高地應力軟巖大變形隧道施工技術

戈玉龍

高地應力軟巖隧道施工危險性高、地形復雜、施工時間長，所以在施工期間，要進行充分的研究，并合理地采用隧道施工技術，這樣便可以保證施工的安全性和施工的整體效果。

高地應力軟巖隧道施工是一項極為復雜的工作，若無法采用合理的施工技術，那么就很有可能引發施工風險，并且也難以保證隧道施工的整體質量。

一、高地應力軟巖大變形隧道施工質量控制技術

1.加強預留變形量

在進行隧道施工期間，要通過實際狀況，來合理地加強預留變形量，這樣便能夠保證支護發生侵限時還可留有足夠的變形量。在剛開始進行支護的時候會出現相應的位移，利用該方法，可以讓地應力得到足夠的釋放，降低作用二次襯砌載荷，從而能夠使隧道施工更加具有安全性。不過在施工期間，若未能保持好預留變形的話，那么在施工期間，二次襯砌厚度就達不到標準要求，這樣就無法保證施工的安全性。比如在進行隧道施工時，依據隧道圍巖分布以及變形的實際情況，在隧道的周圍把變形預留量加大了0.8m，從而有效地改善了支護侵限問題，同時還讓地應力得到了完全的釋放，解決了二次襯砌受壓問題，從而使隧道結構更加具有安全穩定性。

2.優化施工

軟土隧道變形情況會影響到施工期限和工序。而想要降低變形程度，那么就要注重一個字，那就是“快”。具體來講就是在施工時要進行快挖、快支、快封閉。同時還要根據實際的施工情況來采用合理的施工方式。其中快挖是指在施工時要盡可能地節省工期，避免在施工期間出現影響施工進程的狀況；快支指的是要以最快的速度進行支護施工，在開挖結束以后，要馬上對巖面進行封閉，以有效地維護好原巖，防止圍巖長期裸露在空氣里，從而得以使施工順利的進行；快封閉，能夠讓支護結構以最快的速度改善受力條件，從而有效地抵擋住壓力，這樣一來便可有效地降低圍巖變形的程度。

對相關的施工進行分析可以了解到，對軟巖隧道進行開挖時，臺階法效果最為理想。在施工過程中，若能合理的采用此施工方法，不但可以減少封閉時間，同時還可提升支護成環速度。通常在施工期間，核心土的高度要保持在2.4m上下，長度則要保持在2.9m上下。而臺階的長度為：上部臺階要保持在3m～5m上下；中部臺階要保持在5m上下；而下部臺階要保持在6m～7m上下。同時要注意的是，下部臺階和仰拱之間的長度要控制在15m上下。

根據多年的施工經驗發現，在施工期間，隧道變形控制工作至關重要。通常，對下部臺階進行接腿時，時間要少于9d，而且封閉仰拱的時間要低于15d，若遇到特殊情況，則要按照工程的實際狀況來設立符合要求的橫撐結構，以確保施工的有序開展。

3.仰拱

在高低應力隧道施工中，仰拱極為關鍵。高地應力軟巖變形地段，仰拱要在開挖工作結束后開展，仰拱距開挖面下臺階長度通常要小于15m。任何一環仰拱開挖的長度都要小于4m，開挖后馬上使用U型鋼架、鋼筋網來開展支護施工，讓支護系統封閉成環，然后馬上對仰拱混凝土進行施工，這樣就可以使支護系統的受力達到最為理想的效果。

4.提升支護剛度

在進行隧道施工時要遵照“提高初期支護強度，杜絕拆卸”的要求來進行施工，這樣便可保證施工能夠順利開展。如果隧道產生了大范圍的變形情況，那么則最好采用鋼架支護體系，以保證施工的整體質量。如果軸向水平擠壓應力比橫向水平擠壓應力大的話，則要控制好鋼架縱向的連接工作。而且還要加大對隧道變形問題的研究力度，然后根據研究結果，在拱部鋼架間合理的增設縱向連接鋼架，利用此方法能夠使支護結構剛度符合規定要求，從而得以保證施工的整體質量。

5.二次襯砌

高地應力會導致軟巖產生明顯的變形，同時還會形成明顯的流動性，而且無法以最快的速度達到理想的平穩性，尤其在低強度應力下，若想保證平穩性，那么至少要2年到3年。而如果采用等待的方法，不但需要很長的時間，并且在施工過程中會產生位移的情況，這樣就無法保證施工的整體質量。在進行施工的時候，如果不斷進行拆除和更換，那么對于施工的質量也會造成很大的影響。上面我們提到過，在施工期間進行二次襯砌對于施工至關重要。具體表現在，對剛強結構進行澆筑，能夠抵擋得住由變形所產生的壓力，從而保證隧道結構和圍巖的平穩性。

6.噴射混凝土

在進行高地應力軟巖大變形施工期間，噴射混凝土時，強度等級要達到C20，噴射厚度則要達到26cm。通常噴射分成出兩個階段，分別是初噴以及復噴，在初噴時，厚度要達到4cm，復噴則要達到22cm。初噴混凝土屬于圍巖的首層支護，能夠避免新裸露的洞壁圍巖出現風化現象，這樣一來便可以減輕圍巖承載力；能夠將圍巖開挖輪廓的不平整處填平；能夠降低甚至清除掉應力集中的情況，從而加強圍巖的平穩性；對圍巖進行封閉，可使接下來施工更加的安全。

在初噴結束以后，要馬上開展錨桿施工，隨后再進行復噴混凝土施工，在完成以后才可開展接下來的開挖工作。剛進行噴射的混凝土強度高，和圍巖黏結能夠保證穩固性，可很快和圍巖構成拱形整體，一同來承擔負荷壓力，這樣就可以使圍巖更加穩固，同時還能夠加強圍巖的承載力。

7.錨桿

上面提到過，在初噴混凝土施工結束后，緊接著就要進行錨桿施工，錨桿桿體要達到直徑22mm，螺紋鋼長度要達到4m，環向、縱向間距則要達到1.2m，設置成梅花形，錨桿要和圍巖形成垂直狀態。在錨桿端頭處設置鐵墊板，在進行施工期間使用螺母穩固墊板，保證其能夠和巖面緊密地銜接。錨桿桿體在孔里的長度要超過設計長度的95%，裸露在外的長度要比噴射混凝土厚度小。

8.隧道開挖方法和鉆爆技術

隧道開挖的優勢在于能夠降低一次性開挖面積，每個部位都可以實現錯開開挖，可降低掌子面高度，保證其平穩性，而且還能夠減少開挖和支護的時間間隔，保證開挖處可以馬上得到支護。

使用微振控制爆破技術，使裝藥量與延期時差可保持在合理的范圍內，保證爆破振速的合理性，降低給附近圍巖所造成的影響。隧道高應力段以IV級圍巖為主，其每循環進尺要在2m～2.4m的范圍，附近眼線裝藥密度要在0.075kg/m～0.1kg/m的范圍內，平均裝藥量單耗要保持在0.55kg/m～0.65kg/m的范圍，附近眼環向間距要保持25cm～30cm的范圍，而外插角則要保持在1.5°～2°的范圍。

二、工程實例

一項隧道施工總長達到了3 3 2 5 4 m，埋深是9 7 2 m。在檢測后了解到，施工的水平鉆孔的最高主應力平均值達到了21.47MPa，最小平均值則是10.52MPa，垂直鉆孔最大主應力平均值是17.28MPa，最小則為9.21MPa。

在進行工程設計的過程中，原錨桿長度是2.5m，噴C20混凝土，以臺階法為主。在實際施工期間，水平方向出現了明顯的變形，所以要采取有效的處理。具體方案為：采用柔性設計，通過錨注支護改進圍巖，以加強剛度支護效果。同時以最快的速度封閉成環，最終使施工得到了有序的開展。

完善設計方案，并在隧道施工結束以后，還要做好管控工作，通過一周的工程檢驗，了解到收斂速度達到了3mm/d，不過在一周后，初期支護管控量測數據的收斂速度降低到了2mm/d，變形速度逐漸減慢，從而減輕了隧道變形的程度。

三、結語

考慮到高地應力軟巖大變形隧道施工風險度高，并且地形復雜、施工周期長，所以一定要掌握支護、噴射混凝土、二次襯砌、隧道開挖方法和鉆爆等一系列技術，這樣一來便可以保證隧道的整體施工質量。