軟弱圍巖隧道變形及其控制探討

【摘要】由于各種因素的影響，隧道結構容易發(fā)生變形，引發(fā)嚴重的安全事故，因此要結合軟弱圍巖隧道變形特點和隧道施工特點，積極采取相應措施，確保軟弱圍巖隧道的安全施工。本文分析了軟弱圍巖的地質特征和軟弱圍巖隧道變形特點分析，闡述了軟弱圍巖隧道變形控制措施。

【關鍵詞】軟弱圍巖；隧道變形；控制

客運專線鐵路具有較高的舒適性、穩(wěn)定性和平順性，但是其線路隧道通過的地方地質條件更加復雜，很多線路隧道都屬于軟弱圍巖地質，這種隧道承受的斷面更大，容易發(fā)生局部的變形，給施工建設帶來很大的困難，通過深入分析和研究軟弱圍巖隧道變形特征，積極采取有效措施，不斷提高隧道的安全性。

一、軟弱圍巖的地質特征

軟弱圍巖主要是指圍巖賦存性能差、結構破碎、裂隙節(jié)理發(fā)育、巖體承載能力差以及巖質軟弱的巖體。軟弱圍巖通常具有以下特點。

1、圍巖容易風化，強度較低

軟弱圍巖主要的巖地層有千枚巖、炭質巖、片巖、泥巖、片巖等[1]，其穩(wěn)定性很差，強度低，圍巖層被暴露后容易軟化，遇水風化，特別是在高地應力的深埋地段，軟弱圍巖地質層會產生塑性的變形，在塑性的地質層深度和范圍都很大。

2、巖體粘結力差，松散破碎

通常情況下，由破碎擠壓帶、風化巖體層、土層等構成的軟弱圍巖，圍巖結構粘結力很差，統(tǒng)一松散破碎，隧道在施工建設過程中，僅僅依靠巖體顆粒之間的膠結作用和摩擦力構成拱形，特別是在隧道的簽埋地段，這些巖體的結構非常不穩(wěn)定，很容易發(fā)生冒頂坍塌事故。

3、巖體結構面軟弱，容易滑塌

在隧道巖體結構面切割嚴重的地方，一些塊狀的巖體結構，由于結構面軟弱，粘結性很差，在開挖隧道的過程中，隧道周圍巖體結構面容易發(fā)生墜落、滑移和松弛等變形，嚴重破壞隧道的結構。

二、軟弱圍巖隧道變形特點分析

1、變形量大

隧道施工建設完成后，軟弱圍巖隧道會發(fā)生明顯的塑性變形，這是軟弱圍巖最主要的特征，其變形的長度和深度有可能達到幾十或者幾百厘米，隧道支護結構往往表現(xiàn)為混凝土二襯開裂和支護初期嚴重開裂。

2、變形速度快

軟弱圍巖隧道施工建設過程中，其變形速度很快，在隧道的支護初期，其變形速率更大。

3、變形時間長

軟弱圍巖在隧道的支護初期不僅變形速度很快，在隧道的施工建設過程中，其變形持續(xù)的時間也很長，軟弱圍巖具有顯著的蠕變變形特點，在軟弱圍巖隧道施工建設的很長一段時間里都會發(fā)生變形。

4、圍巖擾動明顯

隧道在施工開挖過程中，圍巖在縱向應力重的影響下，隧道周圍的軟弱圍巖的塑性變形區(qū)不斷擴大，當隧道支護結構強度和剛度不夠或者支護結構不穩(wěn)定時，軟弱圍巖的擾動明顯。

5、徑向變形范圍大

軟弱圍巖隧道的徑向并行通常表現(xiàn)為隧底隆起、邊墻收斂、拱頂下沉，拱頂下沉的變形量最大[2]。軟弱圍巖隧道施工開挖過程中，經常會出現(xiàn)隧道掌子面上方的軟弱圍巖下沉，在淺埋隧道的掌子面周圍出現(xiàn)沉降槽，造成地表下沉，并且在隧道開挖之后，縱向的掌子面擠壓變形，軟弱圍巖臨空產生應力，在圍巖縱水平力和縱向力作用下，發(fā)生位移，軟弱圍巖隧道掌子面被擠出變形，隨著不斷開挖隧道掌子面，在掌子面周圍位置會產生不斷擴大的水平水平收斂和拱頂下沉，并且下沉速度較快。

三、軟弱圍巖隧道變形控制措施

1、重視超前工作

（1）加強隧道地質預報工作

在軟弱圍巖隧道施工開挖過程中，經常會遇到圍巖隧道實際的地質情況和施工設計圖紙?zhí)峁┑牡刭|情況嚴重不符的問題，因此，施工單位不僅要在隧道設計階段進行全面的地質勘察，還在要隧道施工開挖過程中進行隧道地質預報工作，結合隧道地質預報的實際方案，編制詳細的地質預報計劃，積極進行超前地質預報工作。對于隧道經過的地質條件比較簡單的區(qū)域，可以進行地質編錄，根據(jù)隧道掌子面的地下水質、裂隙節(jié)理發(fā)育、地質構造、地層巖性等情況[3]，判斷和分析軟弱巖層的可靠性和穩(wěn)定性。對于地質情況相對比較復雜的區(qū)域，在編錄地質情況的基礎上，進行隧道地質超前預報工作，及時和勘察的資料進行分析比對，提高隧道地質預報工作的精度和質量，在隧道淺埋地質區(qū)域，利用水平鉆孔勘察隧道掌子面的地質情況，結合實際的地質情況積極采取相應措施，提高隧道施工的安全性。

（2）加強超前預加固

軟弱圍巖隧道變形主要表現(xiàn)在隧道掌子面水平方向和縱向擠壓變形，可以此采用超前注漿灌注或者超前導管的方式對隧道掌子面進行控制變形預加固技術。另外，要注意控制隧道掌子面的位移，對于軟弱底層和破碎斷層帶的圍巖進行超前預加固，控制掌子面圍巖的變形。

2、嚴格落實施工環(huán)節(jié)

（1）選擇科學合理的施工方法

軟弱圍巖隧道的施工開挖方法必須全面考慮軟弱圍巖的承載能力，減小隧道掌子面塑性變形范圍，保護軟弱圍巖巖層和巖體，控制軟弱圍巖的變形量。軟弱圍巖隧道的施工方法，首先要確保施工安全，其次，要盡量簡化施工步驟和施工流程，提高施工質量和施工效率。在隧道的施工開挖過程中，施工人員要根據(jù)軟弱巖層的加固情況和地質情況，選擇科學合理的施工方法，在施工開挖過程中，根據(jù)監(jiān)測的實際的地質情況，有針對地調整施工方案，如果需要使用爆破法進行開挖，要嚴格控制裝藥量、深度以及炮眼數(shù)量，提高控制爆破的技術，最大限度地降低爆破對軟弱巖層的擾動影響。

（2）快速施工初期支護

隧道施工初期的支護能夠在軟弱圍巖變形范圍較小，隧道施工開挖時間較短的階段，通過初期支護措施和軟弱巖層共同承受巖體的變形壓力，避免隧道坍塌。如果施工初期的支護不及時或者支護效果較差，變形量不斷擴大，軟弱巖層容易松動破碎，導致荷載加大，施工初期的支護完成變成被動的承受巖層壓力，很容易導致初期支護結構變形，引起隧道坍塌。因此，施工人員要注意在施工開挖初期要迅速進行支護措施，確保支護結構的剛度和強度，控制變形，及時支護。當前，軟弱巖層隧道主要有聯(lián)合錨網噴支護、鋼拱架支護和錨網噴支護這三種初期支護技術，在一些特殊的地質環(huán)境下，也可以采用玻璃纖維混凝土或者纖維噴鋼混凝土。在隧道支護結構沒有封閉時，要積極采取支撐拱腳、大拱腳、鎖腳錨桿等工具，加固支護結構，避免隧道掌子面的整體下沉。

3、加強軟弱圍巖變形監(jiān)測工作

在軟弱圍巖隧道施工開挖過程中，軟弱圍巖變形監(jiān)測工作是一項非常重要的工序，能夠有效判斷隧道掌子面支護結構是否可靠穩(wěn)定，指導軟弱圍巖隧道進行安全施工開挖，提高了軟弱圍巖隧道施工的安全性。軟弱圍巖隧道變形監(jiān)測主要的監(jiān)測對象是水平收斂和拱頂下沉，在隧道的淺埋區(qū)域，使用沉降地表量測。軟弱圍巖隧道的掌子面范圍較大，如果采用有尺量測方式，精度低、耗時長、干擾大，影響施工質量和效率，因此可以使用無尺量測。在進行監(jiān)控量測時，要加強專業(yè)化管理，構建科學合理的報告制度、信息反饋和登記管理，實時監(jiān)測軟弱圍巖隧道的動態(tài)信息，科學評價支護結構和軟弱圍巖的穩(wěn)定性和可靠性狀態(tài)，進行隧道施工設計，確保軟弱圍巖隧道的安全施工。

結束語：

由于軟弱圍巖的結構面軟弱、結構松散破碎、圍巖硬度和強度較低，隧道施工開挖過程中，隧道掌子面由于受力過大會發(fā)生變形，結合軟弱圍巖隧道變形的特點，積極采取控制隧道變形的措施，提高隧道施工的安全性，減少和避免隧道安全事故。

參考文獻：

[1]關寶樹.軟弱圍巖隧道變形及其控制技術[J].隧道建設，2011，01：1-17.

[2]張端良，王劍，張運良.軟弱圍巖隧道變形規(guī)律與施工安全控制技術[J].公路工程，2011，02：124-128.

[3]張偉.軟弱圍巖隧道變形分析及應對措施[J].現(xiàn)代城市軌道交通，2013，02：39-41.