谈大断面软弱围岩隧道的施工管理

朱 经 志

(中铁十四局集团云桂铁路项目部，广西 百色 531500)



·桥梁·隧道·

谈大断面软弱围岩隧道的施工管理

朱 经 志

(中铁十四局集团云桂铁路项目部，广西 百色 531500)

结合工程实例，概述了该区域隧道工程的设计及施工情况，分析了出现施工问题的原因，从施工工法、施工动态、施工队伍等方面，对软弱围岩隧道的施工管理进行了探讨，确保软岩隧道工程的施工质量与安全，有利于高速铁路的发展。

隧道，软弱围岩，施工管理

0 引言

围岩是指受隧道开挖影响而发生应力状态改变的周围岩土体。根据岩土体的强度，可将围岩分为坚硬围岩和软弱围岩两大类，软弱围岩主要包括软弱、破碎、富水等不良地质条件下的围岩，但不包括岩溶、瓦斯等特殊的围岩。简单的说，隧道软弱围岩就是通常的初期支护及简易的小导管不能控制开挖后的围岩变形，而采用有针对性地控制变形对策的围岩。

1 工程概况

云(昆明)至桂(南宁)铁路是西南至华南沿海地区铁路通道的骨干线路，跨云、桂两省区，自云南省新昆明南站向东到达广西自治区南宁站。初步设计正线全长710.269 km，新建云桂铁路(广西段)站前工程正线自江西村特大桥(含DK21+500)至管界(DK291+420)，全长255.309 km。

本段地层自古生界至新生界出露较为完全，除侏罗、志留、奥陶系未见外，其余时代地层皆有分布。上古生界除二叠系上统地层为碎屑岩相外，余皆以碳酸盐岩为主；下古生界无分布。中生界三叠系发育最为完全，尤以中三叠统为甚，沿线广泛分布，三叠系主要地层为碎屑岩夹碳酸岩。第三系在各断陷盆地内发育良好，其下部多属红色碎屑岩建造，上部常含褐煤。第四系各类成因的松散堆积物广布本段，以河谷、盆地及低洼地带较为集中，且厚度甚大。

沿线主要不良地质有岩溶、危岩落石、顺层、砂土液化、有害气体、高地温与高地应力等。特殊岩土主要有人工弃填土、软土、松软土、膨胀岩土、红黏土等。

隧道85座，短隧、软弱围岩、浅埋隧道较多，部分隧道岩土具有弱、中膨胀性。

2 设计情况

隧道设计Ⅴ级围岩初支设计参数：全环Ⅰ20b型钢钢架及拱部φ108超前大管棚或φ42超前小导管预注浆加强支护，拱墙为C25纤维混凝土，仰拱为C25素混凝土，均为28 cm厚，φ8钢筋网(网格20 cm×20 cm)，拱墙锚杆长度4.0 m，拱部φ25中空注浆锚杆，边墙φ22砂浆锚杆。二次衬砌为C35钢筋混凝土。

最大开挖断面160.66 m3/m，施工方法为大拱脚台阶法。

3 施工情况

已开工隧道55座，受软弱围岩的影响，初期支护拆换的隧道24座，占开工隧道的43.6%，大型坍塌处理的隧道8座，占开工隧道的14.5%，小型坍塌处理的隧道15座，占开工隧道的27.3%，影响了隧道的正常施工生产，同时也造成了很大的经济损失，威胁到施工人员的安全。

4 原因分析

1)本线所经地区属亚热带湿润季风气候区，直接承受印度洋及太平洋水汽补给。其气候特点是温暖湿润，雨量充沛，年均降雨量在1 229 mm，雨水天气较多，围岩裂隙水和孔隙水受大气降水补给影响，原本强度不高的软弱围岩进一步软化，导致围岩的自成拱能力降低，致使隧道初期支护承受了较大的围岩压力，在围岩表面只是洇湿或渗水的地下水状态的情况下，初期支护沉降速率达到2 cm/d～3 cm/d，有时候速率超过3 cm/d，对初期支护破坏性较强，致使初期支护表面开裂掉块，间距0.8 m/榀的Ⅰ20b型钢钢架，出现扭曲变形，更甚者在仰拱及填充混凝土浇筑完毕后，钢架出现“S”形，甚至更严重的“之”字形变形，导致初期支护侵限，被迫进行初期支护拆换。

2)施工局部变形的隧道，其围岩多是页岩夹砂岩或泥质粉砂岩，具有弱、中等膨胀性，且强风化、全风化，岩体多为单斜构造，节理层较多，层间较薄，部分为褶曲构造，岩体扭曲，产状紊乱，机械可直接挖掘，基本上不采用爆破施工。围岩自身强度较低，对地下水敏感度高，隧道洞身开挖后围岩产生塑性变形松动圈范围大，作用在初期支护的压力较大，围岩变形持续的时间比较长。

3)原设计工法为大拱脚台阶法，但因其施工工序的繁琐性，施工效率低，Ⅴ级围岩条件下采用此种施工工法月进度不超过30 m，因此在各隧道施工中未得到切实有效的应用，现场实际施工方法多采用的三台阶七步开挖法，该开挖方法虽然能降低开挖施工的风险，但对这种具有较大变形趋势的围岩，显然具有不适应性，所以更多的是在七步开挖法的基础上在中台阶加设临时仰拱与内斜撑结合的施工方法，以遏制围岩较大变形，效果明显且有一定的施工进度。

4)现场一线施工管理粗放，设计参数不能完全转化为生产力，施工工序细节关键点做不到位，体现在潮湿喷射普通混凝土代替湿喷纤维混凝土，锚杆长度或数量不足，不能真正起到加固、改良围岩受力条件的作用，钢拱架垂直度控制不严，钢架在架设过程中即出现扭曲的现象，相邻钢架单元两连接钢板之间栓接质量差，有的甚至无法栓接，以帮焊焊接两连接钢板，但焊缝不饱满，锁脚锚管长度、角度不足，锁脚锚管与钢架之间焊接不牢，虽然采用了“U”形Φ22螺纹钢筋帮焊加强，但往往焊接质量达不到预期效果。

5)隧道施工队伍整体素质有待提高，隧道施工一线具体操作工人文化水平普遍不高，没有真正执行培训上岗，靠经验施工的人员较多，责任心普遍不强，安全、质量意识淡薄，导致各工序完成质量普遍不高。

5 软弱围岩隧道的施工管理

基于目前国内隧道建设一线施工人员以农民工人为主的施工现状，根据设计要求的施工方法，施工要求并不能完全真正的做到实处，围岩条件较好的隧道，一线施工质量管控不严的弊端未能充分暴露，因隧道工程建设隐蔽工序较多，一座隧道能否避免质量、安全事故的发生，顺利贯通，现场一线施工管理起着关键性的作用，尤其在软岩隧道工程建设中这种管理作用更为突出，管控不严的缺陷更加暴露无疑。

1)施工工法的管理。

隧道施工工法选择极其重要，高速铁路软岩双线隧道断面跨度大，施工安全风险大，针对这种大断面隧道，保守采用的工法为CRD法、CD法、双侧壁导坑法和最近几年铁路建设中提出的大拱脚台阶法，但上述工法工序繁琐，施工效率低，再加上施工造价总体不高的市场情况，往往在一线施工中不能很好的执行，采用三台阶七步开挖法的较多。在云桂铁路施工的隧道中，由于隧道产生大变形的较多，由最初的单纯采用三台阶七步开挖法转变为在中台阶增设临时仰拱与内斜撑结合的施工方法，大变形的情况基本上得到了遏制。

2)施工的组织管理。

“预支护、快挖、快支、快闭合”是软弱围岩隧道施工的基本原则。重点是“预支护”和“快封闭”，尽可能地在短时间内使开挖后的断面闭合，是非常重要的。从开挖到全断面初期支护的闭合时间，我们要求越短越好，闭合距离也是越短越好，初期支护全断面闭合的过程，就意味着隧道变形逐渐趋于稳定(收敛)的过程。施工中虽然大家都认识到及时闭合的重要性，但往往因为组织的原因，施工工序安排不紧凑，不能使开挖后的工作面迅速的闭合。

3)施工的动态管理。

动态管理就是要根据围岩和支护结构的动态变化过程，进行设计和施工过程的管理。隧道开挖后动态的变化主要表现为位移量的变化，变形后围岩产生形变，会产生一定的位移量，围岩位移值由三部分组成：掌子面前方先行位移、掌子面挤出位移、掌子面后方位移。前两种位移值根据目前国内实际施工技术、管理的现状，难以实施，隧道现场往往只是对掌子面后方位移进行监测，根据后方位移值的变化采取相应的措施。云桂线广西段由建设单位对隧道围岩和支护结构统一实行动态信息化管理，各施工标段配备专业化的监控量测队伍，但施工现场因工序施工影响的原因，监控量测点要么埋设不及时，要么埋设后在进行下一道工序时破坏掉，致使监控量测的数据实测后并不能有效的反映围岩和支护结构实际产生的变化值，这样根据监控量测数值实施动态化管理受到了一定的影响，隧道位移监控量测应与洞内洞外观察结合，且应经常采用断面仪复测隧道初支预留量，综合判断围岩变化情况，以便于采取处理措施，防止事态进一步恶化。

根据洞内洞外观察实施动态管理，洞内观察主要包括掌子面观察和初期支护表面观察，观察掌子面节理、裂隙、充填物发育情况，围岩岩性和风化的程度，有无地下水渗出或流出，掌子面的稳定性等，初期支护表面有无环向开裂、局部剥落、掉块，尤其是拱部、拱腰和钢架两连接钢板处的变化。洞外观察主要查看洞身地表或相邻偏压的山坡有无裂缝或下陷。根据观察情况结合监控量测数据分析，决定掌子面是否需暂停掘进施工，初期支护是否需要加固，仰拱、二次衬砌是否需要再跟进的更近一些以确保隧道洞身的稳定性和施工的质量、安全。

根据超前地质预报实施动态管理，超前地质预报以地质调查法为基础，针对不同地段地质情况和预报目的，采用一种或几种方法相互补充和印证，进行综合超前地质预报。超前地质预报主要是通过地质调查法、物探法、超前钻探法以达到探明岩体破碎程度、节理裂隙发育情况、地下水赋存情况等目的，在各种超前地质预报方法中，应以超前钻孔为主要的超前探明手段，超前探孔可以直观判断围岩情况，赋水状态，其他超前地质的预报的方法更多的是依靠科技手段对掌子面围岩前方的围岩状态进行分析与判别。

4)施工队伍的专业化管理。

目前国内隧道施工的质量、安全整体水平有待极大的提高，完全摒弃单纯的农民工人架子队施工管理模式，把施工单位自配职工“九大员”的架子队模式落到实处，加强一线工人的技术培训，培养技术熟练的工人，且固定为架子队中的一员，增强工人的归属感和责任心，避免或减少一线工人的频繁流动与更换，真正造就一批稳定的隶属施工单位自身的专业化隧道施工队伍，是改变国内隧道施工现状的当务之急，国内外新的隧道施工理念，科学先进的施工方法，才能切实的应用到我们的隧道施工现场中去，才能把我们的设计理念，质量目标、安全目标落到实处。

5)施工的精细化管理。

软弱围岩隧道工程建设中，初期支护设计参数较多，隧道施工工序繁杂，各工序交叉施工，产生干扰的情况时有发生，如何组织好施工，达到理想的施工进度，如何使设计参数完全转化为现场生产力，规避围岩与初期支护的较大变形，实施精细化管理显得尤其重要。精细化管理从施工组织上主要是表现在各工序之间衔接要紧凑，不能出现工序交接不上等待时间较长的情况，初期支护施工完成后仰拱、二次衬砌及时跟进不能滞后。从施工设计参数上主要表现为工序环节中的关键质量节点要控制到位，切实达到质量要求。要做到精细化管理则必须执行岗位责任制，定人定岗，具体的操作技术工人专门负责某个质量节点，譬如专门负责锁脚锚管(杆)的电焊工，若锁脚与钢架之间没有焊接饱满，则由该电焊工重新焊接。各关键质量节点要求专职管理人员监控，如上述锁脚锚管(杆)与钢架之间衔接处的焊接问题，则由初支班班长、现场领班人员执行具体监控职能，领工人员向现场技术人员负责，现场领工人员向专业监理工程师负责，层层监控落实到位，在质量节点的细节下功夫，才能发挥各初期支护参数的综合防护功能。

6 结语

随着国家高速铁路的发展，大断面的软岩隧道建设也会越来越多，工程人员对软岩隧道的认识也会日益加深，重视软弱围岩带来的不利影响，采用合理的施工工法，强化组织管理、动态管理，坚持专业化队伍的施工管理方向，狠抓工序关键质量节点的细节化管理，才能从主观方面着手，解决客观上存在的软弱围岩易变性较大，施工进度迟缓的难题，才能提高工程施工质量，减少、杜绝质量、安全事故。

[1] 关宝树，赵 勇.软弱围岩隧道施工技术[M].北京：人民交通出版社，2011.

[2] 中铁二院相关设计文件[Z].

Discussion on the construction management of large cross-section tunnel weak surrounding rock

Zhu Jingzhi

(YunguiRailwayProjectDepartment,ChinaRailway14thBureauGroup,Baise531500,China)

Combining with the engineering example, this paper summarized the design and construction situation of the regional tunnel engineering, analyzed the causes of problems in construction, from the construction methods, construction dynamics, construction team and other aspects, discussed the construction management of weak surrounding rock tunnel, ensured the construction quality and safety of soft rock tunnel engineering, promoted the development of high-speed railway.

tunnel, weak surrounding rock, construction management

1009-6825(2016)05-0173-03

2015-12-08

朱经志(1975- )，男，工程师

U455

A