不良圍巖條件下隧道開挖支護方案分析

許志剛

摘要：在隧道施工過程中，遇到不良圍巖條件會導致隧道開挖支護工作的難度上升。如果沒有對隧道開挖支護方案進行科學設計，在施工過程中采用的方法不合理，可能會導致隧道施工難度上升，對工程進度和隧道施工質量產生影響。因此，需要重視不良圍巖條件下隧道開挖支護方案設計和研究工作。以具體的工程項目為背景，深入分析在隧道開挖支護過程中不良圍巖的具體特點和施工難點，對隧道開挖支護方案的應用要點全面分析，并加強在隧道開挖支護施工過程中的安全管理工作，以在保證隧道開挖支護效果的同時，提高隧道開挖支護的安全水平和施工質量。

關鍵詞：不良圍巖；隧道開挖；支護

0? ?引言

加強圍巖條件分析和不良圍巖處理工作，提高隧道開挖支護方案的合理性，有利于保證隧道開挖支護過程中的安全水平和穩定性。目前，在隧道開挖施工過程中，洞口段邊坡的變形破壞與邊坡環境破壞，受隧道開挖支護方案的影響相對較大，如果施工區域的圍巖狀態比較差，需要利用科學合理的隧道開挖支護方案，保證開挖工作的穩定性和安全性。在對圍巖條件進行分析時，需要準確掌握圍巖變形破壞機制，利用地質與監測反饋分析方法明確不良圍巖的具體特點和地質條件，以此為基礎構建完善的開挖支護施工體系。

1? ?工程概況

某高速公路穿越戴家山隧道，該隧道為雙線隧道，其中左線隧道長度為3739m，而右線隧道長度為3738m，隧道圍巖設計為Ⅴ級。該工程項目施工過程中，需要重視隧道開挖支護方案設計工作。本隧道設計為分離式雙洞特長隧道，全隧設計圍巖等級均為V級。右線起止里程為YK115+142～YK118+880，長3738m，左線起止里程為ZK115+134～ZK118+873，長3739m。洞門形式為端墻式，全隧設置緊急停車帶共8處，車行橫洞4處，人行橫洞10處，洞內變電所2處。全隧最大埋深255m。

2? ?不良圍巖特點與施工難點

2.1? ?不良圍巖特點

該隧道隧址區洞身范圍內地表水不發育，地下水主要由風化裂隙及構造節理、裂隙控制，差異性較大。地下水的連通性相對較差，主要受大氣降水入滲補給影響。在隧道區域內水性特點為弱富水-貧水區，圍巖比較干燥，局部相對潮濕，會出現低滲水。

隧道洞口地層巖性主要為第四系黃土上更新統沖擊，黃土坡面為梯形旱地，整體具有一定穩定性，有一定濕潤度，自穩能力比較差。在隧道開挖施工過程中，拱頂以及側壁很容易出現變形坍塌問題。隧道洞身段的圍巖設計以砂質泥巖與沙礫巖為主，半成巖狀，泥質膠結差，巖體較完整，抗風化能力差，遇水易開裂崩解，屬極軟巖，開挖后洞壁易發生坍塌、變形，圍巖穩定性差。

對本次工程項目的圍巖條件進行綜合分析，認為其主要為黃土圍巖，自穩能力比較差，承載力不高，很容易受開挖影響出現擾動。因此，在本次隧道開挖支護施工過程中，需要重視為圍巖的變形控制工作，在最大程度上保證圍巖的穩定性，防止在開挖后圍巖結構出現坍塌、變形等突發事故，影響隧道開挖支護施工質量和效率[1]。

2.2? ?不良圍巖施工難點

在本次施工過程中交通不便，并且隧道圍巖條件相對較差，在施工時，施工材料運輸極為不方便，隧道開挖形式具有一定局限性，在一定程度上導致開挖和支護施工效率相對較差。并且施工區域的地質條件具有不穩定性，導致隧道開挖存在一定安全風險，在開挖支護施工時，很容易出現坍塌、變形問題。因此，支護作業必須要做到隨開挖流水作業，循環時間比較長[2]。

3? ?隧道開挖支護方案要點

3.1? ?隧道坍塌處理

經過圍巖條件分析認為，在本區域施工時地段裂隙發育，處于弱富水、貧水狀態，圍巖穩定性相對較差，很容易出現坍塌、變形等問題。因此，需要重視隧道坍塌、變形控制管理工作。可以利用超前地質預報提前進行施工組織預案，利用科學合理的施工技術，保證隧道開挖施工過程中的安全性。

在隧道坍塌變形控制過程中需要注意，在不良圍巖條件下，隧道出現坍塌的概率都相對較高，尤其是本次施工時的圍巖基本穩定性和承載力都相對較弱。針對于此，需要重視該施工段的探測預報工作，提前做好超前支護并制定科學合理的應對措施，一旦發現監測數據異常情況，需要及時反饋給設計單位，對設計方案進行調整。

如果發現隧道局部出現坍塌情況，需要停止掌子面施工，并且要沿著拱頂以及拱墻利用鋼筋錨桿進行加固處理，可架設工字鋼，通過梅花形打射提高圍巖的穩定性和承載力。

3.2? ?隧道突水涌泥處理

在隧道穿越斷層破水帶時，發生突水涌泥的原因比較復雜。出現這一問題除了會造成地下水流動、圍巖弱化以及使開挖受到極大擾動之外，還可能引發財產損失、安全事故，甚至需要停工改建。本次施工的地下水聚集區域容易出現突水涌泥情況，尤其是在降水天氣影響下，弱富水區可能轉變為富水區。但總的來說，此次工程項目處于弱富水區和貧水區，發生該問題的可能性相對較低。但為了以防萬一，仍然需要采取工程措施進行超前預報。

可以利用超前預注漿處理技術，通過深淺組合方式來形成支護體系。其中外層注漿管長度為20m，內層注漿管的長度為30m，注漿管外差角度為5～25°。漿液采用水泥水玻璃，按照從短管到長管的順序進行注漿。完成施工作業后，還需要對注漿的區域進行全面檢查。注漿施工分前期單孔注漿以及后期終壓控制，在涌水量比較大的情況下應先進行排水再注漿。

3.3? ?不良圍巖的加固支護

在本次施工過程中，需要保證隧道圍巖的穩定性和承載力。在隧道開挖之前，可先向掌子面前方巖層打入超前小導管和錨桿等，使其在隧道橫斷面形成拱形連續體。這樣不僅可以提升圍巖的穩定性，同時還可以對前方地層進行加固，發揮出支撐力作用，保證前方圍巖的穩定性，減少地面沉降量。

目前，超前預支護技術是隧道施工過程中保證圍巖穩定性的重要方法[3]。遇到圍巖較差時則可以采用超前管棚。應用超前管棚技術可以增加圍巖的抗剪強度，防止圍巖出現變形的情況。管棚作為淺埋暗挖隧道中的重要輔助施工技術，在防止隧道坍塌和變形控制方面具有重要的作用。尤其是在下穿既有結構物隧道和地下工程施工作業中，管棚法最為適宜。在本次施工中，需要根據圍巖狀態的變化情況對其進行合理應用，以提升隧道開挖施工作業的安全性。管棚支護布置如圖1所示。不良圍巖加固支護如圖2所示。

3.4? ?監控量測

在每次隧道開挖結束后，要對掌子面地質類別、巖層走向和地下水情況進行記錄。在隧道周圍要科學設置測點，以監測周邊位移情況。除此之外，還要在拱頂及拱腰設置測點，利用風槍打眼埋設監控標，完成監控量測工作。開展監控量測作業時，要加強振動監測，以防隧道開挖支護施工對圍巖產生較大擾動，從而破壞圍巖的穩定性和安全性[4]。

對監測結果進行分析，有利于對圍巖的具體受力全面掌握。利用監控系統完成監測，便于技術人員及時掌握隧道的實際情況，將監測數據反饋給施工班組和設計單位，有利于及時進行整改，確保隧道開挖支護施工的安全水平，提高隧道開挖效率。

4? ?隧道開挖安全管控策略

本工程項目圍巖穩定性比較差，承載力也相對較差，為了確保后續開挖和支護施工的安全水平，需要加強隧道開挖支護安全管控工作。特別是在易坍塌段進行處理時，需要嚴格進行安全管控。在具體的安全管控過程中需要從以下角度出發。

4.1? ?加強圍巖管理工作

針對易坍塌和易變形的圍巖區域，需要重視觀察和地質勘探。尤其是對已經出現塌方的區域，需要對已成型的斷面進行加固處理，以防塌方范圍不斷擴大。在塌方部位初步穩定后，還要對產生塌方的原因進行全面分析，并根據塌方情況對塌方拱頂部的圍巖情況進行分析，利用噴射混凝土進行初步封閉之后，通過錨桿鋼筋掛網或者固結灌漿等不同措施進行加固處理，保證圍巖的穩定性。

在此次工程施工過程中，這一部位巖層比較薄，圍巖的自穩能力相對較差，在處理時需要應用錨桿支護技術使其達到初步穩定的目的。這種方法處理的圍巖穩定時間是有一定限制的，影響施工的安全性，為此需要對圍巖進行加強加固處理，以防止圍巖坍塌、變形。

4.2? ?加強拱頂處理工作

在對拱頂進行處理時，需要加強拱頂監測管控，對每一施工區域出露圍巖進行全面分析并及時處理。可利用混凝土初噴和鋼纖維混凝土噴射、灌漿鋼筋掛網等，提高拱頂的安全水平，防止拱頂部位出現圍巖失穩和坍塌問題。

對已經出現坍塌的區域，需要進行快速處理并合理安排下一掘進施工工作。若塌方范圍比較大，對混凝土的澆筑質量產生影響，處理時間會比較長。在現場施工時，需要將各項措施落實到位，對隧道斷面開挖支護進行優化，以確保隧道開挖支護作業順利進行。

值得一提的是，可利用超前小導管完成掌子面超前注漿加固處理工作。主管可利用無縫鋼管進行制作的，沿開挖掌子面的范圍隔40cm進行布置。如果無法成孔，需要利用自進式錨桿進行灌漿。對開挖的圍巖需要進行全面檢測，并重視加固技術的有效應用。對一些圍巖穩定性較差的區域需要進行加強支護處理，以保證施工的安全性。

5? ?結束語

總而言之，在隧道開挖支護施工過程中如果出現不良地質情況，需要對地質條件進行深入分析，尤其是圍巖狀態比較差的情況下，必須對具體的開挖支護方式進行科學安排，并關注拱頂開挖支護工作，以提高拱頂的安全水平。

需要加強圍巖周邊變形和應力監測工作，對出現異常變化的部位要進行快速處理。在隧道開挖之前，需要提前準備鋼支撐、鋼格柵等支護材料。如果在隧道開挖支護過程中出現坍塌問題，不能單純利用常規噴錨支護處理方式，而是要根據施工現場圍巖的具體情況，對支護加固方法進行可選擇，避免塌方范圍擴大，導致處理難度上升。

要保證塌方處理方案的連續性，一直到圍巖穩定為止。在開挖工作中，要做好后續開挖的超前支護作業。對于圍巖條件比較差的地質條件，噴錨支護完成后，還需要盡早開展后續施工作業，以提高隧道開挖支護的安全性和穩定性。

參考文獻

[1] 趙凱.高速公路隧道不良地質段施工技術方法研究[J].運輸經理世界，2021（35）：98-100.

[2] 劉珂.隧道洞口不良地質段的施工技術研究[J].工程建設與設計， 2021（18）：3.DOI：10.13616/j.cnki.gcjsysj.2021.09.250.

[3] 方金剛，姚俊.穿越破碎斷層富水地質地鐵隧道施工關鍵技術分析研究[J].廣東土木與建筑，2021，28（6）：53-57.

[4] 鄧磊磊.不良地質條件下隧道施工方法探討[J].科技創新與應用，2022，12（28）：135-137+141.DOI：10.19981/j.CN23-1581/G3.2022.28.034.