軟弱圍巖條件下隧道開挖支護施工研究

李道紅、楊志剛

（新疆路橋建設集團有限公司，新疆烏魯木齊 830000）

0 引言

由于地質環境和地形地貌的復雜性以及設計、施工技術水平的限制，隧道工程建設過程中所面臨的問題也日益突出。其中，軟弱圍巖條件下隧道開挖支護施工難度大、風險高是當前亟待解決的難題。因此，對該領域進行深入探究具有非常重要的現實意義。

1 軟弱圍巖條件下隧道開挖支護的原則

在軟弱圍巖條件下隧道開挖支護施工中，需要秉持一定的基本原則，以取得更理想的施工效果。具體來說，需要遵循以下原則。

1.1 充分發揮圍巖自承能力

在隧道開挖過程中，應盡可能減少對周圍巖石體的擾動和破壞，同時保證其能夠承受來自外部環境的各種力量，確保整個工程項目可以順利地向前推進。因此，在實際的隧道開挖過程中，必須采取相應的措施來加強對周圍巖石體的加固處理，并合理利用圍巖自身的承載力，以達到更好的效果。

1.2 堅持“早進晚出”的基本原則

由于軟弱圍巖具有穩定性較差和強度較低等方面的特點，如果采用傳統的爆破方法或者其他方式進行施工，很容易導致嚴重的后果。為了有效避免這些問題的發生，應該遵循“早進晚出”這一基本原則。早進晚出原則，在《公路隧道設計規范》（JTG D70—2004）和《公路隧道施工技術規范》（JTG F60—2009）中都有提及，主要是對洞口位置施工提出的要求，指出隧道洞口段圍巖一般較為破碎、地質條件差，要保持早進晚出，減少對洞口段巖體的擾動。具體來說，要延長洞口和隧道的長度，在接近山體之前開挖隧道洞口，實現“早進”；在隧道離開山體后再設置出洞口，實現“晚出”。歸納起來即為“未到山體之前先進洞，盡量遠離山體后再出洞”。

1.3 重視超前地質預報

在隧道開挖過程中，準確預測地質情況十分重要。通過超前地質預報技術，可以及時發現可能存在的不良地質現象，如斷層、溶洞等，從而提前制訂相應的應對策略，做好相關防護措施，避免安全事故。另外，超前地質預報也有助于優化支護結構的設計參數，使支護結構更加科學、合理，進一步提升整個工程項目的安全性[1]。

2 軟弱圍巖條件下隧道開挖支護施工技術

進行隧道工程的設計和建設時，需要綜合考慮地質環境、地形地貌等因素。其中，軟弱圍巖是一種常見的不良地質現象，其穩定性較差，容易導致隧道出現坍塌、變形等問題。為了保證隧道工程的安全可靠運行，必須采取科學合理的措施加強隧道開挖支護工作。

在軟弱圍巖隧道建設過程中，為了保證其安全性和穩定性，需要采用合適的支護方式。目前常用的支護方式主要包括超前支護、初期支護以及二次襯砌。其中，超前支護是指對隧道前方地質情況進行預測并采取相應措施來確保隧道結構的穩定性。初期支護是針對已經成型但還未承受荷載作用的隧道結構，通過施加預應力錨桿、鋼筋網片等材料提高其承載能力。二次襯砌是在一次襯砌之后再添加一定厚度的混凝土形成的永久結構體，可以有效地防止隧道出現變形或者裂縫等問題。

由于不同類型的隧道所適用的支護方式不同，因此需要結合工程的具體情況，以及工程環境的特點，如地質構造、地下水位等因素進行判斷，進而選擇最適宜的支護方式[2]。

2.1 超前支護技術

在軟弱圍巖條件下隧道開挖過程中，由于其地質環境較為復雜、巖石松散等原因，可能會出現坍塌事故。而使用超前支護技術，可以有效提高隧道結構體的穩定性，避免坍塌事故。目前常用的超前支護技術主要包括管棚法、小導管法以及大管棚法等。其中，管棚法是最常見的一種方法，具有操作簡便、成本低廉、效果顯著等優點。

2.2 初期支護技術

在軟弱圍巖條件下隧道開挖過程中，通常會采用初期支護技術來確保隧道結構體的安全性。初期支護技術主要包括錨桿支護、噴射混凝土支護以及鋼拱架支護等。其中，錨桿支護是應用最廣泛的一項技術，不僅具有支護效果好、適用范圍廣等特點，還可以大大降低工程造價。

2.3 二次襯砌技術

除了初期支護，軟弱圍巖隧道的開挖還會涉及二次襯砌技術。二次襯砌技術主要用于解決隧道后期可能產生的沉降、裂縫等問題。與一次襯砌相比，二次襯砌更注重防水性能和耐久性，對施工質量的要求也更高。

2.4 超前預加固法

超前預加固法是指通過對掌子面前方一定范圍內的地質情況進行分析和研究，采取相應措施提前加固地層，為后續工作提供必要的支撐力和保障。這種方法可以大大提高隧道開挖后初期支護結構的承載能力和穩定性，從而保證整個隧道工程的安全性和可靠性。

2.5 短臺階留核心土法

短臺階留核心土法適用于斷面較大、埋深較淺且地下水位不高的隧道。其基本原理如下：首先，將上臺階部分開挖至設計要求的位置；其次，按照設計要求修筑拱部襯砌結構；最后，逐段向下開挖并及時封閉成環。該方法具有施工簡單、操作方便等優點，但也存在著一些缺點，如初期支護變形大、沉降量難以控制等。

2.6 雙側壁導坑法

雙側壁導坑法是一種較為先進的隧道開挖支護技術，它不僅可以大幅度減小隧道開挖時對周圍環境造成的影響，還可以更好地控制隧道的變形量。施工時先將左右兩側的隧道分別開挖成形，待達到設計要求的位置，再將中間部分的隧道分成若干個小洞室進行開挖支護作業。雙側壁導坑法具有施工速度快、效率高、質量可控等優點[3]。

2.7 環形開挖留核心土法

環形開挖留核心土法與上述幾種方法相比，雖然比較傳統，但其效果卻非常顯著。其基本原理是先將隧道整體沿縱向分為多個環形區域，然后在每個環形區域內進行開挖支護作業。環形開挖留核心土法不僅可以很好地控制隧道的變形量，還可以降低工程成本，因此被廣泛應用于各種類型的隧道工程。

總的來說，在軟弱圍巖隧道施工中，應針對不同類型的軟弱圍巖地質條件，選擇合適的支護方式進行開挖。例如，當遇到破碎帶較多、節理裂隙發育較為嚴重的情況時，應采用更加牢固的支護方式，如鋼拱架+噴射混凝土聯合支護形式。當面臨軟土層較厚、地下水位較高等不利因素時，則應加強排水固結措施，并適當增加仰拱長度，以確保結構整體安全可靠。

各種支護方式不是孤立存在的，它們往往會相互結合使用，形成一個完整的支護體系，共同承擔荷載作用。因此，在確定支護方案時應綜合考慮各個方面的因素，力求做到最優化設計。

3 軟弱圍巖條件下隧道開挖支護施工的控制

進行軟弱圍巖條件下隧道開挖和支護時，需要采用一系列合理有效的措施來保證工程的安全性[4]。其中最為重要的是要對圍巖的變形情況進行實時監測，并及時采取相應的措施進行調整。

3.1 超前地質預報及監控量測技術

軟弱圍巖隧道的施工過程中，由于其地質環境復雜多變，因此必須通過先進的手段對前方的地質情況進行準確預測。這就要求在實際操作中，充分利用各種探測設備對掌子面前方的地質情況進行全方位、多角度的觀測，以便更好地指導后續的施工作業。同時，針對不同的地質情況，需要制訂出相應的應對方案。

例如，在遇到斷層等不良地質現象時，可以采用預留核心土法或短臺階法等方法進行處理；遇到軟土地質時則需采用加固注漿等措施進行處治。

3.2 復合式襯砌結構體系

隨著科技水平的不斷提高，越來越多的新型材料被應用到隧道建設領域，包括鋼筋混凝土管片、鋼拱架以及錨桿等。這些材料不僅具有較高的強度和剛度，而且能夠很好地適應不同地質環境的需求，使隧道整體的穩定性能得到大幅提升。使用這些材料時，一定要嚴格按照相關規范標準進行安裝和固定，否則可能會影響隧道的受力狀態和使用壽命。

3.3 軟弱圍巖條件下隧道開挖支護施工監測

進行軟弱圍巖隧道的開挖和支護時，實時監測是必不可少的環節。通過監測數據，可以及時發現問題并采取相應措施加以解決，從而保證工程的安全性。

3.3.1 監控量測內容及方法

在軟弱圍巖隧道工程中，監控量測是一項非常重要的工作，能夠為后續的施工提供準確可靠的依據，保證隧道工程的安全和穩定性。監控量測主要包括地表沉降、洞內位移、鋼拱架應力等多個項目。其中，地表沉降是最基本也是最容易獲取的監控量測指標之一。而洞內位移則需要采用專業的測量設備進行觀測。

3.3.2 監控量測頻率與控制標準

進行軟弱圍巖隧道的監控量測時，應該按照一定的頻次和要求進行操作，以保證監測數據的準確性和有效性。一般來說，每個斷面或部位的變形速率都不應超過0.2mm/d，否則需要加強監測力度或者改變支護方式。同時，應該根據不同的圍巖類型制訂相應的控制標準，以確保施工安全。針對不同類型的圍巖，應該采取不同的支護方式。例如，當圍巖等級為Ⅳ級時，應該采用加強襯砌等手段進行支護；當圍巖等級為V 級時，則必須立即停止施工，并進行加固處理。

3.3.3 監控量測成果分析

完成一次完整的監控量測后，應該對所得到的數據進行整理和分析，以便更好地了解隧道結構的穩定性及其變化規律，并為后續的決策和管理提供可靠的依據。應該先計算出各個參數的平均值、標準差等統計量，以便對數據進行初步的分析和比較。然后，可以繪制出圖表，如水平位移曲線圖、豎向位移曲線圖、鋼拱架應力分布圖等，以直觀地展示監測數據的變化趨勢和分布情況。

3.4 其他輔助措施

除了上述提到的主要內容，在軟弱圍巖隧道工程中還需要采取一些輔助措施，以保證工程的順利進行和施工安全。例如，進行爆破設計時，應該充分考慮周邊建筑物的保護問題，盡可能減少對周圍居民生活和生產所造成的不利影響。另外，在通風排水系統的設置上，應該結合具體情況進行科學規劃，確保風流暢通，防止積水過多導致邊坡失穩等問題。

4 軟弱圍巖條件下隧道開挖支護施工的質量把控

在軟弱圍巖條件下隧道開挖和支護過程中，需要對施工質量進行嚴格把控。具體來說，應該從以下幾個方面入手。

4.1 做好地質勘探工作

進行隧道開挖前，對掌子面及周圍一定范圍內的地質情況進行詳細的勘探和分析是非常重要的。通過勘探和分析，可以了解地下水、巖石性質等相關信息，為后續的設計和施工提供準確可靠的數據支撐。

4.2 優化開挖方案

針對不同類型的軟土地質，需要采用不同的開挖方法和支護方式。舉例來說，當遇到較硬的砂土時，可以采用爆破或機械化掘進的方式，以提高開挖效率和質量；面對較為松散且含水量較大的土壤時，則需要采取降水措施或排干水分后再挖掘[5]。

4.3 加強監控量測

在隧道開挖和支護過程中，實時監測和記錄是非常重要的。通過監測和記錄，可以及時發現并處理可能影響施工安全及質量的問題。同時，可以通過數據分析來評估施工效果是否達到預期目標，以便及時調整和改進施工工藝和技術手段。

4.4 注重施工人員培訓

施工人員的技術水平對隧道開挖和支護施工質量有重要影響。因此，必須重視對施工人員的技能培訓和素質提升。通過技能培訓和素質提升，可以提高施工人員的專業水平和責任意識，使之能夠熟練掌握操作技巧和應急處置能力，保證施工過程的高效性和穩定性。

5 結語

綜上所述，隨著經濟發展以及交通需求的增加，隧道工程數量不斷增加。然而，由于我國地質情況復雜多樣，軟土地區隧道建設面臨很多困難與挑戰。在軟弱圍巖隧道的施工過程中，技術選擇和施工質量管控尤為重要。因此。施工單位需要充分認識到其中存在的風險隱患，制訂科學合理的施工方案，從而提高整個工程的質量和效益。