隧道软弱围岩变形机制与控制技术的分析

一直以来，软岩地区隧道施工都是工程施工中的重难点，对施工人员有着较高的技术要求，一旦处理不当很容易造成严重的安全事故。随着人们对隧道软弱围岩变形机制与控制技术的关注程度不断提升，本文针对茶园隧道施工案例分析隧道软弱围岩变形机制与控制技术，以期对软弱围岩的施工设计起到指导作用。

工程简介

茶园隧道位于广西凌云县泗城镇，进口位于洋妹村，出口位于茶园屯，隧道左线长925m（KB112+515～KB113+440），右线长905m(KA112+510～KA113+415），工程量总计1830m。隧道净空（宽X高）10.25X5.00米，纵坡为-2.5%，洞门形式进出口洞门都为削竹式洞门。洞内有2处人行横洞。

隧道软弱围岩变形机制

围岩变形即隧道周边岩体发生的变形现象，因为岩体自身具有物质组分复杂、结构不连续、物质分布不均匀、物质构成不稳定、赋存环境复杂等特点，所以围岩变形也具有机制多样化、复杂化特点。现阶段，常规将隧道围岩变形机制分为材料变形和结构变形两大类，前者包括弹性变形、塑性变形、粘性变形三个子类别；后者包括结构面张开或闭合变形、滑动变形、块状围岩滚动边形、层状围岩的弯曲变形、软弱夹层的挤出变形、土砂围岩的挤密或松弛变形等。

控制技术

施工遵循的原则

在实际施工过程中，对于围岩变形的控制实际上是对围岩松弛的控制，只要确保围岩整体结构的稳定、不松弛就能够有效地避免围岩变形，通过开挖以及支护能够有效地确保围岩结构的稳定，避免围岩变形。首先，要进行地质勘察，充分了解地质结构；其次，根据探测的结果做好超前支护，并且对掌子面前方部位的围岩进行进一步加固，提高围岩的结构强度；再次，施工人员需要结合项目的施工设计选择合适的开挖工艺进行项目开挖。在工程初期，开挖施工中要做好初期支护，并且支护要与仰拱形成一个封闭的环形，确保结构的稳定；然后要对围堰进行全面的数据测量，充分的数据分析；最后，在施工过程中，要适时做好二衬。施工时，施工人员一定要采取综合式治理方案。一方面，要重视对围岩的加固防护，另一方面，要给围岩预留足够的变形，在施工过程中一定要先柔后刚、刚柔并举，最大程度上确保围岩施工的质量。

变形处理措施

在围岩施工过程中，对于围堰变形的处理措施主要有以下几种：

在正式的开挖施工之前，对于围堰的变形主要以预防措施为主，这一阶段常用的处理措施有超前加固、超前支护等，都是通过超前处理来降低围堰变形的概率。

在开挖施工过程中，对于围堰的变形处理方法较多，常用的处理措施有：开挖过程中进行小断面开挖，降低变形的概率；进一步加大预留的变形量，确保围岩不会因为变形而影响整体结构的稳定；在施工过程中，搭设临时支护以及仰拱，进一步提高隧道结构的稳定。

在实际施工中，不同阶段可以采用不同的处理措施，通过对这些措施进行科学搭配，能够起到更好的施工效果，进而有效地确保施工安全。

变形地段施工控制要点

超前支护施工质量的控制

在围岩施工过程中，为了进一步提高围岩结构的稳定性，施工人员需要做好充分的超前支护施工。在超前支护施工过程中，考虑到围岩变形与掌子面变形之间的联系，在施工时需要控制好小导管的外插角。通常情况下控制其角度为5～10°，一些大变形的软弱围岩在进行超前支护时，超前小导管的长度控制在4m左右，并且在施工的过程中每两到三榀拱架施作一次，控制其搭设的长度在1.6m～2.4m之间。确保所有的超前支护都严格按照工程设计的要求进行施工以后，进行注浆。在注浆过程中，要控制好注浆的压力，确保其能够对周边的围岩形成有效的加固作用以及堵水作用，进一步提高围岩的整体自承能力。

选择科学的开挖工艺

在具体的开挖施工之前，需要科学地选择开挖工艺。如果开挖工艺选择不当，会直接影响到开挖施工的质量，在本项目施工中采用三台阶临时仰拱施工方法。

开挖进尺的控制

在施工过程中一定要控制好开挖的进尺，一旦开挖时临空面过大，很容易在开挖的过程中发生坍塌，造成严重的施工事故。对此，在实际实验后发现，掌子面每次的循环进尺深度控制在一榀钢架长度，因为采用三台阶临时仰拱施工方法，同时还要控制好中下台阶的落地差在2榀钢架长度以内，仰拱开挖长度最大不能超过3m，以确保开挖过程中的施工质量，避免在初步支护的过程中出现围岩变形。

图1 三台阶临时仰拱法工序断面图

做好隧道钻爆设计

在进行隧道钻爆破的设计时，首先要减少隧道扰动，并且要控制好超欠挖，在施工过程中一定要避免应力的过度集中。综合以上几点考虑后决定在软岩隧道开挖掘进过程中采用微震光面爆破技术。

确定施工步距

对于施工步距的控制是否到位将直接影响工程整体的施工安全。如果施工步距过短，会导致不同工序在施工过程中出现互相干扰，影响项目的整体施工进度；如果施工步距过长，围岩收敛的发展速度比较快，变形的时间也会比较长，不利于工程施工的安全。因此，要在确保施工进度的基础上，确保项目施工的安全。在实际施工试验后，发现控制仰拱与掌子面的距离在15m以内，并且确保二衬与掌子面的距离在50m以内是最佳的施工步距。

控制型钢钢架质量

在进行型钢钢筋施工时，要严格按照工程施工设计来进行钢架的搭建以及安装，并且要做好充分的防护措施，确保钢筋质量符合施工要求。

拱部组合注浆锚杆施工质量控制

考虑到上断面开挖形成的临空面存在坍塌的可能性。因此，在实际施工中，施工人员必须要加强对中空锚杆施工质量的控制。首先，要确保锚杆长度严格的按照施工设计的长度进行施工；其次，要严格的按照工程施工工艺的要求进行施工；最后，要确保注浆时的压力得到科学的控制。

喷射混凝土质量控制

通常情况下，在进行隧道喷射混凝土施工时，根据项目实际情况的不同，选择干拌法或湿拌法进行施工。该项目的施工过程中采用湿拌法进行喷射施工。在喷射过程中要控制喷射方向，从上往下，呈“S”形，并确保喷射厚度一致。如果在喷射过程中发现脱落的石块要及时清理，否则会影响混凝土喷射的施工质量，在喷射施工时尽量一次性喷射到位，避免后期返工。

加强项目监控

在施工过程中，要安排专业人员对整个施工过程进行质量管控，对隧道施工过程中的每一个环节、每一个技术点进行控制，全面了解工程施工进度及施工状况，结合实际情况对施工做出科学指导，最大程度上确保隧道的施工质量。

图2 喷射混凝土

通过上述分析可以发现，现阶段隧道软弱围岩施工已经成为制约我国隧道工程发展的重要因素，要降低隧道软弱围岩施工风险，应该从设计源头对其进行优化。因为隧道软弱围岩变形机制和控制技术是优化设计的主要依据和保证，所以加强隧道软弱围岩岩变形机制与控制技术的深入研究十分必要。