隧道軟巖大變形施工技術研究

譚光輝

（江西省交通投資集團項目管理公司，江西南昌 330006）

0 引言

在現代交通和基礎設施建設中，隧道作為重要的交通通道和地下工程，在連接城市、提升交通效率方面發揮著關鍵作用。然而，隧道建設往往面臨復雜多變的地質條件，其中軟巖地層的大變形性質成為一項顯著挑戰。軟巖地層的高可塑性和易變形特點，容易引發隧道變形、塌方等安全隱患，嚴重影響施工進展和隧道的長期穩定性。因此，為了在軟巖地層中確保隧道施工的順利進行和安全運營，應加強對隧道軟巖大變形施工技術的關注。對該項技術進行相關研究，并尋找出一種全面的解決方案，以便最大限度地減少軟巖地層對隧道施工帶來的負面影響[1]。

1 軟巖大變形隧道工程概況

位于我國南方地區的某隧道項目在地質勘查階段發現了嚴重的軟巖地質情況，這為項目的建設帶來巨大的挑戰。通過對現場情況和各項數據的綜合分析，工程團隊最終決定采用軟巖大變形控制技術來解決這一難題。該隧道項目的總長達13500m，最大埋深超過1000m，而隧道入口處地質特點復雜，呈三層系統板巖薄層板狀結構，每層厚度不超過5cm，層與層之間的結合性較差，巖層強度也相對較低，同時還含有大量地下水，且巖層的走向與隧道的挖掘方向基本一致。

2 隧道工程變形特點

該隧道項目面臨著嚴峻的軟巖變形問題，這種問題不僅呈現出迅速的發展趨勢，而且變形情況無法受到有效控制。尤其在隧道開挖施工后，巖層的變化顯得尤為明顯。經過對隧道變形問題的綜合總結與深入分析，發現其具有以下顯著特征：

第一，變形過程具有極快的速度，尤其是在開挖作業后，隧道變形問題呈現出加重態勢，拱頂沉降幅度急劇變化，水平位移速度迅猛，因此容易導致累積問題的出現。

第二，變形情況在不同位置上呈現出明顯的差異，這種不均勻現象的存在，并不呈現對稱分布，而是使局部區域受到極大影響。從實際的勘測數據可以發現整個隧道工程的左右兩側存在明顯的變形差異，特別是在初期支護工作完成后對不同區域進行變形測量，更是證實了巖層變形的不均衡情況。

第三，變形現象的持續時間相當久，且難以達到穩定狀態。從工程開工至竣工的全程，巖層變形一直未曾消散，且對工程產生的影響逐漸加大。

結合監測中心所獲取的數據，清晰地發現隧道拱頂區域的沉降與水平位移現象尤為突出，變形速度極快。若繼續施工，一旦拱頂施工完成，將引發更加嚴重的拱頂沉降與變形問題，會極大地危及隧道工程的質量，甚至可能引發塌方等重大安全隱患，造成嚴重后果[2]。

3 隧道工程變形原因分析

3.1 地質因素

該隧道項目位于我國南方地區，該地區年降雨量較高，地下水資源豐富，使得巖石容易遇水膨脹，并且膨脹情況較為顯著。隧道建設區域的巖石特性頗為獨特，主要以炭質板巖為主，這種巖石在水分影響下會發生化學反應，導致迅速崩解，任何與水接觸的巖石都會因膨脹而體積擴大，其膨脹力也會相應增加，此現象會對初期支護結構造成顯著影響。除了水的影響，地理位置也對隧道建設有著重要影響。由于隧道工程位于高原地區，高地應力對巖石產生顯著作用，而巖石自身硬度不足，因此變形問題尤為嚴重。一旦開始吸水后，連續開挖很容易形成松動圈。設計方案選擇的支護方式難以應對巖石變形所帶來的影響，無法抵消因吸水引起的膨脹力。這種情況下，支護結構容易受損，從而干擾項目正常進行。此外，圍巖還受到時空效應的影響，開挖過程中容易出現蠕變位移問題，隨著開挖深入，問題還會逐漸加劇。受到持續的力學性質影響，巖石強度持續下降。因此，隧道工程的支護結構不僅要應對巖石自身的重力，還需承受變形壓力的作用，使得現場存在較高的潛在危險性。

3.2 設計因素

在隧道項目建設過程中，周邊環境的巖石狀況呈現出軟巖特征，這是長時間自然環境作用的結果。隧道工程現場存在的突出問題是隨著施工的持續推進可能引發巖石發生塑性變形反應，導致結構嚴重受損，無法達到既定的設計標準。在這種情境下，最初設計的初期支護體系抗壓能力不足，難以控制巖石的變形速度，因此無法滿足預期運行標準。

3.3 施工因素

在隧道施工現場，存在支護結構未及時封閉或巖石裸露的情形，這將對巖石性質產生重要影響。在隧道開挖過程中，巖石裸露的情況時有出現，而施工區域地下水逐漸增多，一旦巖石與水接觸，就會觸發膨脹性變形反應。若在開挖后未及時封閉巖面，可能導致風化和崩解現象，從而引發超挖現象，使松動圈范圍逐漸擴大。這種情況下，巖石的強度無法滿足隧道工程所需，且支護效果也難以達到規定標準，這就可能導致巖石變形的加劇[3]。

4 隧道工程變形控制技術

4.1 應用超前支護技術

該隧道項目堅持不損壞圍巖結構的理念，在現場施工中盡量避免造成圍巖破壞的問題，防止給巖石變形帶來嚴重的負面影響，以此加強對變形量的控制。

第一，在隧道進口部位確定施工序列，明確超前支護的實施時機。一般而言，應在開挖進口附近的地方，預先設置支護結構，確保巖體在開挖過程中得到及時支撐。

第二，根據巖體特性和地質條件，設置鋼架、錨桿、網片等支護結構，以增強巖體的穩定性和強度。應根據巖體的不同變形特點，選擇適當的支護方式，確保其與巖體的緊密結合。

第三，進行鉆孔或鑿眼作業，為支護結構的安裝創造條件。根據設計要求，預先在巖體中鉆孔，然后將錨桿、網片或其他支護材料插入孔中，以便將支護結構與巖體連接起來。

第四，根據設計要求和施工步驟，將預先準備好的支護材料安裝在巖體上。此舉可能涉及鋼架的安裝、錨桿的固定以及網片的鋪設，因此應確保支護結構與巖體之間有著穩固的連接。

第五，進行支護結構的固定和加固，確保支護結構能夠牢固地固定在巖體上，以便承受巖體變形帶來的力量。此舉可能需要進行錨固作業，因此應將支護結構與巖體更緊密地結合，以提升整體的穩定性。

第六，在超前支護結構完成安裝和固定后，通過監測巖體的變形情況，及時了解巖體的變化趨勢，判斷超前支護的效果。如果發現巖體變形仍然在可控范圍內，說明超前支護措施起到了預防作用。

4.2 噴射混凝土控制技術應用

由于選擇使用單循環作業的方式可以避免軟巖變形量過大[4]。因此，現場開挖作業環節要采取短進尺的方式，保證初步支護作業施工能夠形成閉環，以此盡量減少單循環的長度，防止由于單循環作業過大而造成拱架承載壓力過大的情況。

第一，選擇科學的混凝土配合比，確保混凝土的強度和耐久性滿足工程要求。同時,應備好噴射設備，包括噴射機、輸送管道等。

第二，清理隧道壁面，確保表面光滑且無雜物。清除可能影響噴射效果的障礙物，為噴射作業創造良好的施工環境。

第三，預噴射層的作用是增加基巖與混凝土噴射層的附著力，確保噴射層能夠緊密地黏附在巖壁上。因此，可通過噴射混凝土，在基巖表面形成堅實的基礎層。

第四，首先需要將事先準備好的混凝土通過專用的噴射機噴射到隧道壁面上，從而形成一層均勻且緊密的混凝土覆蓋層。這一層混凝土的噴射厚度通常會根據具體的設計要求和圍巖條件進行確定，一般在5cm 左右。施工過程中，噴射混凝土技術的應用步驟非常關鍵。首先，施工人員需要確?；炷恋呐浜媳群唾|量能夠達到工程要求，以確保噴射后的混凝土具備足夠的強度和黏結性。其次，噴射機需要準確地對準隧道壁面，以保證混凝土噴射的位置準確無誤。再次，噴射過程中，施工人員需要保持一定的噴射速度和厚度，以確保能夠形成均勻且緊密的混凝土覆蓋層。

第五，混凝土層噴射施工完畢后，應進行養護和加固，以提高混凝土的強度和穩定性。可進行刷涂加固材料，或者進行局部修補，以便確保整個噴射混凝土層的質量[5]。

4.3 錨桿預應力技術應用

錨桿預應力技術在隧道工程變形控制中起著關鍵作用，通過施加預應力增強圍巖的穩定性，能夠抑制巖體的變形，確保隧道施工的安全和穩定。

第一，在隧道工程中，針對不同的地質條件和工程要求，設計合理的錨桿布置方案和預應力大小顯得尤為重要。設計人員需要綜合考慮地質情況、隧道形狀、支護要求等因素，以確定最佳的錨桿布置方式。應通過分析巖體的穩定性和變形情況，計算錨桿的數量和長度，同時應合理預估預應力力量的大小，以確保錨桿能夠提供足夠的支護效果和變形控制能力。

第二，在錨桿預應力技術的實施過程中，保障錨桿能夠牢固地嵌入巖體中至關重要。為了實現這一目標，首先需要對隧道壁面進行徹底的清理工作。具體應清除巖體表面的雜物、泥土和松散物質，為錨桿的安裝創造良好的工作環境。同時，必須特別注意清除可能影響錨桿固定效果的障礙物，如大塊巖石碎片或其他障礙物。以此確保錨桿的固定效果不受干擾，使其能夠充分地承擔預應力力量，增強圍巖的穩定性。

第三，應根據預先設計的錨桿布置方案，在隧道壁面鉆孔，并將錨桿嵌入孔內。通?？刹捎寐菪@孔機或其他適用的設備，將錨桿牢固地固定在巖體中。

第四，通過液壓泵等設備，施加預先計算好的預應力，使錨桿產生拉力，這種拉力作用于巖體，能夠增強圍巖的穩定性，抑制巖體的變形。需要注意的是，在施工中要根據巖體的性質和變形情況調整預應力的大小。

第五，錨桿的固定端需要保證固定在相應的位置上且不發生松動，可使用鋼板、錨桿套管等設備進行固定，在鋼板固定好之后，需要在錨桿上安裝錨桿套管。具體操作時，首先應將錨桿從套管的一端插入，直至套管的底部與鋼板平齊。其次，套管的長度要足夠覆蓋錨桿的一定部分，以確保錨桿在巖體內部得到有效固定。需要注意的是，一旦錨桿和套管安裝好，就可以進行錨桿的固定工作。再次，在套管的另一端，可使用膠水或其他固定材料將錨桿牢固地黏結在套管內部，以此增加錨桿與套管的連接強度，防止錨桿在套管內部松動或滑動。最后，應根據設計要求，對錨桿施加預應力，預應力的大小和施加方式要根據具體情況進行調整，以保證錨桿能夠有效地傳遞預應力到巖體中，增強支護效果。

4.4 地下凍結技術應用

地下凍結技術是一種常用于地下工程中的施工技術，其通過將地下水或土壤中的水分凍結成固態，從而形成凍結圍護層，以達到支護、固結或隔離的目的。第一，在施工前，需要對地下環境進行勘查，了解地下水位、土壤特性以及可能存在的隱患。根據勘查結果，確定凍結范圍、凍結深度以及所需的凍結劑。第二，在地下工程的周圍區域進行鉆孔施工。鉆孔通常通過鉆機進行，深度和數量則應根據具體工程情況而定。鉆孔的作用是注入凍結劑并排除孔內空氣，以確保凍結劑能夠充分接觸地下水或土壤。第三，將凍結劑注入鉆孔中。凍結劑通常為鹽水或抗凍劑混合物,凍結劑的注入會降低周圍土壤或地下水的溫度，使其逐漸凍結成固態。第四，凍結劑注入后，需要一定的時間來降低地下環境的溫度，使其凍結成凍結體，冷卻周期的長短取決于凍結劑的種類和濃度，以及地下環境的溫度。第四，在冷卻周期內，需要進行凍結效果的檢測和監測?？梢酝ㄟ^溫度計、水位計等儀器監測地下環境的溫度和水位變化，以確保凍結效果達到設計要求。在凍結體形成并達到預定的固結效果后，可以進行工程施工，如地下挖掘、基坑開挖等。凍結體將提供臨時的支撐和穩定，防止周圍土壤塌方或水位上升。第五，工程施工完成后，需要進行解凍處理。通過停止注入凍結劑或對周圍環境加熱來解凍凍結體,解凍后，地下環境將恢復到正常狀態。

5 結語

綜上所述，隧道工程建設施工中，極易遇到軟巖大變形的情況，對現場施工造成嚴重的危害和影響，影響隧道施工安全性，甚至會造成嚴重的事故。因此，隧道軟巖大變形施工中，應加強現場勘查工作、分析各種影響因素、制訂完善的施工方案和措施，從而更好地提高隧道施工的安全性和穩定性，滿足隧道運行標準，確保交通通行的順暢與安全，推動我國工程領域的高質量發展。