软弱围岩隧道施工常见问题

3.1 软弱围岩变形

软弱围岩的变形问题在隧道施工中比较常见，容易导致地质灾害，特别是含有丰富碳质和地下水的部分碳质片岩，围岩变形程度更为严重。这种围岩的变形速度通常较快，随着隧道施工的推进，如果不及时处理围岩变形问题，围岩的变形程度会加剧，为后续施工带来安全隐患。软弱围岩的变形持续时间较长，可能为数个月，甚至在二次衬砌工程后仍存在持续的变形。围岩的变形分布通常不均匀，这大幅度增加了施工的难度。在初期支护完成后，围岩的变形情况有所缓解，但在后期工程推进过程中，变形程度很可能再次加剧，导致隧道坍塌等问题。围岩的反复变形现象可能发生在施工的各个阶段，增加了隧道结构的脆弱性，并使围岩更容易受到破坏[1]。

3.2 隧道塌方

隧道塌方事故的发生通常受到一系列不可靠因素的影响，隧道安全性难以保障，可能导致施工用时的增加和施工质量的降低。施工中对一些因素的考虑不充分，整体施工设计存在纰漏，对隧道地质情况的把握不准确，缺乏充分的实地考察，使施工问题不断扩大，最终导致塌方事故的发生。施工现场地质条件差，稍有不慎，就会导致山体承载力失衡。为了降低塌方事故的发生概率，需要充分研究施工现场地质情况，并制订完善的施工组织计划，采取合适的施工措施。此外，应严格按照设计要求和规范执行施工程序，确保施工质量。

3.3 拱架施工质量差

钢拱架在施工过程中可能出现扭曲变形和拼装偏差等问题，这会给施工带来安全隐患。其中，钢拱架的加工精度不足是一个重要原因，尤其是采用人工焊接方式制造的钢拱架。如果生产过程中的误差过大，会导致钢板安装效果不佳，从而降低钢拱架的承载能力。

在隧道的大断面施工中，混凝土作业容易导致污染，拱架连接钢板的表面平整度可能受到破坏，混凝土污染还可能在钢板表面形成凸起或不均匀的附着物层，这不仅会导致连接部位承受力传递不均匀，从而降低钢拱架的承载能力和整体稳定性，还会影响钢板与其他构件的连接质量，例如连接钢板的焊接或螺栓连接等，造成安装效果不佳。在进行人工清理时可能残留混凝土，导致拱架拼装精度下降。此外，拱脚下沉也会影响钢拱架的拼装精度。拱脚处的地基承载能力较低，周边围岩的下沉可能改变连接钢板的角度，进而影响钢拱架的拼装精度。

3.4 开挖施工不利因素多

隧道开挖施工过程中可能面临诸多不利因素，如软弱围岩导致塌方、地下水涌入引发涌水灾害、地质构造复杂导致地层变动等问题。为了有效解决这些问题，需要采取一系列应对措施。

首先，进行全面的地质勘查与分析，充分了解隧道所处地质情况，为后续施工提供准确的地质信息。

其次，制订科学合理的支护设计方案，选择适当的支护方式和材料，以应对围岩变形和塌方风险。

再次，建立完善的安全监测系统，包括地表位移监测、围岩压力监测等，及时发现异常情况并采取相应措施。

最后，根据实际情况灵活调整施工工艺，并制订详细的应急处置预案，以确保在不利因素影响下相关人员能够及时有效地应对突发情况。

4 软弱围岩隧道施工工艺措施

4.1 拱架施工控制技术

为确保软弱围岩隧道钢拱架施工质量，提高工程经济和社会效益，需要关注钢拱架的力学特点和施工特点，避免发生初期支护变形或坍塌事故。可采取提高加工精度，采取钢拱架连接钢板等保护措施，并控制拱脚下沉情况，同时解决下断面拱架单元的安装偏差问题。通过应用先进的拱架施工控制技术，可提高工艺有效性，从而提升施工效果。这些措施有助于确保软弱围岩隧道钢拱架的施工质量，并提升工程的安全性和经济效益。

例如，在软弱围岩隧道拱架施工中，可以利用连接钢板定位器来提高拱架的焊接精度，减少人工焊接误差。连接钢板定位器具有低成本且使用效果良好的特点，依据钢板的厚度、拱架连接板的大小以及螺栓孔的位置差异，选择合适的定位器。在工字钢上安装定位器，使螺栓能够穿越定位器进行定位，从而完成钢板的焊接。为了保障钢拱架施工安全，可以根据具体情况选择拱架连接钢板的防护方案。为控制拱脚下沉情况，可以根据工程造价预算和实际工期要求，采取相应的处理方式。对拱脚处围岩进行改良或应力扩散，以增强下沉控制效果。为提高拱角承载力，可以对拱角围岩进行补强处理，注浆填充裂缝和固结区域，并与锚杆共同承载力的作用。

对于拱脚支撑桩的处理，可以采用高压喷射搅拌桩提高拱脚的承载力，但需要使用专用设备，因此应考虑成本因素，选择合适的优化措施。在解决应力扩散方面，可以采取临时仰拱的方式，解决拱顶沉降和周边位移；拆除临时仰拱时需要注意，临时仰拱在施工过程中起到支撑和固定的作用，一旦将其拆除可能引起结构的变形或者受力分布的改变，从而导致结构不稳定甚至安全风险。此外，还可以扩大拱脚喷射混凝土的厚度，与支护体系共同承载力的作用，提高承载能力，但需要将加厚角度控制在45°以内，以提高作业效率[2]。

4.2 隧道开挖支护技术

在软弱围岩地区的施工中，为了保障工程建设的安全性，需注重隧道开挖支护技术的规范使用，规避施工隐患并实现良好的开挖支护效果。应严格按照开挖顺序进行工程施工，提前勘查地质情况，深入了解地层概况和地质含水量等因素。根据实际情况变化，及时调整超前支护方案，并制订特殊情况下的应对方案。

此外，加强施工监控和测量，掌握围岩变形的实时速度。通过实时监测，能够及时发现围岩的变形情况，并采取相应的措施来保障工程的稳定性。

在软弱围岩隧道开挖施工中，台阶长度应控制在8～10m 范围内，将二次衬砌与掌子面的距离保持在50m 范围内。在初期支护的锚杆施工中，呈梅花形布置的锚杆可以有效增加围岩的稳定性。中空注浆锚杆的钻孔与注浆是隧道工程中常见的支护方式，钻孔的位置和深度需按照设计要求进行设置，钻孔直径应略大于锚杆外径，然后将预制完成的中空注浆锚杆插入钻孔中。

注浆过程中，浆液通过锚杆内部的管道注入钻孔中，填满锚杆外部空腔并与周围岩体结合，从而增加围岩的稳定性。注浆结束后，需要等待一定时间使浆液充分固化。但是需要在注浆之前将钻孔内部充分清理干净，以确保注浆浆液能够充分填满钻孔，并与岩体形成良好的结合。

注浆时的压力应以地下水为参照，并控制在合适的范围内。在进行挂钢筋网的施工时，先要进行开挖面的检测，以及超欠挖情况的评估。如果发现欠挖或超挖的情况，应当及时采取相应措施进行处理，例如，进行混凝土回填或者使用强浆砌片石柱等方法修复地基。

在预制厂内进行钢筋网加工的过程中，需要确保钢筋网能够紧贴岩面安装，并且需要通过适当调整喷射角度来增加钢筋网混凝土的密实度。这可以确保钢筋网与岩面之间的结合更加牢固，并且提高整体的施工质量和安全性。此外，还需要注意相关细节，如钢筋网的尺寸规格、连接方式以及固定方法等，以确保施工符合相关标准和规范要求。

4.3 综合进洞施工技术

洞口地段的围岩地质条件相较其他地段更差，开挖施工不利因素多，从而增加了洞口段的施工难度。隧道施工具有较强的破坏性，容易引发一系列隧道问题。综合进洞施工技术的应用可以在一定程度上降低施工的复杂程度，达到良好的施工效果。

在软弱围岩隧道综合进洞施工技术的应用中，应根据施工现场环境的特点，采取一系列措施以保证隧道进洞的安全性。首先，进行详细勘查，特别是隧道进口地段的地质条件，应进行细致调查，同时采取相关措施减少地下水对施工的干扰。在软弱围岩分布较多、边坡土层性质较差的地段，采用分层开发原则可以有效降低隧道施工的风险，并确保施工的安全进行。在此类地段，采用锚网喷防护措施，在隧道洞壁上预埋锚杆，然后在锚杆周围进行钢丝网的喷涂，形成一层坚固的保护层，增强围岩的稳定性，以防止岩体的崩落和滑坡。

在施工过程中，先搭设管棚平台，选用适合的材料，如I18 钢架，这种钢架具有较高的承重能力和稳定性，适用于支撑大型临时工程结构。同时进行准确定位、测量放样和校验，以尽量缩小测量误差。随后固定导向管并进行模板浇筑混凝土，其中，模筑泵是主要设备。在模板安装期间，需要加强孔口防护，以防止堵塞。选用的钻孔设备是液压钻，以低压低速状态起钻，并及时利用高压气体清洁钻孔杂物。完成钻孔后，进行注浆施工，按照适当的水灰比配置水泥砂浆，将压浆管伸入孔底，尽量做到一次注浆成型。

水泥浆液凝固后，可以进行洞深开发作业。在洞深开发的过程中，首先，需要对井孔进行清理，确保井孔内部没有残留物和杂质；其次，进行钻孔作业，根据设计要求确定钻孔位置和深度，并采用适当的钻具进行钻孔；再次，进行爆破作业，通过合理的装药设计和安全控制，实现对岩石或土层的开采和开发；最后，清理爆破碎石和填充洞深，确保洞深开发作业的顺利完成[3]。

4.4 喷锚构筑施工技术

喷锚构筑施工技术主要涉及混凝土喷射、钢拱架和锚杆三种关键技术，其涉及多个方面的施工内容。应严格按照施工工序进行施工，并对施工行为进行规范，以有效管理施工过程。此外，了解锚喷构筑法的作用机理，并结合工程水文地质条件采取相关措施，可以降低施工的复杂性。

在软弱围岩隧道喷锚构筑法施工中，采用洞口浅埋暗挖法进行开挖和支护工作。此方法通过合适的开挖尺寸和科学的开挖方法，配合超前小导管注浆加固，实现了围岩状态的稳定。在软弱围岩隧道的喷锚构筑中，超前小导管可以用于注浆加固，将浆液输送到需要加固的位置，提高围岩的稳定性和强度。在洞口和隧道壁处进行喷射混凝土加固，控制其厚度不超过开挖尺寸的1/40，同时安装高强度的钢拱架和锁脚锚杆，增强支护能力。严格控制施工标准，重视步长管理和二衬施工，加强施工现场审查，确保施工质量符合相关要求。合理安排二次衬砌和仰拱施工时间，快速进行二次衬砌，提高围岩的自承能力，预防施工隐患。

5 结语

隧道施工安全和稳定是保障交通质量和通行安全的关键。在软弱围岩隧道施工中，选择合适的施工技术至关重要。针对软弱围岩的特点和地质条件，采用科学的开挖和支护方法，可以有效提高施工效率和质量，有效防范安全风险，保障施工安全。