隧道工程中軟弱圍巖施工技術研究

崔雙和

（北京市政路橋股份有限公司，北京 100037）

0 引言

軟弱圍巖是隧道工程中常見的地質情況，對隧道施工的穩定性和質量提出了嚴格要求。為了降低軟弱圍巖隧道施工的風險，提高施工水平，需要研究軟弱圍巖隧道施工技術，并采取針對性的施工方案。

1 軟弱圍巖隧道工程特征

軟弱圍巖隧道工程具有多個特征：

其一，軟弱圍巖的巖石破碎度較高，強度較低，可塑性較大，使圍巖容易發生斷裂和變形，這會增加隧道結構的形變和塌方等風險。

其二，地質應力和水文壓力的存在增加了圍巖的不穩定性，可能導致隧道工程受到較大擠壓。

此外，軟弱圍巖中通常存在大量的地下水和氣體，容易出現水涌、漏水等問題。施工過程中也容易出現地質災害，如巖層滑移、巖石崩落等，增加了施工風險。因此，對于軟弱圍巖隧道工程而言，施工工藝和支護結構要求較高，必須采用合適的施工方法和加固措施，以確保隧道施工的穩定性和安全性。

2 軟弱圍巖對隧道工程施工的影響

隧道工程作為我國交通運輸體系的重要組成部分，在提高運輸能力、降低運輸成本方面發揮著關鍵作用。為了充分發揮隧道的經濟和社會價值，施工企業投入大量資源進行技術創新，以滿足不同環境下隧道施工的基本要求。與普通巖土相比，軟弱圍巖力學指標較低，結構松散，承載力差，壓縮性強。在水的作用下，容易發生沉降變形，造成一定的安全隱患，增加施工風險。

為了降低施工風險，提高施工質量和效率，施工企業在開展施工前，需要在科學原則和實用原則的框架下，優化隧道安全施工技術方案，采用臺階法、雙面導坑法、CRD 法等方法處理軟弱圍巖。

3 軟弱圍巖隧道施工常見問題

3.1 軟弱圍巖變形

軟弱圍巖的變形問題在隧道施工中比較常見，容易導致地質災害，特別是含有豐富碳質和地下水的部分碳質片巖，圍巖變形程度更為嚴重。這種圍巖的變形速度通常較快，隨著隧道施工的推進，如果不及時處理圍巖變形問題，圍巖的變形程度會加劇，為后續施工帶來安全隱患。軟弱圍巖的變形持續時間較長，可能為數個月，甚至在二次襯砌工程后仍存在持續的變形。圍巖的變形分布通常不均勻，這大幅度增加了施工的難度。在初期支護完成后，圍巖的變形情況有所緩解，但在后期工程推進過程中，變形程度很可能再次加劇，導致隧道坍塌等問題。圍巖的反復變形現象可能發生在施工的各個階段，增加了隧道結構的脆弱性，并使圍巖更容易受到破壞[1]。

3.2 隧道塌方

隧道塌方事故的發生通常受到一系列不可靠因素的影響，隧道安全性難以保障，可能導致施工用時的增加和施工質量的降低。施工中對一些因素的考慮不充分，整體施工設計存在紕漏，對隧道地質情況的把握不準確，缺乏充分的實地考察，使施工問題不斷擴大，最終導致塌方事故的發生。施工現場地質條件差，稍有不慎，就會導致山體承載力失衡。為了降低塌方事故的發生概率，需要充分研究施工現場地質情況，并制訂完善的施工組織計劃，采取合適的施工措施。此外，應嚴格按照設計要求和規范執行施工程序，確保施工質量。

3.3 拱架施工質量差

鋼拱架在施工過程中可能出現扭曲變形和拼裝偏差等問題，這會給施工帶來安全隱患。其中，鋼拱架的加工精度不足是一個重要原因，尤其是采用人工焊接方式制造的鋼拱架。如果生產過程中的誤差過大，會導致鋼板安裝效果不佳，從而降低鋼拱架的承載能力。

在隧道的大斷面施工中，混凝土作業容易導致污染，拱架連接鋼板的表面平整度可能受到破壞，混凝土污染還可能在鋼板表面形成凸起或不均勻的附著物層，這不僅會導致連接部位承受力傳遞不均勻，從而降低鋼拱架的承載能力和整體穩定性，還會影響鋼板與其他構件的連接質量，例如連接鋼板的焊接或螺栓連接等，造成安裝效果不佳。在進行人工清理時可能殘留混凝土，導致拱架拼裝精度下降。此外，拱腳下沉也會影響鋼拱架的拼裝精度。拱腳處的地基承載能力較低，周邊圍巖的下沉可能改變連接鋼板的角度，進而影響鋼拱架的拼裝精度。

3.4 開挖施工不利因素多

隧道開挖施工過程中可能面臨諸多不利因素，如軟弱圍巖導致塌方、地下水涌入引發涌水災害、地質構造復雜導致地層變動等問題。為了有效解決這些問題，需要采取一系列應對措施。

首先，進行全面的地質勘查與分析，充分了解隧道所處地質情況，為后續施工提供準確的地質信息。

其次，制訂科學合理的支護設計方案，選擇適當的支護方式和材料，以應對圍巖變形和塌方風險。

再次，建立完善的安全監測系統，包括地表位移監測、圍巖壓力監測等，及時發現異常情況并采取相應措施。

最后，根據實際情況靈活調整施工工藝，并制訂詳細的應急處置預案，以確保在不利因素影響下相關人員能夠及時有效地應對突發情況。

4 軟弱圍巖隧道施工工藝措施

4.1 拱架施工控制技術

為確保軟弱圍巖隧道鋼拱架施工質量，提高工程經濟和社會效益，需要關注鋼拱架的力學特點和施工特點，避免發生初期支護變形或坍塌事故。可采取提高加工精度，采取鋼拱架連接鋼板等保護措施，并控制拱腳下沉情況，同時解決下斷面拱架單元的安裝偏差問題。通過應用先進的拱架施工控制技術，可提高工藝有效性，從而提升施工效果。這些措施有助于確保軟弱圍巖隧道鋼拱架的施工質量，并提升工程的安全性和經濟效益。

例如，在軟弱圍巖隧道拱架施工中，可以利用連接鋼板定位器來提高拱架的焊接精度，減少人工焊接誤差。連接鋼板定位器具有低成本且使用效果良好的特點，依據鋼板的厚度、拱架連接板的大小以及螺栓孔的位置差異，選擇合適的定位器。在工字鋼上安裝定位器，使螺栓能夠穿越定位器進行定位，從而完成鋼板的焊接。為了保障鋼拱架施工安全，可以根據具體情況選擇拱架連接鋼板的防護方案。為控制拱腳下沉情況，可以根據工程造價預算和實際工期要求，采取相應的處理方式。對拱腳處圍巖進行改良或應力擴散，以增強下沉控制效果。為提高拱角承載力，可以對拱角圍巖進行補強處理，注漿填充裂縫和固結區域，并與錨桿共同承載力的作用。

對于拱腳支撐樁的處理，可以采用高壓噴射攪拌樁提高拱腳的承載力，但需要使用專用設備，因此應考慮成本因素，選擇合適的優化措施。在解決應力擴散方面，可以采取臨時仰拱的方式，解決拱頂沉降和周邊位移；拆除臨時仰拱時需要注意，臨時仰拱在施工過程中起到支撐和固定的作用，一旦將其拆除可能引起結構的變形或者受力分布的改變，從而導致結構不穩定甚至安全風險。此外，還可以擴大拱腳噴射混凝土的厚度，與支護體系共同承載力的作用，提高承載能力，但需要將加厚角度控制在45°以內，以提高作業效率[2]。

4.2 隧道開挖支護技術

在軟弱圍巖地區的施工中，為了保障工程建設的安全性，需注重隧道開挖支護技術的規范使用，規避施工隱患并實現良好的開挖支護效果。應嚴格按照開挖順序進行工程施工，提前勘查地質情況，深入了解地層概況和地質含水量等因素。根據實際情況變化，及時調整超前支護方案，并制訂特殊情況下的應對方案。

此外，加強施工監控和測量，掌握圍巖變形的實時速度。通過實時監測，能夠及時發現圍巖的變形情況，并采取相應的措施來保障工程的穩定性。

在軟弱圍巖隧道開挖施工中，臺階長度應控制在8～10m 范圍內，將二次襯砌與掌子面的距離保持在50m 范圍內。在初期支護的錨桿施工中，呈梅花形布置的錨桿可以有效增加圍巖的穩定性。中空注漿錨桿的鉆孔與注漿是隧道工程中常見的支護方式，鉆孔的位置和深度需按照設計要求進行設置，鉆孔直徑應略大于錨桿外徑，然后將預制完成的中空注漿錨桿插入鉆孔中。

注漿過程中，漿液通過錨桿內部的管道注入鉆孔中，填滿錨桿外部空腔并與周圍巖體結合，從而增加圍巖的穩定性。注漿結束后，需要等待一定時間使漿液充分固化。但是需要在注漿之前將鉆孔內部充分清理干凈，以確保注漿漿液能夠充分填滿鉆孔，并與巖體形成良好的結合。

注漿時的壓力應以地下水為參照，并控制在合適的范圍內。在進行掛鋼筋網的施工時，先要進行開挖面的檢測，以及超欠挖情況的評估。如果發現欠挖或超挖的情況，應當及時采取相應措施進行處理，例如，進行混凝土回填或者使用強漿砌片石柱等方法修復地基。

在預制廠內進行鋼筋網加工的過程中，需要確保鋼筋網能夠緊貼巖面安裝，并且需要通過適當調整噴射角度來增加鋼筋網混凝土的密實度。這可以確保鋼筋網與巖面之間的結合更加牢固，并且提高整體的施工質量和安全性。此外，還需要注意相關細節，如鋼筋網的尺寸規格、連接方式以及固定方法等，以確保施工符合相關標準和規范要求。

4.3 綜合進洞施工技術

洞口地段的圍巖地質條件相較其他地段更差，開挖施工不利因素多，從而增加了洞口段的施工難度。隧道施工具有較強的破壞性，容易引發一系列隧道問題。綜合進洞施工技術的應用可以在一定程度上降低施工的復雜程度，達到良好的施工效果。

在軟弱圍巖隧道綜合進洞施工技術的應用中，應根據施工現場環境的特點，采取一系列措施以保證隧道進洞的安全性。首先，進行詳細勘查，特別是隧道進口地段的地質條件，應進行細致調查，同時采取相關措施減少地下水對施工的干擾。在軟弱圍巖分布較多、邊坡土層性質較差的地段，采用分層開發原則可以有效降低隧道施工的風險，并確保施工的安全進行。在此類地段，采用錨網噴防護措施，在隧道洞壁上預埋錨桿，然后在錨桿周圍進行鋼絲網的噴涂，形成一層堅固的保護層，增強圍巖的穩定性，以防止巖體的崩落和滑坡。

在施工過程中，先搭設管棚平臺，選用適合的材料，如I18 鋼架，這種鋼架具有較高的承重能力和穩定性，適用于支撐大型臨時工程結構。同時進行準確定位、測量放樣和校驗，以盡量縮小測量誤差。隨后固定導向管并進行模板澆筑混凝土，其中，模筑泵是主要設備。在模板安裝期間，需要加強孔口防護，以防止堵塞。選用的鉆孔設備是液壓鉆，以低壓低速狀態起鉆，并及時利用高壓氣體清潔鉆孔雜物。完成鉆孔后，進行注漿施工，按照適當的水灰比配置水泥砂漿，將壓漿管伸入孔底，盡量做到一次注漿成型。

水泥漿液凝固后，可以進行洞深開發作業。在洞深開發的過程中，首先，需要對井孔進行清理，確保井孔內部沒有殘留物和雜質；其次，進行鉆孔作業，根據設計要求確定鉆孔位置和深度，并采用適當的鉆具進行鉆孔；再次，進行爆破作業，通過合理的裝藥設計和安全控制，實現對巖石或土層的開采和開發；最后，清理爆破碎石和填充洞深，確保洞深開發作業的順利完成[3]。

4.4 噴錨構筑施工技術

噴錨構筑施工技術主要涉及混凝土噴射、鋼拱架和錨桿三種關鍵技術，其涉及多個方面的施工內容。應嚴格按照施工工序進行施工，并對施工行為進行規范，以有效管理施工過程。此外，了解錨噴構筑法的作用機理，并結合工程水文地質條件采取相關措施，可以降低施工的復雜性。

在軟弱圍巖隧道噴錨構筑法施工中，采用洞口淺埋暗挖法進行開挖和支護工作。此方法通過合適的開挖尺寸和科學的開挖方法，配合超前小導管注漿加固，實現了圍巖狀態的穩定。在軟弱圍巖隧道的噴錨構筑中，超前小導管可以用于注漿加固，將漿液輸送到需要加固的位置，提高圍巖的穩定性和強度。在洞口和隧道壁處進行噴射混凝土加固，控制其厚度不超過開挖尺寸的1/40，同時安裝高強度的鋼拱架和鎖腳錨桿，增強支護能力。嚴格控制施工標準，重視步長管理和二襯施工，加強施工現場審查，確保施工質量符合相關要求。合理安排二次襯砌和仰拱施工時間，快速進行二次襯砌，提高圍巖的自承能力，預防施工隱患。

5 結語

隧道施工安全和穩定是保障交通質量和通行安全的關鍵。在軟弱圍巖隧道施工中，選擇合適的施工技術至關重要。針對軟弱圍巖的特點和地質條件，采用科學的開挖和支護方法，可以有效提高施工效率和質量，有效防范安全風險，保障施工安全。