公路隧道软岩大变形施工处理技术

2021-04-01于福康

工程建设与设计 2021年8期

关键词：泥浆岩石围岩

于福康

（中铁十四局集团第一工程发展有限公司，山东日照276800）

1 引言

对于公路隧道建设，不同的地质结构直接决定了隧道建设的质量和效率。如果隧道建设区域的岩石结构属于软岩，由于其受到的风化程度不同，结构厚度的变化也较大，隧道挖掘程度较深，加上施工区域高地产生的巨大应力，极易产生结构性变问题。

2 公路隧道设计方案

2.1 平面结构设计

在隧道建设过程中，其平面结构方案设计需尽可能地使用直线结构，如果必须增加曲线结构，需要采用大数据半径的结构曲线。与此同时，在方案设计时，需充分考虑洞门的实际位置、结构引导线、结构辅助引导坑、通风井以及其他辅助设备等。除此之外，隧道结构井应保证其交叉性，或在隧道建设时一旦需要接触其他类型的建筑物，应提前保留一定的安全距离。如果在公路隧道存在纵坡，通常需要综合考虑隧道使用的实际需求、建筑施工环境以及排水等方面，并选择较为平缓的坡度数据。

2.2 隧道净空设计

隧道净空设计主要是指隧道内部轮廓线所包围的内部空间。所以一般在实际方案设计时，主要针对的是隧道的结构宽度和整体结构高度。公路隧道的宽度通常需要根据日常公路车流量进行综合评定。在此基础上，还需要充分考虑隧道建设的整体长度、地质结构基础条件、围岩基础压力、施工复杂程度、隧道通风模式等方面[1]。

公路隧道在日常运转过程中，一般需要按照机动车、自行车以及人行通道进行详细划分，因此，需要根据城市规划方案的实际要求进行智能化处理。比如，在城市内部结构或者城市周边的隧道公路中，应设立专门的人行通道，有效地将行人和车辆进行区分，而在山区或人烟稀少的自然区域中，可不设立专门的人行通道。除此之外，公路隧道的净空高度也需按照车辆运输的最高高度进行确定，并且在隧道建设过程中，其建设形态应根据围岩压力的实际要求选择马蹄形态、直墙拱形态、圆形态、矩形态等，只有根据城市道路发展以及车辆流通实际要求进行详细规划，才能从根本上保证道路结构的稳定性。

3 公路隧道软岩变形原因

3.1 地质因素

在隧道建设过程中，由于其结构存在的特殊性，一旦开挖后便会破坏施工地区的水道以及地质结构，如果在初期开挖时已经出现少量水资源渗漏问题，那么在后期爆破时，其产生的震动会严重影响围岩结构的稳定能力，同时受到自然环境和岩石结构断层的综合影响，隧道建设区域会转变为褶皱结构，进而受到强大的风力而风化，最终形成粉质泥土岩石，由于此种岩石在施工期间极易破碎，并且整体性较差，加上此种岩石结构大多包含夹层，因此，一旦开挖，岩石结构的承载能力会降低[2]。

3.2 支护强度不足

在隧道工程的地质结构中，如果其主要岩层具有强风化粉砂质泥岩特点，那么在实际建设时，其结构会出现薄层结构构造，并且拱顶位置会出现大量的夹层结构，同时在隧道结构的掌子面拱顶位置左侧会出现大量水资源，进一步促进了地下水的结构发育。除此之外，如果隧道施工过程中不能根据围岩实际情况及时调节支护数据和应用参数，并且以此作为基础不断加强拱架结构刚度，仍然使用初始的工字钢架，那么其整体支护结构强度会有所降低，并且自我稳定能力降低，最终无法保证隧道侧面结构的稳定性。

3.3 地下水因素

在隧道建设工程中，针对掌子面地下水进行挖掘时，其水资源主要由孔隙水和裂隙水共同组成，并且在隧道拱顶的右侧位置会产生股状水流。如果隧道内部结构的掌子面左侧周边围岩整体含水总量相对较大，隧道围岩的地质会转化为强风化粉砂质泥岩，此种岩石结构分布十分杂乱，并且大多数岩石为薄层状，稳定性低。如果长期在水分中浸泡，在4～6 h后结构会开始软化，导致自身结构稳定能力下降，致使围岩结构产生结构性变，最终构成隧道左侧的巨大压力，如果其压力超过稳定工字钢自身的强度，那么在集中点会产生集中形态应力，最终造成隧道拱架形变[3]。

4 公路隧道软岩变形应对策略

根据我国公路隧道工程施工的基础原理进行综合分析，隧道结构需充分依靠周边岩石结构体以及自然环境的稳定能力，最终形成相对封闭的力量承受结构。针对此种隧道工程建设现状，需要技术人员选择适合的施工技术，如区域分部开挖技术、基础支护技术、及时成环技术、加长锚杆技术、加固塑性技术等。

4.1 注浆固结

在隧道工程建设过程中，注浆固结技术主要依靠泥浆灌注管道，向隧道周遭破碎的岩石结构体中灌注混凝土水泥等物质，保证混凝土水泥与周边破碎岩石结构体可以有效结合，形成一个完整的稳固体，最终提升隧道周围岩石结构的稳定性和安全性，降低地下水对其安全系数的不良影响。

4.2 注浆超前支护

在隧道混凝土水泥物质进行灌注之前，施工人员还需要利用超前支护技术灌注泥浆，使用管棚提高岩石结构体的稳定性，以此提升隧道岩体的整体刚性，此技术不仅可以有效提高岩石的力学综合性能，一定程度上还可以保证隧道岩石自身的可塑性，最大限度地确保隧道工程顺利开展[4]。所以，为保证其结构的总体性能，施工人员应采用钢架结构、锚杆结构、混凝土结构等方，对岩石结构体进行修补和强化。

4.3 保证支护强度

要保证隧道内部结构的支护强度，应使用更加高强度的工字钢架进行基础结构支撑，并且强化锚杆技术以及小导管技术。

4.4 加强二次衬砌

完成隧道前期工程施工后，应根据建筑流程的整体规划进行二次衬砌结构强化。通常二次衬砌会利用增加衬砌厚度、提高衬砌混凝土规格标号等方式不断强化隧道钢筋混凝土结构[5]。

1）在隧道内部结构建设过程中，其结构左侧拱脚位置应增加长度约为4 m的注浆小型号导管，并保持1 m间距，然后对隧道拱架的岩石结构体进行灌注和稳定，其水泥混凝土的整体比例应保持在1∶1，小型引导管注浆时，其压力应保持在0.5～1 MPa，从根本上优化隧道围岩的整体性能，强化岩石结构体结构强度和围岩的自我稳定能力，从而保证隧道形变程度。而针对隧道内部已经形变的区域和结构段，施工人员应将结构应力进行集中处理，有效实现公路隧道内部的临时仰拱支撑达到预期效果。在实际隧道工程建设过程中，临时支护结构的各个间距应保持在约1 m，并且针对原本存在的拱架结构，使用型号为Ⅰ18的工字钢材质，并选择合适的安放位置，以斜面作为基础支撑，其支撑范围应保证在形变位置的前后约5 m，保证隧道形变区域的拱架相互连接形成闭环状态，充分分散隧道岩石结构体的综合应力。

2）在隧道形变区域以及修护路段，需要在其形变初期进行支护钻孔操作，并不断寻找相关水源集中区域进行放水减压，尽可能地降低水压对隧道围岩大面积挤压。施工人员需使用风枪设备在隧道位置进行钻孔操作。一旦发现隧道岩石有水渗透，需要在间隔为50 cm的位置进行钻孔，孔洞整体深度应保证在约3 m；若孔洞钻取后仍无法正常出水，则需要在间距为50 cm的位置上继续钻孔，直至孔洞内部有水分渗出，此时施工人员应及时观察孔洞是否形成漫流状态，如果已经形成漫流，则需要进行间隔钻孔，并针对结构面的实际状态，提前灌注混凝土泥浆。

隧道注浆时，需要使用深浅孔组合技术，加上后退模式进行区域的分段泥浆灌注，其中外层泥浆灌注整体长度约为20 m，内层泥浆灌注长度约为30 m，并且泥浆灌注整体间距需要以约1 m的梅花形进行全面布置，其外部横向角度一般保持在5°～25°，其泥浆灌注材料采用水泥泥浆，整体泥浆灌注压力需保持在1.5～2.5 MPa，才能有效实现隧道工程顺利开展。除此之外，泥浆灌注需要遵照从外部到内部，从上部到下部的灌注顺序进行。

泥浆灌注后期，需要针对隧道围岩的实际状态进行稳定施工，对于后期需要进行技术施工的围岩，应按照不低于4级形变支护的要求进行支护，保证工程正常开展。在结构系统中，所使用的工字钢型号应为I18，其设置间距应约为70 cm，所搭配锚杆长度应保证在6 m以上，施工间距应为100 cm，为了从根本上保证隧道施工的安全性，在二衬施工时，需要使用厚度至少为45 cm的钢筋混凝土结构，并且在实际工程施工过程中，需要采用分区域开挖技术，并在建设完毕后及时封闭，以保证工程的整体性。