高原高寒地區單線隧道軟弱圍巖快速施工分析

王敬

隨著現代化經濟發展步伐的不斷加快，各類工程均面臨建設規模不斷擴大涉及水文地質條件復雜等問題局限。此情況下，工程項目建設人員應從實踐角度出發，即在明確工程所處不良水文地質情況的基礎上，來找出施工質量、施工進度以及投入施工使用可持續性的實現方法。如此，隧道工程才能夠為涉及的工程建設環境提供安全、可靠以及持續性的保障。所以，工程建設人員應將此課題作為提升地區經濟發展水平的關鍵，進而服務于現代化經濟建設的全面發展進程。

一、工程概況

當金山隧道工程，位于我國甘肅省阿克塞縣境內的高原高寒地區。工程除了進口段450m為雙線段外，其余洞身均為單線隧道。經對工程涉及地質水文條件進行勘察發現，地質條件具有復雜特點，即以V、IV級圍巖為主，且具有巖層變化較快特征。當前階段，工程建設人員將III級圍巖基本變更為IV級圍巖，進而進行施工穩定性的強化與控制，即采用了全斷面與臺階法。但因隧道工程所處地質條件的斷面較小，增加了施工作業的難度。為達到工程施工建設要求的進度控制目標，相關人員采用了長臺階施工方法。

在施工實踐過程中，施工距離上臺階要保持50m以上，才能保證正常出碴。這種施工情況，就意味著上下臺階無法同時進行施工作業，且存在相互干擾的問題，從而影響了施工進度的控制效果。而且，隧道工程施工建設的安全穩定性難以得到應有的保證。所以，施工技術人只能采用傳統的兩臺階預留核心土或三臺階方法，來避免大塌方事故的出現。

二、高原高寒地區單線隧道的軟弱圍巖環境分析

研究表明，當金山隧道通過多處斷層環境時，F5斷層所帶來的影響范圍最大，其具有圍巖軟弱且破碎特性，非常容易導致支護結構發生大變形。為此，隧道工程建設人員結合以往類似工程處理支護結構大變形問題采用方法進行分析總結。

經初步分析，根據本隧道工程的地質情況，具體采用的施工處理措施應按照如下三個標準進行分析判斷。如此，具體施工過程就可進行適當的調整，以適用復雜的軟弱圍巖結構。如下表所示，為隧道大變形分級標準。

隧道大變形分級標準

Ⅰ級大變形：單線隧道施工人員應結合工程項目的設計情況適當加大變形量的預留，并在拱部設置超前小導管。與此同時，還可適當加大環向的間距，以使初期支護結構得以封閉與強化。此過程，在全環設置型鋼鋼架時，應采用鋼筋混凝土二次襯砌，來提高大變形施工處理的質量效果。

Ⅱ級大變形：隧道工程建設人員應加大變形量預留，并在保證支護結構得到封閉與強化基礎上，適當增加系統錨桿長度。在處理全環設置型鋼鋼架時，應在增加型鋼型號的同時，加密間距，并通過增加邊墻的徑向注漿，來進行鋼筋混凝土結構的二次襯砌施工。

Ⅲ級大變形：此軟弱圍巖結構變形影響環境下，相關人員應在Ⅱ級大變形施工處理方法基礎上，采用多重支護結構或是優化隧道結構的形狀，來強化鋼筋混凝土的二次襯砌結構作用穩定性。

對于上述不同圍巖情況，施工技術人員應分別采用臺階法、三臺階法以及三臺階臨時仰拱法。此外，在具體開挖施工時，應及時進行閉合成環處理，即保證每一環支護均設置鎖腳錨桿，以提高支護結構的作用穩定性。這樣一來，就能防止拱腳發生下沉或內移現象，進而杜絕較大變形或是拱部巖層坍塌等安全事故的出現。

總的來說，F5斷層圍巖結構具有破碎、風化嚴重且自穩定能力差的特征，施工技術人員應采用倆臺階法，并嚴格遵循軟弱圍巖的施工原則，來提高單線隧道施工建設的質量效果。值得注意的是，為加快施工進度，作業隊按照尺寸和比例在裝載機上制做了一部移動式施工臺架，移動很方便、快捷。高度可以跟著裝載機液壓調節，大大加快了掌子面上臺階施工速度。上臺階鋼架支護完成后，立即開始噴錨，下臺階開始支護鋼架，這樣就縮短了初期支護的時間。

三、高原高寒地區單線隧道軟弱圍巖的快速施工要點

1.明確施工方法應用要求

兩臺階預留核心土施工方法的應用，需按照工程項目的施工建設要求將安全紅線步距要控制在仰拱35m，二襯70m。對于開挖的施工現場，為了加快循環時間，提高安全質量，施工過程中對裝載機進行工裝改進，以利于上臺階的開挖作業。因F5斷層圍巖結構破碎，在無法進行爆破施工處理時，采用挖機加螺旋刀片進行快速施工控制。此外，為實現單線隧道的快速施工控制目標，臺階長度為5m的施工，應保證立架與噴錨施工人員同時到場，以縮短施工工序的銜接時間。

2.加強圍巖超前地質預報

對地質較簡單的地段，以洞內地質編錄為主，根據對洞內地層巖性、地質構造、巖體節理裂隙、地下水的發育情況等，分析圍巖的穩定情況，并據此預報掌子面前方圍巖的工程地質條件、水文地質條件；對地質條件比較復雜的地段，如地層分界線、角度不整合接觸帶、物探異常段、富水段等，在洞內地質編錄的基礎上，采用物探超前地質預報方法，對隧道掌子面前方的地質條件進行預報；對地質條件特別復雜的地段，如區域性斷層及次級斷層、突涌 水段等，在洞內地質編錄的基礎上，先進行物探超前地質預報，必要時采用超前水平鉆探進行超前地質預報；Dk194+980～DK207+500段設置平行導坑，距正線40m，且先期施工。對設置平行導坑段落，通過先期施工的。

3.圍巖監控量測

本隧道以洞內外觀察、水平收斂量測、拱頂下沉量測、洞身淺埋段地表下沉量測為必測項目，斷層破碎帶(主要為f4、f5、f6、f6-1、f8及f9等斷層)隧底上鼓量測根據現場施工實際情況進一步確定。

4.強化斷面工裝改進效果

以開挖作業線的機械配置為例，此過程，相關人員應盡可能減少單孔作業時間、減少鉆孔施工以及避免鉆孔液對周邊圍巖溫度場帶來影響。

5.施工進度控制

本隧道采用自卸汽車進行出碴，由于是單線隧道，開挖斷面較小，不能夠進行平行作業，只能按順序進行施工，因此出碴的車輛數量是加快循環的關鍵，現場至少要保證7臺出碴車，方可滿足要求。超欠挖制控是控制噴錨作業時間的關鍵，現場要求每個臺架鉆孔進行定人員，定考核，及進調整，測量班進行每班放樣，保證爆破的質量。

由上述多種快速施工方法的應用實踐可以證實，單線隧道的兩臺階預留核心土施工方法，能夠最大地保證隧道施工的安全步距。如此，不僅減少了坍塌安全事故的發生，還提高了安全施工的質量管理效果。因此，工程建設人員應在當金山隧道進口正洞段全面采用。

四、結語

綜上所述，高原高寒地區環境下，單線隧道工程的施工進度保障，應從所處的軟弱圍巖結構情況入手進行分析研究。如此，就能針對不同的軟弱圍巖結構采用不同的快速施工方法，進而在保證隧道工程施工質量效果的基礎上，滿足工程項目對施工進度的控制要求。事實證明，只有這樣，才能使工程項目的建設使用達到預期的目標，進而促進所處地區現代化發展進程，以快速抓住當前階段各行各業經濟建設快速發展的機遇。