淺埋偏壓軟弱圍巖隧道施工技術研究

程津根

（宜春市公路事業發展中心靖安分中心，江西宜春 330699）

0 引言

近年來，在經濟不斷發展的大背景下，我國對交通建設更為重視，便利的交通是我國經濟穩定發展的基礎。作為交通工程重要組成部分的隧道工程，在施工過程中存在較大局限，容易受到各種地質條件的影響，并且存在一些不可預知的影響因素，給隧道工程施工造成較大阻礙。淺埋偏壓軟弱圍巖隧道施工技術的應用可以有效解決這一難題，其在科學合理的工藝流程和施工技術條件下實施，大幅度提升了隧道工程的安全性和可靠性。

1 淺埋偏壓軟弱圍巖隧道概述

1.1 形成原因

淺埋偏壓軟弱圍巖隧道形成的主要原因是該地區圍巖受外力嚴重影響，出現變形和不對稱的情況，導致偏壓荷載對支護產生影響。這類隧道的產生主要有三個方面的原因，即施工技術、地質和地形[1]。

1.1.1 施工技術原因

在工程施工過程中，會應用許多施工技術，這些技術的應用是否專業會影響到工程的質量。當前，部分工程項目在施工之前，并未將所采用的施工技術和方法提前進行合理規劃和分析，導致在開挖過程中發生坍塌，降低圍巖壓力，使隧道受到的壓力不均勻，形成嚴重的安全隱患。

1.1.2 地質方面原因

在實際施工過程中，淺埋偏壓軟弱圍巖隧道受到地質條件影響，若地質條件與有關的標準和規范不符，在實際施工中，會產生嚴重的誤差，導致隧道形態軟弱，對整體穩定性造成影響。另外，巖體在隧道施工中，易出現滑動的情況，產生偏差，這些因素嚴重影響著隧道工程質量，降低了竣工后的應用性。

1.1.3 地形方面原因

地形條件也會對隧道施工造成影響，通常情況下，隧道都是依山而建，其與地面之間有著一定的傾斜度，形成側壓。隧道由于不同壓巖層的壓力而受到影響，因此造成隧道淺埋深度存在差異性，這也是隧道發生偏差的主要原因之一。

1.2 淺埋偏壓軟弱圍巖隧道特點

深埋隧道會形成承載拱，而淺埋隧道則不會。在淺埋隧道開挖時會受到地形和地質因素影響，如軟弱圍巖、地形差異、表層軟弱堆積物等。在淺埋隧道開挖過程中和結束后都會出現拱頂沉降加快、隧道內發生凈空收縮、地表產生裂縫等問題，有些部位還有可能出現掌子面穩定性較差的情況[2]。為有效解決這些問題，首先是提升掌子面穩定性，或是通過有效措施解決地表沉降。地表下沉和埋入深度存在關聯，若埋入較深，承載拱會出現在隧道橫斷面中，可以把開挖產生的沉降控制在隧道四周。若埋入較淺，則不會出現承載拱。

為避免發生支護沉降并提升支持力，需要施工人員利用合理的方式，結合各種輔助方法來進行施工，如垂直錨桿、液壓壓注等。隧道前方的先行沉降情況是較大的影響，會造成地表大面積沉降，需要施工人員在施工前對前方地層進行改良，采用如水平高壓旋噴或管棚等輔助性施工措施。

另外，在施工前還應詳細地對地質進行勘查和測量，及時把監測結果提供給施工人員，以此形成完整具體的地質報告，利用有效的施工技術避免在施工過程中發生坍塌、巖石爆裂等事故，使工程能夠順利開展。

同時，這種施工方法可以降低工程施工中發生安全事故的概率，降低了投資成本，為企業減少不必要的支出。因此，很多進行淺埋偏壓軟弱圍巖隧道施工的企業都十分重視隧道的地質。在實際施工操作過程中，應盡可能采用早進晚出的方式進洞，確保施工操作的有序進行；同時，還需要對洞門的建設進行嚴格把控，降低其對山體的干擾，從而提升整體施工水平，最大程度地保障施工的安全性和可靠性[3]。

2 淺埋偏壓軟弱圍巖隧道施工技術

2.1 超前支護及預加固

2.1.1 超前支護

在軟弱破碎地質隧道施工過程中，即使利用深孔注漿進行止水固結，但還會存在范圍的限制，并且在地質上和注漿過程中存在一些不確定因素，為確保施工的順利進行，需要在開挖前進行超前支護。通常情況下是利用超前錨桿和超前小導管來進行超前支護，而超前支護的效果直接影響著掌子面的穩定性。從作用成效來看，超前支護有三個方面的作用：

第一，梁效果，超前支護的結構可以看作一個順著隧道縱方向的梁結構，起到一個剛性梁的效果。

第二，殼效果，超前支護在掌子面前方能夠形成一個殼結構，掌子面和附近圍巖通過其厚度和剛性來確保自身穩定性。

第三，改良效果，增加隧道周圍圍巖的強度，這是注漿法最主要的效果[4]。

2.1.2 套拱

這項技術主要應用于隧道洞口處的開挖施工，從洞口延伸到拱線處，使用鋼筋進行縱向位置的串聯。在挖掘過程中隨著隧道的不斷深入，所產生的截面會和隧道洞口形成一致的拱線，確保超前支護的順利開展，增加了洞室輪廓的完整性。

2.1.3 注漿

地下水對淺埋偏壓軟弱圍巖隧道施工具有較大影響，這類隧道中的地下水除裂隙水外，經常連通地表水，構成補給通道。近年來，經過不斷探索和研究，提出許多在淺埋偏壓軟弱圍巖隧道施工中的有效措施，保障隧道施工的正常開展和施工進度，確保施工質量，降低了發生安全事故的概率。通常情況下，采用以堵截為主、捧引為輔的原則來處理淺埋偏壓軟弱圍巖隧道地下水，對地下水進行堵截的方式有兩種：

一是利用高壓注漿的方式來調整整段巖層的結構，即對整段進行注漿止水，并加固松散巖體，也就是對圍巖等級進行提升，優化圍巖整體指標，主要措施有深孔劈裂、擠壓注漿等。

二是建立止水帷幕，即在隧道開挖輪廓線之外進行環形注漿，避免開挖工作面中流入地下水。這種方法對開挖段的巖體結構不會造成任何改變，主要有潛孔注漿、管棚注漿、小導管注漿、中空錨桿注漿以及正在研發的水平旋噴注漿技術等方式。

2.2 隧道開挖

為避免軟弱圍巖低端的坍塌，必須采用準確的開挖方法，如短臺階法、分布開發法等，進行開挖施工[5]。若在隧道開挖的過程中出現大量出水、流砂、溶洞、斷層以及破碎帶時，及時對施工方法作出調整，加強支護力，或者采用其他有效的技術來處理。在進行施工前，充分將各方面因素考慮齊全，如地質情況、施工實際情況、圍巖等級、坡面實際情況、地下水以及氣候因素等。詳細分析和研究施工方案并將方案進行比對，從中選擇最科學合理的方案施行。正向施工法和反向施工法是在洞口段施工中最主要的方法。

2.2.1 正向施工法

正向施工指的是在施工區域內通過科學分區法和臺階挖掘法進行隧道施工。科學分區法是對那些圍巖變化較大的部分進行科學分區，不需要調整整個施工區域。科學分區法能夠有效提升隧道施工的質量和效率，降低施工風險性。一些相對較復雜的施工環境可以應用分區法[6]。臺階法適用于軟弱夾層的發育區，操作比較簡單，并且效果顯著，地表會隨著臺階法的挖掘長度逐漸變短而產生降低情況，此時只要及時對臺階長度進行調整，就可以降低對圍巖的破壞，確保自身的地質結構。

2.2.2 反向施工法

在隧道施工中不僅需要挖掘出隧道，還需要使其與橋梁相連。在對隧道和橋梁進行連接時，當前我國使用最多的是反向施工方式。施工人員可以從洞口處入手，進行加固，增加地標結構的穩定性。加固工作在施工過程中是非常重要的，對橋臺和隧道連接的穩定性進行提升，才能更有效地保障隧道施工順利進行，否則會導致隧道邊仰坡的破損。這種施工方法適用于與橋隧相連的位置或者洞口為外懸與巖陡坎段。沒有施工場地而且邊仰坡覆蓋層極度破碎的隧道，為盡快完成洞口段工程，可以在洞口段地表預加固和對橋臺進行施工時，將洞口反向挑開。其特點在于可以邊進行橋臺施工，邊進行封閉邊仰坡，有效避免了直接和破碎的邊仰坡接觸。

在隧道洞口段施工過程中，科學合理地選擇適合的開挖方法和支護方法是至關重要的，不僅能夠增強施工的安全性，還能夠確保工程的質量和進度，避免不必要的資金投入，節約項目成本，提升效益[7]。同時，還可以降低對自身底層的侵擾，減少運營時可能發生的地質災害，減少投入的運營工務，也美化了洞口的環境。

2.3 監控量測

監控量測也稱作圍巖變形量測，主要量測的對象是隧道開挖過程中圍巖支護系統的變形過程，為獲得進行觀測和控制圍巖穩定性所需的精準的關鍵性宏觀信息，必須在施工中量測圍巖變形情況。由此可以看出，以圍巖變形監測為主的信息技術，是隧道工程最大程度實現安全性與經濟性相統一的關鍵。通常情況下，主要針對施工前和施工中的隧道進行量測。施工前的量測主要通過調查地質、剪切試驗、現場試驗等方式對圍巖的特征進行掌控[8]。量測圍巖內松弛范圍、量測支護結構和圍巖間的接觸應力、量測支護結構內應力都屬于施工中的量測。

通過研究和分析量測結果，可以準確判斷圍巖穩定性，然后對施工順序進行合理安排，并評估結構承載能力。通過分析和研究發現，在工程項目中，合理地把圍巖變形量測手段和其他量測工作相結合，能夠有效提高設計和施工效果、提升施工效率、縮減工程成本、提升施工的安全性，進行量測在現代隧道施工過程中是至關重要的。

2.4 隧道防排水

在隧道施工過程中，必須最大程度地保證隧道整體穩定性，利用“防、截、排、堵”的方式開展隧道防排水施工工作。始終以因地制宜與綜合治理相結合為施工原則，進行科學合理的防排水施工。一部分隧道在施工過程中對水文環境的要求較高，必須把堵作為主要的目標，對排量進行限制，預防危害到隧道施工，最終達到提高防水效果的目的，增加工程經濟性。洞外防排水和內部并不一樣，施工人員可以在隧道進口處設置保溫暗管，排出洞內的側溝水。在進行洞內防排水時，需要將雙層的蓋板設置在洞內兩邊，以此來保證水溝的溫度，采用保溫材料，增強防排水的質量和效率。

3 淺埋偏壓軟弱圍巖隧道施工中需要注意的問題

同一般隧道相比，在實際施工過程中，淺埋偏壓軟弱圍巖隧道的難度會更大，所使用的相關施工技術更加專業[9]。為確保工程施工質量符合有關的要求標準，必須注意以下幾點：

在隧道工程正式施工之前，先對施工現場的實際情況進行詳細、認真的勘測和審查，在對實際情況有綜合了解的情況下制訂合理的施工方案，利用有效措施預防偏壓問題對工程造成的各種影響，為施工的順利開展提供保障。

要在超前支護、進尺短、弱爆破、多測量、重視排水和強支護為開挖原則的基礎上進行工程開挖施工，為預防出現不必要的問題，影響工程的總體質量，在進行各項施工時需嚴格遵照有關規定和標準。

在施工過程中，需有效地將超前支護和錨噴支護作用在一起，將超長管棚、短管棚和型鋼鋼架相融合，從而最大化發揮聯合支護的價值。同時，為保證施工的正常進行，需進行隧道仰拱的施工，最大程度發揮錨噴支護和鋼架支護的應用價值。

在隧道施工過程中，排水工作也占據重要位置，及時對洞內積水進行排出，預防其侵蝕隧道。同時，嚴格按照相關規定和標準進行洞內的各項施工，最大程度地保障洞內施工安全性[10]。

4 結語

通過上述的分析研究發現，淺埋偏壓軟弱圍巖隧道技術具有一定的特殊性和復雜性。在實際隧道施工過程中，需根據具體的地表形態和地質特點，制訂科學合理的施工方案，在施工前要提前對施工區域的地質進行勘查和監測，最大程度地提升施工安全性。高質量的施工需要高技術的支撐，這要求在施工過程中利用適合的施工技術進行施工，從而建設出高質量的隧道工程，促進交通建設，推動經濟發展。