高原地區軟弱圍巖隧道施工技術分析

文 靜

（江蘇省中鐵十九局第六工程有限公司，江蘇無錫 214000）

0 引言

隧道施工主要以跨越山區障礙，實現與道路工程的有效連接，以提高道路交通工程的運輸效率及運輸能力。但從目前來看，隧道工程施工中受到地質條件等因素影響，制約了隧道施工工程技術的應用，尤其是高原地區軟弱圍巖隧道工程，由于特殊的地質條件導致隧道施工中安全系數、施工安全質量降低，影響施工經濟性。下面以軟弱圍巖地質條件下的隧道施工技術為研究對象，結合文獻對比法和案例分析法，主要以高原那隆隧道工程為例，對高原地區高應力區的軟弱圍巖隧道工程的施工特點、施工技術應用及施工技術優化進行分析，為促進高原地區軟弱圍巖隧道工程施工技術應用的合理化提供理論基礎，為發揮高原地區隧道工程的作用，提高高原地區隧道工程建設質量提供施工技術層面理論基礎，提高經濟效益和社會效益。

1 工程概況

拉洛水利工程那隆隧洞位于西藏自治區日喀則市西部、雅魯藏布江以南薩迦縣，是雅魯藏布江右岸一級支流夏布曲干流上的控制性工程，工程位于海拔4300 m 的地區，高寒缺氧。那隆隧洞（K13+600～K19+517）隧洞全長5.917 km，縱坡0.69‰，采用現澆混凝土圓拱直墻式斷面。其設計引水流量為16.47 m3/s。斷面設計尺寸確定為3.5 m×3.95 m（寬×高），洞內設計水深2.74 m。

從地質特征上看，主要體現在那隆隧道進口的邊坡、出口的邊坡、洞身進口及施工支洞等結構處，現對這四部分的地質特征進行分析。

（1）那隆隧道進口邊坡。自然斜坡屬斜逆向坡，邊坡整體穩定。進口樁號K13+600，設計洞底標高4040.00 m。隧洞進口位于申格孜的那隆溝附近，那隆溝槽高程4040～4045 m，斜坡高程4045～4062 m，地形坡度15°～20°，地表發育近東西向小溝。基巖為第三系柳區群（E1-21q）紫紅色巨厚層砂礫巖夾泥質粉砂巖，屬易軟化軟巖。巖層產狀走向20°～40°，傾SE∠30°～52°。

（2）出口邊坡：隧洞出口位于郎拉隆北東側斜坡，斜坡走向北東，地面高程4053～4069 m，地形坡度25°～30°。北側為溝口堆積平臺，地面高程4039～4043 m。出洞口北東側斜坡分布第四系覆蓋層，覆蓋層厚3～5 m。基巖為安山巖及白堊系昂仁組砂頁巖（角巖），巖體具“硬、脆、碎”特點。兩者接觸附近的砂頁巖變質為角巖。巖層產狀走向80°～90°，傾N∠70°～80°。

此外，洞身進口從那隆以32°走向經過東西向峰谷相間展布的山脊到達郎拉隆東側的斜坡，沿途地面最高點高程4450 m，最低點高程4066 m（郎拉隆溝）。施工支洞位于那隆隧洞進口段，與主動樁號K14+876 相接，距主洞進口1276 m。施工支洞走向94°，與主洞交角約62°，支洞坡底坡度約10°，洞長約511 m。

2 高原地區軟弱隧洞施工基本措施

（1）施工技術人員作業海拔均高于4300 m，高血壓、頭暈、頭痛等高原反應，導致施工人員工作效率降低，尤其是在隧道內2000 m 以上區，缺氧現象更為明顯，因此應制定高效的應對措施：①項目部門應配置齊全的醫療工作站、救護車及醫療團隊，切實保障和加強項目施工技術人員安全；②需要配置專業的制氧供養區域，配置齊全的供氧設備，其中吸氧室內應配置齊全的抽送風設備，利用通風設備將氧氣輸送到需求作業現場，如開挖作業面上，以充實隧道施工洞體內的氧氣含量，提升施工技術人員的施工效率。

（2）針對那隆隧道海拔高、隧道長、正常施工期短工期壓力大的特點，冬季施工技術應得到保障。例如拌合站、堆料倉等施工區域應集中封閉施工，做好地暖的敷設作業，以滿足全年無間隙化施工的條件滿足。

3 高原地區軟弱圍巖隧道施工技術分析

高原軟弱圍巖隧道施工過程中，應重點關注施工技術選擇，盡最大可能地滿足施工條件，并結合軟弱圍巖施工的實際需求，以達到軟弱圍巖穩定性的合理化控制。尤其是在開展科學的施工技術的過程中，應加強高原地區軟弱圍巖隧道施工技術的實際需求，對地質條件展開詳細的勘察作業，并出具地質勘察作業報告，采取科學合理的施工技術方案，并降低軟弱圍巖對隧道工程的影響，提高施工安全系數。

3.1 土石方全斷面開挖技術

高原地區地質條件惡劣，如何選擇合適的土石方開挖技術成為隧道施工的關鍵環節，由此需要強化對軟弱圍巖的分析與解讀，先從理論分析的角度，結合預先設計的施工方案，合理把控土石方開挖技術，以減少對軟弱圍巖造成的擾動現象，提升軟弱圍巖地質條件下的土石方開挖技術的施工效率，降低施工過程中不安全系數。針對高原區域，軟弱圍巖的級別一般分為Ⅳ級和Ⅴ級，以此類巖層為例，可選擇的土石方開挖技術包含有明挖、洞內V 類圍巖開挖、洞內IV 類圍巖開挖。

（1）明挖施工。首先按照設計圖紙，洞臉邊坡削平處理，并及時噴錨支護，并選擇分層、分段開挖，直到洞臉邊坡開挖完成以后，才開展洞內開挖，實施由外向里、自上而下地分臺階開挖，同時在開挖的過程中要做好排水處理。

（2）洞內V 類圍巖開挖。要按照微臺階、弱爆破、強支護等開挖原則，避免因為圍巖自身穩定性能力較差導致塌方危險事故的發生。首先，鉆深孔作為降排水及超前地質預報措施；為防止洞內塌方，應選擇使用超前小導管注漿法，起到超前支護和加固圍巖穩定性的作用。對洞內的邊墻結構使用C15 混凝土進行回填處理，確保洞內墻體結構能夠承受足夠的承載力。采用雙液注漿堵水，增加噴錨的厚度等。

（3）洞內IV 類圍巖開挖。選擇使用斷面一次開挖或者臺階法分布開挖。

在土石方開挖作業環節中，應對開挖的步距進行科學控制，提升土石方開挖的質量，并符合隧道施工技術的穩定性，為后期的地基支護作業奠定堅實基礎。

3.2 隧道掘進技術分析

隧道掘進施工技術的應用是實現隧道工程施工環節重要組成部分，也是為科學開展隧道工程、提升隧道施工技術高效開展的關鍵環節，因此針對軟弱圍巖地質環境來說，應結合其勘察實際情況，如對物理性質、開挖面積等參數進行明確和綜合分析，才能夠科學地選擇隧道掘進施工方案，制定可行性、安全系數高的隧道掘進施工流程，提高隧道施工的安全性及穩定性。隧道掘進施工過程中，主要采取先爆破，再開挖，兩者相互結合的鉆機鉆眼方式，以確保隧道掘進施工的質量。同時盡可能地控制隧道的收斂及變形形式，當變形值達到一定范圍后，促進軟弱圍巖的穩定性得到有效保障。

3.3 超前支護技術分析

超前支護技術的應用主要是以管棚、超前小導管等進行科學使用，并結合軟弱圍巖的地質環境，選擇合理的錨固形式，以剛架材料為錨固主材，以促進軟弱圍巖施工質量得到提高。對于超前管棚來說，其施工難度較大，管長的確定需要依據隧道工程技術實施的具體情況，促進高原地區隧道施工質量的進一步提升。管棚長度一般選擇3～5 m。超前小導管的使用主要是結合注漿的方式，將膠結的漿液灌入到軟弱圍巖結合系統中，并促進軟弱圍巖的使用性質得到提高，隧道施工安全性也得到保障。因此，超前支護技術的實施，是加固隧道施工周邊圍巖的有效方法。

3.4 鎖腳錨桿技術

隧道下斷面結構開挖之前，需要施行鎖腳錨桿施工技術，主要針對邊墻超前錨桿技術的應用方式為主，以滿足錨桿結構或者系統能夠達到受力的穩定性，提升超前錨桿施工技術的質量，避免因為軟弱圍巖承載力不足所難以滿足的地基支護效果，以此高效性的提高軟弱圍巖隧道的施工技術應用效果，提高隧道施工質量。鎖腳錨桿技術應用的過程中，應選擇尺寸參數、功能效果等合理化的墊塊、鋼槽結構，減少支護作業帶來的影響。

3.5 正面進洞及洞內施工技術

正面進洞技術和洞內施工需要圍繞針對軟弱圍巖結構的實際勘察結果，選擇利用科學的虛擬洞門及改善圍巖方法的措施，來提升方法的合理化應用。在軟弱圍巖施工過程中，應注重對泄水情況的統計分析，明確泄水的主要原因，針對泄水部位結構，選擇合理的防治措施，避免泄水后圍巖結構的承載力穩定性發生變化，同時應提高正面進洞、洞內施工方法的應用質量，科學化規避施工過程中的安全隱患。

4 高原軟弱圍巖隧道施工方案的優化方式

4.1 形變量大小的科學預留

斷面開挖作業的過程中，應首先以保障隧道凈空尺寸、結構尺寸符合設計規范的要求，同時還要結合支護作業過程中產生的形變量，對斷面開挖施工技術的選擇進行綜合分析。圖1 和圖2 分別為計算彎矩圖和變形圖。

針對預留形變量的計算，應以如下參數為依據，如斷面結構的尺寸、支護類型、圍巖結構的級別等，以此來控制計算結果符合規范要求范圍，并依據軟弱圍巖所處的地理環境，預留變形量可在合理范圍內適當調整，調整方法一般選擇工程類比法。仰拱施工技術應用過程中，應明確測量數據的準確性，當局部支護技術的形變量達到預先設計的1/3時，要選擇注漿的方式，將對應形變量控制在30 cm 以內，這樣不僅能大大節約成本，同時還能促進施工技術的合理實施。

圖1 計算彎矩

圖2 計算邊形

4.2 以初期支護閉合成環的時間來設計和優化施工方案

支護過程中，會出現基礎下沉、形變量加大或者開裂現象，因此在初期支護施工的過程中，應合理控制中、下兩部分臺階的距離，同時仰拱的施工速度要不斷加快，以控制初期支護閉合成環時間的盡量縮短。由于有關標號路段沒有及時進行仰拱作業，則可能發生拱頂結構下沉現象，一旦發生超出預設距離的30 cm以上，則會對工程安全施工造成巨大影響，也增加了工程的成本和造價。

5 結束語

為了提高高原軟弱圍巖隧道施工安全系數，降低軟弱圍巖地質環境對隧道施工的影響，提升隧道項目的質量，本文以那隆隧道項目施工為例，重點探究了軟弱圍巖環境下隧道施工方案，并對其施工技術的選擇進行了合理分析與評估，為促進隧道施工技術應用穩定性提供理論支撐，具有較大的經濟和社會效益。