某公路隧道項目圍巖大變形綜合處置技術分析

摘要 公路隧道項目地質狀況復雜、隱蔽性較強、影響因素眾多，施工控制不當，極易引發圍巖大變形問題，嚴重影響施工安全。鑒于此，文章結合某公路隧道工程實踐，針對隧道圍巖大變形綜合處置技術展開綜合探究，根據工程實際情況，闡述了工程施工的重點和難點，提出在隧道施工前，利用超前預測及應力監控技術，對支護形式及參數實施調整，從而完成對初支的非對稱支護，并介紹了該處置技術的適用范圍、工藝原理、技術特點和施工工藝要點。

關鍵詞 公路隧道項目；大變形；綜合處置技術

中圖分類號 U455.7 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2023）15-0117-03

0 引言

近年來，隨著科技水平的不斷提升，公路隧道施工技術愈加完善，有效推動了隧道工程建設的發展。但由于隧道施工環境復雜、不良地質條件較多，施工中極易遭遇軟巖地質狀況，引發圍巖大變形問題，給項目建設帶來較大困難。加之當前針對圍巖大變形的預測相對落后，相關技術參數獲取困難，進一步加大圍巖大變形處置難度，嚴重制約隧道工程建設發展。為此，該文依托實際工程案例，提出采用初支應力、變形監測及綜合地質預報監測手段，構建全方位預報系統，實現對圍巖大變形、開挖過程的動態模擬與評估，從而完成局部非對稱支護，有效控制圍巖變形[1]。

1 工程概況

某隧道項目局部路段埋置深度超過200 m，為典型的深埋圍巖，隧道開挖階段極易產生圍巖大變形，為確保該路段施工安全，對該區段實施大變形控制措施。該區段設計為Ⅳ級巖層標準，巖層分布主要為泥質砂巖，薄層狀結構。洞頂部位易產生沿層面發育的裂隙，引發洞體坍塌，設計、施工時應重視支護問題。

2 工程重點及難點

該區段為高地應力作用下的軟巖大變形。初期階段變形量較大，且變形速率較快。若處置不及時，極易導致圍巖大變形，引發隧道坍塌事故。該工程施工重點、難點如下：

（1）加強圍巖變形預測極為關鍵，但當前針對圍巖大變形的預測手段相對落后，相關技術參數獲取困難，且現行設計標準對于高地應力作用下軟巖大變形未作明確規定，相關研究成果存在較多局限性，僅針對特定隧道工程，參考價值較低。

（2）此隧道工程右半幅ZK99+620 區段為豐水區，受高地應力影響，巖體較為破碎，支護難度較大，變形控制更加困難。

（3）此隧道工期緊、任務重，但由于圍巖穩定性較差，支護作業工程量較大，工序復雜，無法保證工期目標。

（4）結合以往軟巖大變形隧道工程實踐經驗，應加強圍巖變形監測，根據監測數據合理確定支護形式、技術參數等，并對支護方案實施優化，以有效保證支護效果。

3 適用范圍及工藝原理

該隧道工程施工采取初支監測、單側支護加固方案，其初支監測布置如圖1 所示。此技術為隧道工程專用監測技術，常用于巖體破碎、地下水豐富及高地應力作用區域地質超前預測及大變形控制，完成對圍巖的局部補強加固。

該技術的主要任務為地質分析和動態監測，包括“ 初支應力變形監測” 與“ 地質物探分析，洞內外結合、長短預測結合，物性參數互補” 兩項監控要點，通過監測結果分析，對支護體系相關技術參數實施優化和調整[2]，并根據大變形監測信息，準確確定大變形位置，從而采取科學有效的局部非對稱性支護加固措施，有效控制變形發展。采取局部強、弱支護加固措施，相較于全斷面強支護方式，顯著降低支護成本，加快施工進度。

4 施工工藝及操作要點

4.1 工程地質調查

實施隧道地質調查，詳細掌握隧道實際地質狀況，并對圍巖穩定性實施評估，確定超前地質預報的主要區段，同時全面收集、整理隧道開挖區域地質信息，充分了解地質變化情況，特殊狀況下可通過工程測繪技術輔助完成信息采集，提高地質勘查準確性[3]。

4.2 綜合地質預報

地質雷達：隧道開挖掘進過程中，采用地質雷達對開挖面實施探測，其探測范圍控制在開挖面前方15～30 m，充分了解隧道地質狀況。

超前鉆探：選用全液壓鉆探鉆機實施超前鉆探，完全能夠滿足該隧道地質勘探工作。為全面了解鉆孔前方巖體內部瓦斯分布狀況，鉆孔成型后，對其前方巖體瓦斯壓力、涌出量及衰減情況實施檢測[4-5]。

4.3 初支應力與變形監測

（1）鋼拱架應力監測：初期支護鋼拱架應力監測主要針對Ⅳ級、Ⅴ級巖體，根據初期支護實際情況，每間隔200～500 m 布置監測斷面，各斷面布設3 個監測點。

（2）圍巖壓力監測：在圍巖結構、支護體系、二次襯砌之間布設壓力傳感器，以有效監測圍巖壓力變化情況。在各監測斷面預埋8 個監測盒，其中拱頂位置1 個、左右拱腳、邊墻位置各1 個，拱腳至拱頂區域布置3 個。

（3）錨桿軸力監測：錨桿軸力監測設備包括應力傳感器及頻率檢測儀，其中應力傳感器主要由多個鋼筋應力計連接而成，用以監測初始應力及二次應力變化情況，監測設備布置形式如圖2 所示。

（4）初支、二襯內應力監測：噴射混凝土應力監測點與位移監測點布設于同一斷面處，在拱頂、拱腰、側壁位置預埋5 個應變計。巖體初噴完成后，在其表面埋設應變片，并通過復噴覆蓋應變片，當混凝土處于初凝狀態時，讀取應力數據[6]。

4.4 初支狀態綜合判析

對以上各種監測數據實施整理、對比及評估，從而得到有效的預測結果，制定針對性處置措施，并開展后續方案設計。

4.5 大變形處治

針對隧道圍巖穩定性較差的不良地質區段，鋼拱架是初支體系最重要的受力構件，具有較強的承載能力。初支應力監測結果顯示，隧道局部區域鋼拱架拱腳部位應力較大。鑒于此種狀況，通過增設鎖腳錨桿或二次噴射混凝土等方式，對拱腳部位實施支護補強[7]。待補強加固完成后，及時施作仰拱，封閉成環。

4.6 預報與監測驗證

預報與監測驗證基本流程：預報→ 驗證→ 總結→再預報→ 再驗證→ 再總結。實際工作中，要嚴格按照該流程循環往復進行，并安排專人負責對開挖面地質狀況實施跟蹤監測與編錄，具體編錄時應在爆破施工完成后實施，分別記錄預測地質狀況及開挖后的實際地質狀況，并實施對比分析，根據分析結果對預報工作實施優化，逐步提升預報準確性[8]。

4.7 質量安全保障措施

（1）嚴格控制原材料質量，科學做好市場調研工作，盡可能地選擇信譽度好、實力強、質量有保障的材料供貨商，并建立長期合作關系。原材料進場時，應全面檢查產品合格證、試驗檢測報告等質量證明文件，并對其規格、型號、數量、性能進行詳細檢查，確保滿足設計要求，同時應嚴格按照試驗檢測標準進行抽樣檢測，檢測合格后方準予進場，從根本上保證工程建設質量[9]。

（2）建立科學完善的質量管控體系，根據工程實際情況，配備滿足工程實際需求的管理人員，科學分工，明確崗位職責，增強質量意識。質檢人員作為工程質量控制的主導者，應強化施工過程控制，加大現場巡視、檢查力度，及時發現并糾正違規作業行為；對于項目建設的重點工序、重要部位，應進行現場監督指導，保證施工質量滿足標準要求。

（3）為有效確保施工安全管控效果，施工企業應根據項目規模及風險等級合理配備安全管理人員，合理分配崗位職責，確保安全管理工作覆蓋項目建設的各個環節，保證施工安全。建立施工安全管理小組，加強日常安全巡查，針對施工中存在的不安全行為進行嚴格處罰，同時安排經驗豐富、認真負責的專職安全人員負責現場安全監管，全面降低施工安全風險。

（4）加強安全教育培訓。當前，大部分施工管理人員普遍存在綜合素質低下、安全意識不足的現狀，甚至有些安全管理人員毫無管理經驗，實際管理工作中無法有效識別安全風險，嚴重降低安全管理效果。因此，應科學加強安全教育培訓工作，全面提升專業知識及管理水平，保證各項安全管理體制得以有效執行[10]。

5 技術特點

（1）通過綜合地質預報及初支應力與變形監測，采取局部強、弱支護聯合加固措施，相較于全斷面強支護方式，顯著降低支護成本，加快施工進度。

（2）采用該技術構建全方位預報系統，能有效實現洞內外結合、長短預測結合及物性參數互補，有效提高探測準確性。

（3）通過初支應力與變形監測，能更加全面地了解圍巖結構受力狀態，確定更加合理的支護方案。

（4）通過超前模擬分析和評估，可對支護體系結構形式與技術參數實施優化，提高預報準確性，保證施工質量。

（5）采用“ 預報+ 驗證” 手段科學判定預報等級。相較于傳統計劃預報方式，該預報方式效果更加顯著。

6 效益分析

（1）技術效益：該技術建立的“ 初支應力變形監測”及“ 綜合地質預報” 體系，采用“ 預報+ 驗證” 手段科學判定預報等級，通過初支應力與變形監測，能更加全面地了解圍巖結構受力狀態，提高預報準確性，保證施工質量。

（2）經濟效益：盡管該技術在初支監測環節成本較高，且耗時較長，但后續支護節省大量材料及人工成本，通過綜合地質預報及初支應力與變形監測，采取局部強、弱支護聯合加固措施，相較于全斷面強支護方式，顯著降低支護成本。

（3）社會效益：該技術有效解決了高應力條件下，軟弱巖層隧道開挖過程中存在的大變形監控和支護難題，有效防止了大變形問題產生，顯著降低施工安全風險，節約施工成本，在隧道建設領域得到了廣泛應用。

7 應用實例

某高速公路隧道工程， 分左右兩幅布置， 沿線地層分布為須家河組地層，主要地質為泥質砂巖，部分區域存在煤線層，色澤為灰黑色，存在形成瓦斯的能力， 屬低瓦斯隧道。其中ZK95+572～ZK95+605、K95+405～K95+476 區段為地質不良區段，2021 年8 月15 日—2021 年8 月27 日，左、右幅隧道施工至ZK95+572～ZK95+605、K95+405～K95+476 區段時，10 組監測數據出現異常，分別為ZK96+575、ZK96+585、ZK96+595、ZK95+605、K95+415、K95+425、K95+435、K95+455、K95+465、K95+475； 左、右幅隧道水平收斂分別為58.68 mm 和62.56 mm。

該隧道項目采用上述技術，建立“ 初支應力變形監測” 及“ 綜合地質預報” 體系，采用“ 預報+ 驗證” 手段科學判定預報等級，通過對初支應力及變形實施監測，有效提高了檢測結果準確性；利用監測數據超前模擬分析和評估，對支護體系結構形式與技術參數實施優化，提高了預報準確性，保證了施工質量。

8 結論

綜上所述，該文結合某公路隧道項目施工實踐，系統分析了隧道圍巖大變形綜合處置技術，并總結了施工技術要點。具體結論如下：

（1）該技術建立的“ 初支應力變形監測” 及“ 綜合地質預報” 體系，采用“ 預報+ 驗證” 手段科學判定預報等級，通過初支應力與變形監測，對支護形式及參數實施調整，從而完成對初支的非對稱支護。

（2）隧道圍巖大變形局部支護加固技術，根據大變形監測信息，準確確定大變形位置，從而采取科學有效的局部非對稱性支護加固措施，有效控制大變形發展，降低施工安全風險，節約施工成本，具有顯著的經濟、技術及社會效益。參考文獻

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