软弱围岩隧道工程施工安全技术

杨卫

软弱围岩隧道工程施工安全技术

杨卫

Ruan ruo wei yan sui dao gong cheng shi gong an quan ji shu

软弱围岩通常是指强度低、胶结程度差并且受风化作用影响显著的松散软弱地层条件。在隧道工程施工中，受到应力水平或是埋深条件的影响，软弱围岩施工地段会产生一定的施工变形。为了提高工程施工的安全性，工程施工行业积极推进一种新型的施工安全技术，但是受到软弱围岩隧道工程安全现状的制约，无法使得工程施工安全与工程正常施工发展相适应。探讨软弱围岩隧道工程施工安全技术，能够提升整个工程建设的施工质量。本文通过对软弱地质围岩隧道施工的基本特征及其安全风险进行分析，进一步提出加强工程施工安全管理的技术。

一、软弱围岩的特征及其潜在的危害分析

1.软弱围岩的基本特征分析

软弱围岩是与坚硬围岩相对应的一种围岩，一般将抗压强度低于30MPa的围岩称为软弱围岩。这种围岩主要是静水或者是水流比较缓慢的水中悬浮物不断沉积而形成的。由于沉积物中存在大量的淤泥，粘土和淤泥的内

部结构往往比较松散，并且沉积物之间存在大量的间隙，导致软弱围岩固结的速率比较慢，围岩的透水性也较差。之所以会成为软弱围岩，围岩透水性较差的原因主要有两个方面因素的影响，一方面是组成围岩的颗粒粒子直径比较小，颗粒之间的空隙有大量的水分存在，这使得围岩当中的一部分粘土与颗粒间隙内部的水分结合，形成紧密的围岩结构，外部的水分不能够渗透到围岩的内部，这种形式下的围岩能够避免外界环境对其本身所产生的影响，能够达到一种相对平衡的稳定状态。另一方面，围岩当中的水分基本上都是结合水，很大一部分水分子都是与围岩的颗粒结合在一起，其内部的自由水比较少。在受到外界作用的影响下，围岩内部的水分不能发生移动，无法快速排出，影响到土壤的凝固速度，自然也对岩体的硬度造成影响，使其不能够达到应有的围岩硬度标准要求。

2.软弱围岩所带来的危害分析

在隧道工程施工过程中，由于软弱围岩的透水性较差，并且岩体的固结速率比较缓慢，这种特点会对施工工程中路面的稳定性以及承载能力产生影响。当路面上受到较大的外力影响时，对路面的质量会产生较大的影响，从而影响到施工的安全。不仅如此，软弱围岩带来的危害还体现在路基沉降以及路堤滑坡方面。软弱围岩隧道施工中会出现支护变形的风险，这种风险往往出现在土质隧道地段、浅埋地段以及断层破碎带地段等，浅埋地段进行隧道施工时拱部成拱的可能性较小，如果不采取适当的措施加以巩固，就会导致局部出现塌方的现象；土质隧道施工地段主要有各种积土层以及地层，与一般的岩质隧道相比较，土质隧道塌落的拱高度一般比较大，支护结构所要承受的荷载自然也很大，如果初期支护强度不足，会导致土质隧道施工地段出现局部塌方的风险。断层破碎带地段的施工是风险性较大的施工地段，由于该地段自身的稳定性较差，并且有大量的地下水，往往容易出现塌方事故以及突水风险。

二、软弱围岩隧道工程施工安全技术分析

1.围岩变形控制技术分析

在软弱围岩施工中，掌子面变形比较严重时就会导致其本身的稳定性尽失，从而导致隧道掌子面坍塌事故。这种施工事故在整个隧道工程施工中所占的比例较大，最终导致施工人员以及施工机械设备损失，引起工程施工部门的高度重视。常见的掌子面变形、坍塌控制安全技术有以下几种，有超前支护技术、掌子面锚杆技术、掌子面预留核心土技术以及掌子面喷混凝土封闭技术。其中超前支护技术实际上就是“先支后挖”技术，这种技术是通过掌子面隧道开挖轮廓线之外一定范围内进行水平预加固的支护结构。通常情况下，常见的超前支护种类有三种，分别是超前锚杆、超前大管棚以及小导管注浆；超前管棚支护技术的实施主要是为了保证管棚与钢架之间的联合支护，可以将管棚外露的部分焊接在钢架上，然后再按照施工设计的要求进行压浆，这样一来，可以对围岩起到加固作用。紧接着是掌子面锚杆技术，设置掌子面锚杆的目的主要是控制围岩开挖后掌子面可能出现的位移，从而为大断面开挖创造条件，对围岩支护变形有很好的控制作用。在施工安全控制中，掌子面的锚杆长度一般会在10~20米之间，并且锚杆的使用材料应该是玻璃纤维材料。为了维持掌子面的稳定性，现场施工中往往会采用掌子面喷混凝土封闭技术，这种施工技术在施工安全控制中的使用比较多。最后采用掌子面预留核心土技术，这种技术在隧道工程施工中应用最为简单，具有较强的安全稳定性作用。

2.隧道开挖坍塌控制技术

完成隧道上台阶的开挖支护之后，在支护基础悬空的情况下，失去支撑力就容易导致支护稳定性较差，可以采用落底开挖技术。落底开挖技术是在开挖之前给上断面支护结构提供一个临时基础，能够控制支护拱脚的下沉。常见的落底开挖控制技术有三种形式，首先是临时仰拱安全技术，这种技术主要应用于台阶法开挖的软岩大断面隧道中使用，通过这种技术能够让台阶形成一种封闭的状态，能够有效的控制上断面的支护沉降，从而保证下部台阶开挖的安全性。其次是锁脚锚管安全技术，当锁脚锚管作为承载结构时，能够传递上部初期支护的压力，结构设置应该尽量沿着拱脚切线的方向进行设置。如果施工不到位，会导致锚管控制的效果降低。还有一种技术是扩大拱脚安全技术，扩大拱脚的主要方法就是通过展宽基础减小地基的压力，这种技术是控制支护沉降实现的一种手段，其关键作用的发挥主要在于拱脚基础有足够的宽度，在施工过程中，拱脚宽度不足时，沉降的面积就会增大，这样一来难以达到实际设计的要求。

3.灌浆技术对围岩结构的处理

在隧道施工之前需要对围岩的结构进行加固处理，可以采用高压灌浆技术，对隧道施工范围内的围岩结构进行处理，改变围岩结构的松软性，将砂浆填充到软弱围岩内部的空隙当中，这样就能够增强软弱围岩的强度和硬度，大大提高围岩周围结构的稳定性。完成灌浆之后，虽然围岩结构有足够的承载能力，但是施工人员进行开挖时也要注意挖掘的方法，可以采用多次开挖的方式进行隧道挖掘，这种方式能够减少对围岩的震动，减少因为震动而引起的围岩坍塌事故，从而增强工程施工的安全系数。

三、结语

隧道工程施工是工程建设的重要部分，该部分施工难度较大，施工过程比较复杂，尤其是遇到软弱围岩阶段，会对整个工程施工的安全性造成严重的威胁。为此，需要加强软弱围岩的结构硬度，采取适当的方法减少围岩坍塌的事故，提高工程施工的质量。因此，软弱围岩隧道工程施工中应该按照超前支护、多次开挖和灌浆施工的方式提高工程的施工质量，进一步保障工程的施工安全。此外，还应该加强施工人员的安全意识培养，提高施工人员的施工技术，为隧道工程施工安全提供更好的保障。

（作者单位：中铁十二局集团有限公司）