浅析软弱围岩公路隧道施工方法

袁玲

（贵州桥梁建设集团有限责任公司 贵州贵阳 550000）

浅析软弱围岩公路隧道施工方法

袁玲

（贵州桥梁建设集团有限责任公司 贵州贵阳 550000）

本文结合具体的工程实例对软弱围岩公路隧道施工方法进行分析，并对超前小导管灌注施工、微台阶法、初期支护、底部仰拱、衬砌、监测等方面做出研究，希望能为相关工作提供借鉴。

公路隧道；软弱围岩；支护；衬砌

1 引言

隧道对于公路建设而言是重中之重，不仅因为隧道可以大幅缩短公路的距离，还因为其施工难度很高，所以必须对其施工予以关注。软弱围岩大变形段的存在给隧道施工造成了很大的负面影响，尤其是施工安全和施工质量这两个方面，更是遭受到严峻的考验。因此，必须加强对大变形段注浆加固的研究分析，找准加固半径和注浆时间，确保加固效果最好。

2 工程概况

本次研究以某段高速公路隧道工程为例，此段隧道穿过山体自然冲沟范围，处于严重浅埋、偏压段，最小埋深只有0.8m，岩石类型主要为片岩、泥灰岩、页岩等，并且存在很多裂缝，风化非常严重，再加上地下水较为发育，导致隧道围岩的稳定性非常差，如果不及时采取有效的措施进行固定，特别容易出现掉块、坍塌等问题，因此在施工的过程中存在极大的风险，对施工技术的要求较高。

3 软弱围岩的变形与控制措施

3.1 围岩的变形

以空间为依据可将围岩变形情况划分成三大部分：①掌子面在隧道前方发生水平位移，出现水平鼓起现象；②掌子面前部发生围岩下沉，隧道浅埋地段地表下沉，出现沉降槽；③隧道刚被开挖，其洞壁就发生收敛变形现象，出现边墙向内移动，拱顶下沉。上述三种情形通常是在同一时间发生的，由于软弱围岩质地松散、软弱，自稳能力极差，开挖后极易出现变形坍塌，致使洞壁临空，这时就需要重新调整围岩应力。开挖隧道时，若围岩与洞壁在净空方向处发生变形，且未能进行即刻的支护，或支护不到位，支护结构不稳固，不能抵挡其变形力时，就会破坏围岩支护结构，引起坍塌。软弱围岩通常需要钢筋网喷混凝土进行处理，以提高其粘附性及抗剪强度。隧道施工过程中若遇到弱围岩浅埋、偏压软弱围岩浅埋地段则通常难以在拱部正常形成拱形，软弱围岩偏压地段隧道支护结构承载的荷载存在较为明显的差异性，施工过程中极易导致初期支护纵向开裂、错台等现象发生，严重时甚至会引起塌方。支护结构尚未封闭前，应合理的对支护结构的下沉情况进行控制。总之，隧道施工中，软弱围岩变形特点主要为：变形量大、速度快、时间长、扰动范围大等。

3.2 控制围岩变形措施

在施工中一定要在地质资料详实的基础上科学分析并加上超前预报，才有可能避免事件发生。在软弱围岩中，支护结构和围岩共同构成了承载的支护体系，而控制围岩发生形变的关键就在于对支护体系的利用。在隧道施工过程中应重视前方封堵及后方加固，以对塌方区域进行合围，从而有效的避免塌方恶化，提高施工安全性。开挖创造条件，有利于控制先行和后期围岩、支护变形，隧道开挖后应及时进行初期支护，包括喷射混凝土、锚杆、钢拱架等，从而有效的对围岩变形情况进行控制。另外施工过程中还应尽量减少开挖的断面及跨度，以有效的对围岩及支护变形情况进行控制，避免塌方。另外，对于软弱围岩地段应保证掌子面有足够的稳定性，可通过对拱顶超前支护、稳定拱脚的锁脚锚管等进行维护的方式提高其稳定性。在对支护结构进行设计时应确保其可更好的进行支护结构封闭，且应有利于整体稳定的封闭环状结构形成，进而尽可能减小支护自身变形。此外，还可利用超前支护方式，这种支护方式主要利用超前小导管，在隧道施工中，支护前方围岩，加固周边地层，利用双层小导管加固松散地段，进而有效扩大加固圈范围。

4 公路隧道软弱围岩的施工方法

4.1 超前小导管灌注施工

由于公路隧道围岩结构不稳定，形变速度快，压力大、自稳周期短暂，在施工时或施工后容易造成坍塌等事故。根据隧道工程的实际情况，决定使用超前小导管等方式对围岩进行灌浆加固。本工程选用长度为3m、外径保持在42mm的导管进行支护，导管设置间距为0.4m，环形套管中共含有37支导管，每隔1.5m设置一环，纵向连接长度不得低于1m，外插角度保持在10～15°之内，导管末端直接焊接在钢筋架上。浆液使用水泥砂浆，水泥、石灰用量相同，外掺水玻璃，掺量为5%总重。注浆孔设置完成后方可开始压浆，浆液受压可迅速进入岩体，使其破碎结构充分黏结，以形成高强抗渗的整体结构[1]。

4.2 微台阶法

公路隧道开挖施工运用微台阶法，整个断面按3层进行开挖，上层台阶的长度为4～5m，高度为4.8m，如图1所示。每开挖两榀即进尺1.0m；在对下层台阶进行开挖时，先挖出右侧雏形，两榀为一级分级进尺，左侧稍落后，约三榀，进尺与右侧相同；仰拱开挖紧跟台阶进行。开挖时，应对爆破进尺进行准确控制，将上层台阶进尺情况作为基础指标；台阶开挖需同步推进；控制交错距离，确保拱架有一只拱脚触地，否则会引发掉拱事故。若隧道围岩破碎情况严重，应适当缩减进尺，每次只能开挖出0.5m。

4.3 初期支护

在初期支护阶段，采用的支护方式为锚喷支护方式，即将型号为I16的型钢钢架使用直径为22mm钢筋环相连接，其间距保持在50cm，钢筋之间的距离为1m。对于系统锚杆来说，采用的钢筋直径为22mm，长度为350cm，按照梅花的形式布置，其间距为80cm。钢筋网采用直径为8mm的钢筋组成，其间距为20cm×20cm，然后利用型号为C25的混凝土进行喷射，其厚度为24cm。另外，在隧道施工的过程中，如果发现局部围岩出现变形的情况，为了增强支护的效果，则需要将出现变形地段靠山体一侧的系统锚杆更换，变为系统导管，导管的长度为450cm，并注入水泥、水玻璃双浆液，为了提高注浆的质量，需要将注浆的压力控制在0.5～0.8MPa之间。

4.4 底部仰拱

早日成环是运用微台阶法的宗旨，及时对落底进行封闭成环是保证早期结构稳定可靠，避免沉降与收敛的捷径之一。仰拱初期支护应与开挖掌子面紧紧跟随，单次开挖长度不宜过大，完成开挖后的路段应立即设置钢拱架，同时喷上混凝土完成封闭，如果开挖后的路段未得到上述处理，则在长时间的暴露情况下容易出现失稳、沉降或收敛。针对不存在仰拱段的路段，仰拱应低于下层台阶约15～20m，这样主要是为出渣提供便利条件，满足车辆活动要求即可，不宜过长。仰拱施工以前，应彻底清除拱底杂物，同时进行排水设置，将隧道中的渗透水引排到仰拱段之外，随后方可进行浇筑施工。

4.5 衬砌

该隧道运用复合式防水衬砌。衬砌结构由C25防水混凝土浇筑而成，抗渗等级可达S8。防水设计将排水作为核心，充分结合防水与排水，遵循结构自身防水这一基本原则，强化混凝土结构自身的防水、抗渗性能，同时将伸缩缝与变形缝作为主要防范对象，通过加设防水层等方式予以辅助。一衬与二衬之间会存在一定的空隙，在此空隙中设置透水管，并在外墙侧铺设排水管。衬砌施工需要在隧道围岩保持稳定的条件下进行，衬砌混凝土的浇筑要点为：①各量测内容变化情况趋于稳定，围岩保持平稳；②已完成位移达到预期限度的90%左右；③衬砌周边位移速度不超过0.10～0.20mm/d，且拱部沉降速度低于0.07～0.15mm/d，及时进行封闭成环。

5 隧道监控量测

5.1 超前地质预报

隧道开挖前需进行超前地质预测预报，隧道施工过程中加强测量监控，以实时全面掌握围岩动态和支护工作状态，并依据检测结果及时调整隧道的掘进和支护方案，确保围岩稳定和施工安全。根据不同地质条件，超前地质预报工作按照上下对照、长短结合、定性与定量相结合的办法来确保预报的准确性。据各种探测方法的特点分长距离控制和短距离验证预报。长距离宏观控制预报：采用TSP202超前地质预测预报系统进行距离100～150m的预报。短距离预报：采用地质素描法，在隧道施工中全段进行，地质素描内容主要包括对开挖掌子面和洞身周边综合分析围岩的岩性、结构、构造和地下水情况，分析判断开挖面前方围岩的工程地质、水文地质状况，并据此提出工程措施建议和进一步预报的方案。

5.2 监控测量项目的设置

5.2.1 必测项目

拱顶沉降和周边收敛是隧道围岩力学形态变化最为直观的表现，具有测量结果直观、测试数据可靠、测量仪表长期稳定性好、抗外界干扰性强等优点，是隧道开挖过程中首选的监测项目。必测项目的测量间距一般为20～50m，但对于洞口段、浅埋地段，特别软弱地层段等危险条件应小于20m，间距为每5～50个量测断面。拱顶下沉测点和周边收敛测点应布置在同一断面上，测点布置如图1所示。地表下沉观测点可直观了解隧道开挖过程中上方地表的变位情况，并防止边坡及仰坡的坍塌。地表测点按断面进行埋设，如图2所示。

图1 洞内拱顶沉降及净空变形测点布置图

图2 地表测点埋设示意图

5.2.2 选测项目

该段施工选测项目有地表下沉、围岩内部位移、围岩压力、锚杆轴力及钢支撑内力及外力的监测。

6 结束语

在公路隧道的软弱围岩中，由于其有沉降量大、形变不规律、稳定性差等问题，使得基于软弱围岩展开的隧道施工难度极大，稍有不慎就会造成坍塌等事故。为此，在施工以前必须制定细致且切实可行的方案，开挖过程中需严格遵循“导管超前、规范注浆、缩短进尺、加强支护、及时封闭、多次量测”等基本原则，并在施工过程中运用与实际情况相适应的方法，充分发挥出预报系统与监测单元的主要作用，进而从根本上保证隧道施工安全。

[1]张雅鲲.大断面软弱围岩隧道穿越沈阎公路施工浅谈[J].山西建筑，2010，36（29）：325～326.

[2]史文杰.三车道断面公路隧道软弱围岩施工方法[J].山西建筑，2010，36（17）：288～289.

[3]于 洪.软弱围岩公路隧道开挖施工技术的研究与应用[J].低碳世界，2014（6）：267～269.

U452.1+2

A

1004-7344（2016）13-0136-02

2016-4-20