談軟弱圍巖隧道施工技術

蔡漢森

(中交一公局廈門工程有限公司，福建廈門　361000)

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談軟弱圍巖隧道施工技術

蔡漢森

(中交一公局廈門工程有限公司，福建廈門361000)

摘要:介紹了軟弱圍巖的種類及地質特點，針對軟弱圍巖的變形原因提出了相應的控制措施，并探討了全斷面開挖法、臺階法、CD法等軟弱圍巖隧道的施工技術及特點，有助于施工人員根據軟弱圍巖隧道的具體情況選擇施工方法。

關鍵詞:隧道，軟弱圍巖，支護結構

0　引言

軟弱圍巖是隧道施工過程中較為常見的不良地質段，其地質條件較為復雜，極易增加施工程序，且對施工工藝及施工技術要求極高。以隧道地質條件為基礎，優化施工方法，完善工程支護措施，防止軟弱圍巖支護變形，嚴格監測隧道環境及信息，并對圍巖、支護結構體系等的穩定性進行監測是保證施工安全的關鍵。

1　軟弱圍巖工程地質

軟弱圍巖指的是質地較軟、巖體破碎、承載力較低、巖體發育有裂隙的圍巖。軟弱圍巖的工程地質性質直接影響著隧道施工的質量，導致隧道開挖后出現自穩能力差、自穩持續時間短、容易出現坍塌等現象。一般來說，軟弱圍巖最常見的有以下兩種，其一是圍巖表面發育較好，但里層結構破碎嚴重，幾乎完全松散，巖體處于層間破碎帶部位。該種類型的巖體以大型斷層、風化較為嚴重的地帶較為多見。另一種是塊體強度低，以黃土、泥巖較為常見。在隧道結構體系中巖體承擔著非常重要的作用，因而，在實際的隧道工程中必須要加強對巖體保護的重視，盡可能避免觸動巖體。除特殊巖類地層外，年代越老的地層巖石成巖程度越高，巖石密度也越大;時間越短的地層巖石，成巖的程度就越低，密度就越小。開挖環境下、圍巖的受力、地下水的徑流條件均有所變化，應高度重視局部的小構造、不同巖性的接觸帶、層間不利的結構面組合對隧道穩定性的不利影響。

2　軟弱圍巖地質特點

隧道工程是一種地下工程，其多修建在巖土體中，其設計及施工應以工程巖體(圍巖)的工程地質、水文地質條件為主要依據。這類圍巖工程地質特點主要有以下幾點:

1)巖體破碎、粘結力較弱，由土層、巖體風化層組成的圍巖，破碎嚴重，呈相互交織狀，方向性不明顯，洞室開挖后，僅憑借微弱的膠結與顆粒摩擦作用成拱，這樣巖體不穩定，特別是在淺埋地段極易引發坍塌。

2)在諸如片巖、泥巖、頁巖、炭質巖等軟質巖中，因這種巖質地較軟、強度低、遇風、遇水極易軟化，同時穩定性不高，特別是在深埋層，在高應力作用下極易引起變形，導致洞室內擠。

3)結構面切割后的塊狀巖體，由于其結構面軟，抗壓度低、受拉應力弱，易滑塌，粘性低，開挖洞室后，開挖周圍的巖體結構面極易滑動、松弛，出現變形。

鑒于上述工程地質特點，隧道工程建設時，應密切關注圍巖動態，把握掘進時的地質狀況，根據地質狀況對特殊地段加固防護措施。施工方案的制定及設計應以工程廠區地質條件和巖體條件為依據，明確場區地質條件和巖體特點是保證隧道工程施工質量安全的基礎。

3　軟弱圍巖的變形與控制措施

3．1圍巖的變形

以空間為依據可將圍巖變形情況劃分成三大部分:1)掌子面在隧道前方發生水平位移，出現水平鼓起現象;2)掌子面前部發生圍巖下沉，隧道淺埋地段地表下沉，出現沉降槽;3)隧道剛被開挖，其洞壁就發生收斂變形現象，出現邊墻向內移動，拱頂下沉。上述三種情形通常是在同一時間發生的，由于軟弱圍巖質地松散、軟弱，自穩能力極差，開挖后極易出現變形坍塌，致使洞壁臨空，這時就需要重新調整圍巖應力。開挖隧道時，若圍巖與洞壁在凈空方向處發生變形，且未能進行即刻的支護，或支護不到位，支護結構不穩固，不能抵擋其變形力時，就會破壞圍巖支護結構，引起坍塌。

軟弱圍巖通常需要鋼筋網噴混凝土進行處理，以提高其粘附性及抗剪強度。隧道施工過程中若遇到弱圍巖淺埋、偏壓軟弱圍巖淺埋地段則通常難以在拱部正常形成拱形，軟弱圍巖偏壓地段隧道支護結構承載的荷載存在較為明顯的差異性，施工過程中極易導致初期支護縱向開裂、錯臺等現象發生，嚴重時甚至會引起塌方。支護結構尚未封閉前，應合理的對支護結構的下沉情況進行控制?？傊?，隧道施工中，軟弱圍巖變形特點主要為:變形量大、速度快、時間長、擾動范圍大等。

3．2控制圍巖變形措施

在施工中一定要在地質資料詳實的基礎上科學分析并加上超前預報，才有可能避免事件發生。在軟弱圍巖中，支護結構和圍巖共同構成了承載的支護體系，而控制圍巖發生形變的關鍵就在于對支護體系的利用。在隧道施工過程中應重視前方封堵及后方加固，以對塌方區域進行合圍，從而有效的避免塌方惡化，提高施工安全性。開挖創造條件，有利于控制先行和后期圍巖、支護變形，隧道開挖后應及時進行初期支護，包括噴射混凝土、錨桿、鋼拱架等，從而有效的對圍巖變形情況進行控制。另外施工過程中還應盡量減少開挖的斷面及跨度，以有效的對圍巖及支護變形情況進行控制，避免塌方。另外，對于軟弱圍巖地段應保證掌子面有足夠的穩定性，可通過對拱頂超前支護、穩定拱腳的鎖腳錨管等進行維護的方式提高其穩定性。在對支護結構進行設計時應確保其可更好的進行支護結構封閉，且應有利于整體穩定的封閉環狀結構形成，進而盡可能減小支護自身變形。此外，還可利用超前支護方式，這種支護方式主要利用超前小導管，在隧道施工中，支護前方圍巖，加固周邊地層，利用雙層小導管加固松散地段，進而有效擴大加固圈范圍。

4　軟弱圍巖隧道施工方法及各自特點

合理的開挖方法對保護圍巖、減小塑性區范圍，提高圍巖承載作用有重要價值，施工方法包括全斷面開挖法、臺階法、CD法、CRD法、雙側壁導坑法、環形開挖留核心土法等。

全斷面開挖法較為常用，其主要是以設計輪廓為依據進行徹底的爆破成形處理，并進行襯砌修建的一種方式，該方法具有施工簡單、管理組織方便、可一次成形等多種優點，對圍巖的擾動較小，對維持圍巖的穩定性有重要幫助。

臺階法也是較為常用的開挖方法，其主要是先從上半斷面進行開挖，然后在達到足夠長度后再同時對上下斷面進行開挖的方式，這種方法工序少、有利于機械施工作業、作業速度快，支護結構封閉過程用時短，減小了掌子面的位移程度及洞周變形程度，便于上臺階封閉，有效控制上半斷面沉降，為下臺階施工安全提供短期穩定保障。

CD法則主要是先自一側開挖，然后再從另一側開挖的方式，其在Ⅳ級圍巖中的應用較多。CRD法多應用于短臺階法難確保掌子面穩定的情況下，CRD法易于對變形情況進行控制。在實際的隧道工程施工過程中應根據具體情況選擇最佳施工方法，做到因地制宜，提高施工質量及安全性。

5　結語

軟弱圍巖隧道施工應根據圍巖實際情況，工程實際進程，合理安排施工方法和技術。施工中應重點做好三個方面:第一，預先加固圍巖，優化圍巖地質條件，增強圍巖自穩性能;第二，隧道開挖施工中，保護好圍巖，盡量不破壞圍巖自穩性能;第三，隧道開挖后，做好圍巖的支護，尤其是在圍巖變形前，將圍巖變形程度控制在合理范圍內。另外，我們應加強對隧道開挖設備、支護材料、施工技術上的研究開發力度，以促進軟弱圍巖隧道施工水平的不斷提升。

參考文獻:

［1］黃星明．軟弱圍巖隧道施工方法及施工工藝的探討［J］．黑龍江交通科技，2012(7):43-46．

［2］趙艷峰．軟弱圍巖隧道施工技術探析［J］．黑龍江交通科技，2012(3):70-71．

Discussion on soft surrounding rock tunnel construction technology

Cai Hansen
(China Communication 1st Corporation Xiamen Engineering Co．，Ltd，Xiamen 361000，China)

Abstract:With an introduction of soft surrounding rock kinds and geology features，in light of soft surrounding rock deformation causes，the paper puts forward corresponding control measures，and explores soft surrounding rock tunnel construction technologies and features of whole-section excavation method，bench method and CD method，which will be good for construction staff to select construction methods according to specific soft surrounding rock tunnel conditions．

Key words:tunnel，soft surrounding rock，bearing structure

作者簡介:蔡漢森(1981-)，男，工程碩士，工程師

收稿日期:2015-10-25

文章編號:1009-6825(2016)01-0172-02

中圖分類號:U455

文獻標識碼:A