张康宁

摘 要：随着近些年来我国交通行业的快速发展，隧道工程数量和规模都在快速增加，在隧道施工过程中不可避免的会遭遇到软弱围岩的情况，这种隧道的整体强度相对较低，非常容易发生大变形的问题，所以加强其施工技术水平，有效进行施工控制是非常重要的。本文主要分析软弱围岩隧道大变形施工控制技术内容，希望能够对相关人士有所帮助。

关键词：软弱围岩;隧道;施工控制

中图分类号：U455.49 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）06-0095-02

0 引言

近些年来我国的基础设施建设发展迅速，地下空间的开发利用正在向着深度和广度的方向发展，很多具有大、长、深、广特点的隧道工程的建设步伐都在加速。只要隧道工程在施工过程中遇到软弱围岩体时，极其容易遭遇到软弱围岩大变形等一系列的地质灾害，对于整个工程的建设都造成了较大困扰。所以需要充分分析研究软弱围岩隧道施工的控制技术，这对于有效控制软弱围岩隧道大变形施工稳定性、确保整个隧道工程的顺利施工具有非常现实的价值和意义。

1 软弱围岩隧道大变形工程（案例）概述

1.1 软弱围岩大变形的定义

从目前情况看，围岩的大变形还没有统一的定义。一方面某些学者以围岩的变形是否超出初期支护的预留变形量来判定是否为大变形，就是指隧道在施工过程中若是初期支护出现了25cm（单线隧道）以及50cm（双线隧道）以上的位移就可以认为出现了大变形。另一方面某些学者认为并不能从变形量的绝对值定义大变形，变形值只是大变形现象的外在表现，根本问题是受到剪应力作用造成的岩体错动以及断裂分离破坏，岩体将向地下空洞方向产生压挤推变形来定义大变形。

1.2 案例基本情况

某隧道工程位于我国东部偏西地区，最大埋深近1100m，隧道宽6.54m，高8.93m，全长近10000m。整个隧道都是通过具有仰拱的曲墙复合式衬砌以及喷锚进行支护，并且都铺设有弹性的整体道床（不包括进出口位置）。此隧道的地层更多为石英云母片岩夹碳质片岩，岩质较为软弱，岩层之间的结合性相对较差，比较容易发生剥落。破碎的围岩大多是炭质片岩（以IV、V级居多），这些岩质均匀性较差，一旦遭遇水的侵蚀非常容易发生扭曲以及揉皱等情况。经过探查可知，此隧道的围岩大变形破坏出现在了炭质片岩区域。

2 隧道软弱围岩大变形的基本特征分析

隧道软弱围岩发生大变形时不但具有一般性的分布规律，同时也具有自身的相应特征，主要包括：

（1）掌子面前方的变形范围相对较大。常规的硬质围岩掌子面前方的变形相对较小，但对于软弱围岩来说随着掌子面变形会逐渐造成围岩变形向着更深的部位扩展。对于案例中的情况来说，IV级炭质片岩施工过程中水平收敛总量达到了300-400mm，而拱顶下沉总值达到了150-200mm。同时V级炭质片岩某些区域具有大量的地下水，造成变形量较大，某些位置的水平收敛变形量达到了1260mm;

（2）掌子面前方围岩变形比例较大。常规的硬质围岩变形比例一般在20%之内，但是软弱围岩变形比例超出30%，所以若对其控制不及时容易造成部分拱顶坍塌;

（3）变形的持续时间相对较长。软弱围岩的变形持续时间较长，开挖之后形成临空面变形可能会达到几个月时间，甚至某些区域施工二次衬砌之后还会出现变形;

（4）变形不够均匀对称。软弱围岩的隧道变形常常存在着左右不对称的问题，初期支护工序完成后，会存在不同区段左右变形量不同的现象。在本案例中，水平收敛速度和累计变形量都超过了拱顶下沉（水平收敛变形在500mm，拱顶下沉在105mm），但是后期的拱顶下沉较为明显（500-600mm），同时速度也较快（20-30mm/d）;

（5）蠕变以及突变性质。完成初期支护的封闭之后，虽然变形在初始阶段较为平缓，但是后续的相关施工工序会对围岩的变形造成加速扰动，例如爆破产生的振动、仰拱开挖过程岩体的较大变化都会引发初期支护的失稳而出现坍塌;

（6）重复性特点。对于软弱围岩隧道变形区域来说，为了控制变形情况需要拆换已经变形的拱架，但是更换之后还会发生较大变形;

（7）围岩一旦遇水就会软化，增加变形量。炭质片岩一旦遇水会发生软化而表现为泥浆状，强度比较低，特别是存在地下水的区域变形更大。

3 围岩隧道大变形原因分析

炭质片岩自身具备沿片理面蠕滑、软质岩流动性较强、构造易破碎等特点，性质较为特殊，这就意味着炭质片岩的强度较低、易受振动等外界因素的影响，在地质构造的影响作用下，就会使得地层产生较强程度的扭曲揉皱，产生密集节理和顺层摩擦镜面，从而对岩体的整体性造成一定的破坏。另外，炭质片岩分布范围不匀，其流动性较强，再加上隧道工程的埋深较大、围岩顺层偏压、部分围岩节理裂隙切割破碎等，这些因素都会导致大变形问题的发生。

4 软弱围岩隧道大变形施工控制技术分析

4.1 基本控制措施

根據软弱围岩隧道实际的变形情况，可以通过以下措施进行控制：首先，隧道大变形施工应当遵循“管超前、严注浆、短开挖、强支护、早封闭、快衬砌、勤量测”的基本原则;其次，根据“快速封闭成环、衬砌紧跟”这一基本方式来控制软弱围岩隧道大变形，这是软弱围岩隧道大变形施工控制的重点;再次，对于III级以及IV级围岩炭质片岩区域来说，可以采取超短三台阶法对围岩进行控制，必须将二次衬砌与掌子面之间的距离控制在35m范围内;最后，对于V级围岩炭质片岩区域来说，可以采取三台阶法+临时仰拱法来控制大变形情况;第五，要根据围岩的实际变化情况来对施工方法进行适当调整。

4.2 具体施工控制

4.2.1 施工基本参数

根据此隧道炭质片岩的基本特征，需要对其按照V级围岩的情况进行加强。具体施工时可以采用三台阶法进行，在此过程中要对小导管超前支护进行加密（20cm）。要保证小导管的尾部和钢拱架焊接的牢固性，并且注浆要饱满。初期支护为I25工字钢，喷射砼30cm。在钢架连接位置要设置至少4根锁脚锚杆（Φ25，L=3.5m），同时要根据具体情况考虑是否有必要设置临时仰拱。系统锚杆、钢筋网以及二次衬砌等要根据设计参数进行施工。对于超挖位置可以通过二次衬砌同级砼进行回填，并且在仰拱成环之后要按照具体变形量情况进行二次衬砌。

4.2.2 具体施工控制措施

第一，加大预留的变形量（特别是水平收敛变形量），降低大变形的影响。正常情况下软弱围岩隧道的预留变形量在30cm左右。但是案例中的炭质片岩隧道的变形比较严重，在没有进行二次衬砌时出现了较大的侵限情况，所以要加大预留的变形量。对于地质均匀的区域来说，可以将两侧预留变形量控制在50cm左右，拱顶则要按照具体情况预留30-50cm;对于地质不均匀的区域来说，可以一侧预留70cm，另一侧预留30cm。

第二，增加钢拱架的强度，严格控制开挖进尺。为了合理控制变形量，可以根据具体情况替换初期支护的钢拱架的材料，用I25型钢来替换初始阶段的I20型钢，能够有效加强钢拱架强度，减少变形量。要对V级围岩的爆破打眼深度以及装药量进行严格控制（打眼深度控制在1.2m左右，装药量控制在0.25kg），通过松动爆破的方式来缓解对于围岩的扰动，同时控制每循环开挖进尺在1m，并且要及时进行砼的喷射，使得掌子面快速封闭。

第三，加强相应的排水措施。由于炭质片岩的岩体抗剪强度相对较低，以粉末状的形态呈现，一旦遇水就会严重影响到围岩的粘接力。受到岩体内云母等滑动结理面的影响会降低围岩的自持力，造成初期支护的围岩压力较大，所以需要通过有效的排水措施来避免围岩粘接力的影响。可以在洞内的上台阶初期支护的背后埋设钢管引排，形成小型的集水坑，要在拱脚位置通过喷射砼回弹料形成排水沟进行排水。

第四，对于拱脚进行有效处理。原有拱部并没有采取必要的锁脚措施，可以对其进行改进，设置必要的锁脚小导管。但是对于炭质片岩来说，受到材质性能的影响，在成孔过程中非常容易坍塌，所以小导管搭设时非常困难。在具体操作时可以采用Φ25的自进式中空锚杆来代替Φ42的小导管，这样不但可以按照设计长度进行施工，同时施作循环的时间能够缩短。另外，隧道拱脚在出现部分的坍塌时，若是直接对虚碴进行清理是非常容易发生二次失稳的，所以需要及时通过沙袋堆码来稳定拱脚，之后进行挂网喷锚，支护之后注浆固结来防止围岩进一步松动。对于隧道的某些渗水区域来说，设置集水坑之后占据了临时仰拱的空间，这时可以在拱脚边墙位置设置临时性支墩，并且在支墩的底部位置设置Φ8的钢筋来加大摩擦力。

第五，装设临时仰拱。临时仰拱可以通过I25型钢砼来进行（间隔50cm），要和初期支护的型钢进行有效连接。另外，要在型钢下部设置Φ8的钢筋网，要有效控制网格的间距（20cm×20cm），同时要和型钢进行点焊连接，纵向可以采取相距50cm设置Φ22的螺丝钢进行连接。为了能够减少循环时间，需要在临时仰拱型钢底部位置设置垫，并且完成灌注之后要在上面铺设虚碴（一般在20-30cm厚）或者设置栈桥等设施，防止其受到较重载荷的影响而对结构进行破坏。

第六，实时监控量测。在一般情况下，应当在圍岩及其初期支护变形处于稳定状态之后方可实施二次衬砌，但在本案例中，隧道炭质片岩的变形情况比较特殊，所测数据的收敛形态几乎为直线形，其变形量极大（日变形量大概在11-24mm这一范围内），有一些围岩区域甚至还会在收敛一段时间后产生二次变形的情况。对硬岩而言，初期支护一旦出现变形，随之而来的就是塌方问题，但炭质片岩初期支护出现变形或扭曲问题后，可以采取相应的加固措施来进行补救，比如注浆等，虽然不能完全控制变形，但在一定程度上可以有效规避塌方问题。因此，普通的数据分析无法对炭质片岩的隧道施工提供准确的数据指导，需要进一步提高监控量测水平。尤其是在爆破施工和干扰工序施工等关键施工环节，要加强计量监测，以防出现因突变而造成的塌方问题。另外，必须根据量测的实际情况来对二次衬砌施工前的变形总量进行控制，保证其与预留变形量相符。

5 结语

本文主要分析了隧道软弱围岩大变形的基本特征以及发生大变形的原因，在此基础上分析了软弱围岩隧道大变形施工控制技术。通过本文的介绍能够对软弱围岩隧道施工控制提供一定参考和帮助。

参考文献

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