汪 剑,唐学超

（深圳市特区铁工建设集团有限公司,广东 深圳 518000）

0 引言

近年来，中国隧道工程建设取得了巨大成就，截至2019 年底，我国高速公路总里程已超过149 600 km。其中，公路隧道总长度为18 966.6 km/19 067 处，占高速公路里程比重为12.68%，为我国的经济发展起到了重要的支撑作用。然而在公路基建项目高速发展的同时，复杂恶劣的地质条件成为隧道施工必须面对的难关，特别是穿越破碎地带的情况越来越普遍。因此，加强对隧道穿越软弱破碎围岩段的施工技术和方法的研究显得特别重要。

1 地质勘察和评估

在实施隧道工程之前，进行地质勘察和全面评估是不可或缺的步骤。其在整个工程项目中扮演着至关重要的角色，使工程师对地下环境有全面、深入的了解，特别是有关围岩稳定性、破碎程度、渗透性等方面的信息。这些详细的数据和评估结果是确保隧道工程成功实施的基础，同时也有助于选择最适合的加固技术和方法。

首先，地质勘察需通过采集大量地质数据和样本来进行的，包括钻探、地下勘测、地质地貌分析和地质实验室测试等方法。通过这些手段，工程师能够获得对地下地质条件的深刻理解，包括地层的性质、分布和变化[1]。

其中一个重要方面是了解围岩的稳定性。工程师需要确定围岩是否足够坚固，是否存在可能导致塌方或崩塌的地质构造或岩层，这就需要通过对地质结构的分析和岩石力学测试来加以评估。

此外，对围岩破碎程度的评估也至关重要。如果围岩容易破碎或呈现脆弱性，那么在施工和运营过程中可能会面临较高的风险。因此，必须了解围岩的岩石类型、坚硬度和结构特性。

渗透性是另一个需要评估的关键因素。如果围岩的渗透性很高，可能需要采取额外的防水措施，以防止地下水或渗漏物质进入隧道。

根据对地质环境的深入了解，工程师可以为隧道工程选择最合适的加固技术和方法，比如锚杆、喷射混凝土、岩壁支护结构等。在某些情况下，可能需要定制的支护方案，以应对特定地质的挑战。

2 支护结构的设计

针对具有极破碎围岩的情况，必须科学设计适当的支护结构，以确保隧道的安全性和稳定性。这些支护结构在处理极度不稳定的围岩时发挥着至关重要的作用，支护结构的选择和设计需要综合考虑多个因素，包括地质条件、隧道尺寸以及地下水情况。

常见的支护结构包括以下几种：

锚杆支护：锚杆是一种常见的支护方法，通过将钢筋或钢缆固定在围岩中，然后灌注混凝土或其他支护材料来提高稳定性。锚杆支护适用于各种地质条件，可以应对不同类型的围岩问题。

喷射混凝土：喷射混凝土是一种将混凝土通过高压喷射到围岩表面的技术，以形成坚固的支护层。这种方法适用于需要高度定制的支撑结构情况，可以在不同的地质条件下提供强大的支持。

钢筋网：钢筋网结构由钢筋和网格组成，通常用于控制岩块的崩塌。可用于加强和稳定围岩，减少岩块的脱落。

锚喷支护：锚喷支护是一种结合了锚杆和喷射混凝土的支护方法。将钢筋或钢缆固定在围岩中，然后使用高压喷射混凝土以加固围岩。

支护结构的设计必须根据具体的地质条件进行定制。工程师需要考虑围岩的性质，包括其稳定性、破碎程度、渗透性和可能存在的地下水情况。此外，隧道的尺寸和用途也会影响支护结构的选择。不同类型的支护结构可以在不同情况下提供不同程度的支持和稳定性[2]。

在支护结构的设计和实施过程中，安全性是首要考虑因素。工程师必须确保所选的支护结构能够承受地质变化、地下水压力以及隧道使用中可能受到的外部影响，如振动和地震。此外，定期的监测和维护也是确保支护结构长期有效的关键因素。隧道断面结构详见图1。

3 锚杆技术

锚杆加固是一种广泛应用于固定和稳定围岩的技术。这种支护结构通过将钢筋或纤维材料注入围岩中，然后将其连接到围岩上，以提供坚固的支撑和稳定性。锚杆技术不仅在隧道工程中常见，还在许多其他领域的地质和土木工程中得到广泛应用。

工作原理：锚杆加固的基本原理是通过将锚杆插入围岩中，然后在杆内或周围灌注混凝土、环氧树脂或其他固化材料，将锚杆与围岩紧密连接。这样，锚杆就能够分散外部荷载并提供支撑，防止围岩发生位移、崩塌或坍塌。

适用范围：锚杆加固技术非常灵活，适用于多种不同类型的围岩，包括破碎的岩石、土壤、泥土和淤泥。通常用于处理岩石中的节理、裂缝或其他不稳定性工况，也可用于加固较软的土壤或泥土。

材料选择：锚杆通常由高强度的材料制成，如钢或纤维复合材料。这些材料能够承受高度的张力和剪切力，确保锚杆在连接围岩时能够提供足够的强度和稳定性。

施工过程：锚杆的安装通常需要进行钻孔，然后将锚杆插入钻孔中，打至所需位置，然后注入锚固材料，以确保锚杆与围岩之间的牢固连接。锚固材料终凝后会将锚杆和周围连成一个整体，形成坚固的支撑结构。

检查和维护：锚杆安装完成，做好定期的检查和维护，包括检查锚杆是否受到腐蚀或损坏，并采取必要的维修措施，以保持其性能。锚杆支护详见图2。

图2 四车道锚杆支护设计

4 监测和维护

隧道施工完成后，维持围岩的稳定性是一个至关重要的任务。需要按规范要求采取围岩量测和监控量测及其他维护措施，来确保隧道在长期使用中保持安全和可靠。

持续监测：隧道的稳定性监测是一个持续的过程，包括使用各种传感器和监测设备来检测潜在的围岩位移或应力变化。这些传感器可以安装在围岩表面、隧道结构上或内部，以实时追踪任何异常情况。这种监测可以帮助工程师及早发现潜在问题，采取必要的措施[3]。测点布置详见图3。

图3 暗挖法测点布置示意图

传感器技术：传感器技术在隧道监测中发挥了关键作用。例如，位移传感器可以用来测量围岩的位移，压力传感器可以用来检测应力变化，倾斜传感器可以用来监测围岩的倾斜情况。这些传感器将数据传输到监测系统中，以供工程师分析和评估。

定期巡视和检查：除了使用传感器进行实时监测之外，定期的巡视和检查也是维护围岩稳定性的关键。定期的物理检查包括观察围岩表面是否出现裂缝、滑坡迹象或其他异常迹象，并检查支护结构是否完好无损。

维护工作：如果在监测或巡视过程中发现了问题，及时采取维护措施至关重要。这包括重新加固支护结构、修复裂缝、清理垃圾或进行其他必要的维护工作，以确保围岩的稳定性[4]。

数据分析和决策：收集的监测数据需要进行分析，并作出相应决策。工程师可以使用这些数据来评估围岩的健康状况，预判问题，并制订维护和修复计划[5]。

持续监测和维护是确保隧道长期稳定性的关键因素。通过使用先进的传感器技术、定期的巡视和检查以及及时的维护工作，可以确保围岩在隧道使用寿命内保持坚固和可靠，同时降低潜在的风险和安全问题。这些措施有助于确保隧道工程的成功运营和维护。

5 结论

综合来看，极破碎围岩隧道地层加固技术研究是一个持续演进和创新的领域，只有通过继续深入地研究、实验和工程实践，不断优化技术参数，改进地层加固工艺等技术，才能满足复杂地质隧道施工需求，确保隧道施工的质量和安全，为今后交通、基础设施和资源开发等领域的可持续发展提供有力支持。