谈软岩隧洞围岩稳定分析及施工方法

张 伟

(山西省水利水电工程建设监理公司，山西太原 030000)

0 引言

改革开放以来，我国的交通事业稳步前进，取得了令人瞩目的成绩。交通事业的发展得益于经济的发展，也促进了经济的发展。在新千年，我们的经济发展势头正处于上升态势，更应该抓住机会，深化改革，利用交通改变地区之间发展不平衡的现状。在中西部山区，要实现交通的全面进步较为困难，因为这里地形复杂，山区面积较大，需要大量的隧道式建筑，我们的工作人员不畏艰险，克服一切困难，未辜负党和国家给予的殷切期望。据不完全统计，截止到2010年年底，我国建成的铁路隧道总长度已经超过7 000 km，公路隧道总里程数超过3 000 km，而目前，全国轨道交通规划线路总长超过4 000 km，其中需要建设隧道的线路占了相当大的比例，另外包括西部大开发的铁路，公路隧道，地铁，地下公用设施，顶管机械及其他西气东输，水电站工程等，1年也有450 km的隧道建设量。我国到2020年前规划建设5 000座隧道，长度超过9 000 km，在取得骄人成绩的同时，我们憧憬着未来，也背负着挑战。如何在地形复杂的山区做好隧道的建设工作，事关经济发展全局，尤其是很多地区的岩石稳定性较差，更需要我们投入大量的精力来研究并且施工。本文即对软岩地区的隧洞围岩稳定性进行了分析，并探讨了其施工方法，希望能为相关施工单位提供参考。

1 影响围岩稳定性的因素

隧道开挖前，首先要对隧道地区的地质条件有详细的了解，尤其是隧道开挖以后，对周围岩石的稳定程度分析，要做出一个正确的分级和评价。隧道围岩的分级较为复杂，大多是基于工程实践的基础，对所掌握的资料进行归纳统计分析，再通过定量定性分析，结合数据模型而计算出来。要使隧道的建设顺利通畅，首先一定要确保围岩的稳定性。因此，影响隧道围岩稳定性的因素应该要尽可能的全面分析到位。

1.1 地质因素的影响

岩土体结构状态是长时间地质运动的产物，在地质因素的影响中起着主要作用。

1)围岩的结构状态。

处于原始状态的岩土体，在长期的地质构造运动的作用下，产生各种结构面、形变、错动、断裂等使其破碎，在不同程度上丧失了其原有的完整状态。因此，结构状态的完整程度或破碎状态，在一定程度上是表征岩土体受地质构造运动作用的严重程度。对隧道围岩的稳定与否起着主导作用。实践指出，在相同岩性的条件下，岩体愈破碎，隧道就易于失稳。因此，在各种分级方法中，都把岩体的破碎程度作为分类的基础指标。

2)岩石的工程性质。

在围岩分级中，岩石的坚固性或强度都是以岩石的单轴饱和极限抗压强度为基准，这是因为它的试验方法简便，数据分散性小，且与其他物性指标有着良好的互换性。依岩石试件抗压强度进行岩石分级的基准。岩石的强度因风化作用和水的作用会大大降低。风化时，岩石产生风化裂隙使水易于浸入，岩体湿润，减少了岩石晶粒间的联系，因而强度减小，故试验时多以湿饱和强度为基准。

3)地下水的影响。

隧道施工的大量实践证明，水是造成施工塌方、使隧道围岩丧失稳定的重要原因之一。因此，在隧道围岩分级中水的影响是不容忽视的。

1.2 施工因素的影响

人为的因素也是造成隧道丧失稳定的重要条件，其中隧道的形状和尺寸，尤其是跨度影响较为显著。实践证明，在同类围岩中，跨度愈大，隧道围岩的稳定性就愈差。例如，大块状岩体是指裂隙间距在0.4 m～1.0 m左右的岩体。这是对中等跨度隧道(B=5 m～15 m)而言的，跨度较大(大于15 m)或较小(小于5 m)，岩体的破碎程度就不同。因此，有的分级就明确指出分级的适用跨度范围。

在施工因素中，支护结构的类型及架设时间也对隧道围岩的稳定性产生重要影响。其中比较重要的是隧道开挖后，围岩在无支护条件下的允许暴露时间及无支护地段的长度，也就是围岩的自稳时间，因此，有的围岩分级就是以这个时间进行分级的。隧道自稳时间是指从开挖后到顶部开始发生可以察觉到的移动、松弛时为止所经历的时间。实际上它是岩石类型、隧道未支护地段长度、隧道宽度以及开挖时围岩被扰动、破坏程度的函数。

此外，施工方法也有影响，在同类岩体中，采用普通爆破法施工和控制爆破法施工，采用矿山法施工和盾构法或掘进机施工，采用大断面开挖和小断面分部开挖，对隧道稳定性的影响都不相同。

2 工程概况

某隧洞设计洞径为9.5 m，为圆形有压洞，现场地质勘察显示，该地区的上覆岩体厚度为40.0 m～45.0 m，岩石的性质主要包括中泥盆统萨阿尔明组下亚组灰岩、火山角砾岩及上第三系中新统桃树园组砂质泥岩等等。隧洞洞径较大，埋深较浅，砂质泥岩段围岩强度低，对开挖施工比较敏感，施工期的围岩稳定是一个极为重要的问题，对隧洞开挖施工过程中的围岩应力、变形分布和稳定性进行分析，为设计和施工提供依据和参考。

3 引水隧洞开挖卸荷计算分析

根据工程地质资料分析，工程区构造应力很小，隧洞开挖计算中不考虑构造应力等因素的影响，以自重应力场作为初始应力场。开挖一个区域后，将开挖后的应力场与初始应力场进行比较，确定开挖面附近的围岩的卸荷区分布情况以及不同区域围岩的卸荷量，根据卸荷量的量级对卸荷区域进行划分，对不同卸荷区域的岩体力学参数进行调整。

4 开挖施工方法建议

如前所述，施工会对隧道的稳定性造成一定程度的影响，所以在施工方法的选择上一定要仔细认真。在本工程中，由于地质条件较为复杂，岩体几乎处于破碎状态，围岩自稳能力差，而且开挖孔径大，形成成洞难度较大，如果采用全断面直接开挖的话很明显是行不通的。经过认真的思考与协商，本工程采用了上下导洞开挖的形式。所谓上下导洞开挖，就是将导洞布置在隧道的顶部，断面开挖对称进行。在上导洞开挖的时候又分四个区域进行开挖，保留核心土，先开挖顶部，再开挖左右两侧导洞，尽量缩短钢支撑和一次喷锚支护的时间;而且，爆破开挖时，严格控制装药量和单响药量，以防止过大的震动对围岩的影响;同时，严格限制每个循环的开挖进尺，对于围岩自稳能力较差，开挖面形成以后，先喷护一层混凝土后再出渣。开挖后及时进行锚喷支护和布置钢支撑对围岩进行强支护，抑制不良地段围岩产生较大的变形甚至塌方等危险。

5 结语

隧道的建设是一项庞大而复杂的工作，不但会动用到大量的人力物力，而且在施工过程中充满了危险性，所以对其各种因素的考虑更要彻底而全面。而作为施工的基础之一，岩石的稳定性对整个隧道的施工至关重要。要想保证整个项目的顺利完成，并且在后续使用中有着良好的运营效果，除了做好安全性、稳定性分析，还要保证施工过程中的质量控制。总之，隧道的建设工作量大，难度高，一定要考虑周全，做到科学安全施工。

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