軟弱圍巖隧道施工方法及施工工藝研究

劉 鵬

（中鐵上海工程局集團第一機械化施工分公司，安徽蕪湖 241000）

人們生活質量不斷得到提升，交通需求逐漸提升，公路交通以及鐵路交通的出現為人們提供了更多樣化的出行方式，提升人們交通出行的便利性。隧道工程建設質量與人們的出現安全具有緊密聯系，社會對于隧道工程施工給予更多重視[1]。軟弱圍巖自身的穩定性能以及強度相對較差，進行隧道施工時，沒有采取合適的施工方法易引起塌方事故，應加強軟弱圍巖隧道施工方法以及施工工藝措施的研究，提升軟弱圍巖隧道工程質量。

1 軟弱圍巖隧道工程特征以及潛在安全風險源

1.1 軟弱圍巖隧道工程特征

軟弱圍巖隧道工程施工與其他隧道施工具有明顯的特殊性，在施工過程中所受到的地質環境影響更明顯。在進行軟弱圍巖隧道施工時，應充分了解軟弱圍巖地質的特點以及軟弱圍巖隧道工程的特點，加強隧道施工技術的事前有效管理。隧道工程中的軟弱圍巖地質主要是指破殘積土，這種地質主要是在湖水以及河水的長期沖刷作用下逐漸形成，包含不同種類的堆積土質，土軟弱圍巖土質當中的材料以及填充物較復雜[2]。軟弱圍巖的土質特點造成實際施工過程的性質不穩定以及易膨脹的特點，這類土質摩擦力較小、黏著力較弱。在軟弱圍巖隧道實際施工過程中，軟巖土質較容易被擾動，周圍出現松動情況，旁邊的圍巖所受的壓力會逐漸增加。軟弱圍巖隧道后期施工過程，施工動作易引起周邊圍巖結構發生變形，再次影響隧道工程的穩定性以及安全性[3]。軟巖隧道工程施工過程摩擦力相對較弱，挖掘過程局部受力施工過程不同形式崩塌問題發生概率更高，整體施工難度成倍增加。

為了提高軟弱圍巖隧道施工過程的結構穩定性，通常會采取不同施工環節的分部施工管理，導致軟弱圍巖隧道工程施工進度緩慢、施工周期較長。軟弱圍巖隧道施工過程所使用的不同施工技術以及施工工藝，導致地質結構不同種類的變化，在施工過程需要不斷調整施工計劃適應實際的施工情況。參與軟弱圍巖隧道施工的人員均面臨較大的安全風險，施工過程中各種安全隱患的發生概率較大，對于施工人員的業務素質以及心理素質要求較高。

1.2 軟弱圍巖隧道工程潛在安全風險源

軟弱圍巖隧道工程施工過程的潛在安全風險源主要包括軟弱圍巖淺埋與偏壓、土質隧道、大埋深軟巖隧道、斷層破碎帶、結構面發育的塊狀巖體地段以及不同巖層接觸帶地段。在軟弱圍巖淺埋地段進行施工時較難形成拱，較易出現局部塌方問題。偏壓地段隧道支護結構所承受的荷載力處于明顯的不對稱狀態，極易引起變形過大或塌方問題。進行土質隧道部分施工時，沒有加強初期支護強度會引發局部塌方的問題。大埋深軟巖隧道開挖時較易出現洞壁巖體剝離以及顯著位移的情況，沒有進行足夠強度的支護會引起支護變形過度以及塌方等問題。斷層破碎帶、結構面發育的塊狀巖體地段以及不同巖層接觸帶地段隧道施工過程較易出現突水、塌方以及涌泥等風險[4]。

2 軟弱圍巖隧道施工方法

2.1 環形導坑施工法

環形導坑法是軟弱圍巖隧道施工當中應用頻率最高的一種施工方法，主要應用于隧道洞口淺埋段施工中。施工人員在超前管棚下按照隧道本身的環狀輪廓線開始開挖作業，形成一個高度約2.50 m的環形導坑。完成導坑開挖后，在施工初期階段就應進行支護，施工過程進行爆破時應盡量選擇微振或風鎬的形式，將各個循環進尺的寬度控制在0.80 m。按照施工順序可以將環形導坑法施工劃分為拱部環形導坑開挖、初期支護、上臺階開挖、左墻開挖及支護以及右墻開挖及支護等8個施工步驟。施工人員使用環形導坑法進行施工時應嚴格控制臺階高度，主要是因為在地下工程施工過程對臺階高度具有一定約束，應進行臺階高度分配工作。在進行隧道施工時，面對的施工空間大小較固定，在對臺階高度進行分配時應確保施工安全以及施工效率，確保所有施工環節的可行性，為隧道工程質量提供有力保障。

2.2 短臺階七步平行流云施工法

施工人員在實際施工過程應靈活應變，結合實際的施工情況選擇最合適的隧道施工方法，能夠最大限度地保證隧道整體的施工質量[5]。短臺階七步平行流云施工法屬于一種相對較成功的隧道施工方法，一般情況下在進行軟弱圍巖隧道施工時，使用這一施工方法能夠實現隧道開挖方式以及支護手段的靈活選擇和利用。

短臺階七步平行流云施工法與其他施工方法相比，更適用于軟弱圍巖的復雜地質環境，應用過中程最重要的是應充分結合實際的施工情況[6]。最初應用階段會在隧道拱部上部斷面直接進行開挖作業，期間應進行初期支護，保證支護力度足夠。進行邊墻左側以及邊墻右側開挖時，應結合實際情況進行針對性較強的開挖。短臺階七步平行流云施工法具有明顯的施工應用優勢，對隧道工程施工質量產生重要影響。

2.3 中隔墻施工法

中隔墻法隧道施工方法（CRD）在軟巖隧道工程施工過程的應用頻率較高，一般情況下在進行軟巖隧道滑坡地段、穿越斷層破碎帶施工時，選擇使用中隔墻法進行施工。中隔墻法施工方法應用關鍵點為要求施工人員對隧道斷面進行具有針對性的分割處理，有效落實隧道斷面的分割處理后，逐漸形成4個小工作面，將每一個工作面都進行封閉，會形成一個具有換性特征的支護，可以將全斷面視為一個支護體系，可以有效控制拱部下部的收斂以及下沉。

3 軟弱圍巖隧道施工工藝措施

軟弱圍巖隧道施工過程的最大問題是軟弱圍巖的強度較低以及自穩能力相對較差，完成隧道開挖后地應力會進行相應的重新分布，圍巖周邊逐漸形成比較大的松動圈。若沒有采取合理的設計措施等工程措施以及施工方法，初期支護變形以及塌方事故的發生頻率將明顯提升。在進行軟弱圍巖隧道施工時采用何種施工方法都應確保控制變形以及防止塌方，以此為隧道施工安全提供保障[7]。施工人員在選擇合理的隧道開挖方法后，應圍繞控制變形的施工安全核心選擇合適的隧道施工工藝措施，為隧道的順利挖掘提供良好的條件。

（1）超前支護。

軟弱圍巖隧道施工中應用頻率較高的超前支護方式主要有超前小導管、超前管棚，超前支護的主要作用是對前方圍巖進行有效支護，主要通過注漿對周邊地層進行加固，針對較松散的地段可以選擇使用雙層小導管，起到有效擴大加固圈范圍的效果。

（2）增加墊塊及槽鋼。

這一施工工藝相當于對基礎進行擴大，能夠使工字鋼處于不懸空的狀態，達到提高拱腳豎向承載力的效果，槽鋼與工字鋼焊接形成整體的受力對圍巖變形進行有效控制。

（3）上下臺階均衡推進。

利用上下臺階均衡推進施工工藝措施，能夠促進初期支護封閉成環，應及時施工仰拱，對支護結構的過度變形進行有效控制。

（4）隧道支護設計。

軟弱圍巖隧道支護通常情況下選擇采用有初期支護和二次襯砌共同組合成的符合襯砌。完成隧道開挖后，施工人員有效約束初期支護對圍巖變形情況，進行二次襯砌會綜合考慮初期支護后的變形監控測量結果。在這一施工過程應遵守“管超前、嚴注漿、短開挖、弱爆破、強支護、快封閉以及勤量測”的施工原則。

（5）初期支護。

初期支護屬于符合襯砌隧道的主要承載結構，其組成成分主要包括噴射混凝土、錨桿以及鋼架，初期支護屬于一個聯合支護體[8]。初期支護施工過程在噴射混凝土時盡量采用濕噴工藝、更精準的控制水灰比，有利于水泥的水化。施工過程具有粉塵小、回彈少等優點，形成的混凝土強度較高，實際噴射過程應盡量貼近巖面，避免出現空洞，操作過程應快速及時[9]。錨桿在初期支護體系中具有明顯的加固作用，必要時應在底部加錨桿，配合網噴混凝土能夠有效防止錨桿間圍巖發生塌落的情況。

4 結語

綜上所述，隨著社會的不斷發展，地下工程數量以及規模不斷增長。進行地下工程施工時，對于軟弱圍巖隧道施工的施工技術以及施工工藝措施應給予足夠重視。軟弱圍巖隧道施工過程面對的施工情況變化更復雜，整體的施工難度更大。在軟弱圍巖隧道的施工過程中，應做到根據實際的施工情況，合理選擇環形導坑施工法、短臺階七步平行流云施工法或中隔墻施工法，最大限度地減少或避免隧道施工安全事故的發生。