软弱围岩隧道工程施工技术的研究

李 庆

（中铁二十二局集团第一工程有限公司， 325113）

0 引言

在高铁隧道挖掘过程中，经常会遇到软弱围岩的路段，对整个工程施工带来一定的危险，一定程度上阻碍工程的正常施工。为了能够更好地保障软弱围岩施工的正常进行，需要采取一定的施工技术对其进行支护，以保证隧道施工安全。本文重点对软弱围岩隧道的挖掘、爆破、支护等技术步骤及技术要点进行分析。

1 软弱围岩隧道挖掘技术

1.1 台阶挖掘法

台阶挖掘法指的是需要将整个结构断面进行一定的区分，通过分开的形式来进行分别挖掘，这样才能够更好地保证施工质量。这种方法是隧道施工过程中最主要的施工手段。此种方法适用于各种地理环境，特别是对不良地质条件的情况能够给进行稳定实施。而且这种方法的使用十分灵活，能够进行稳定的掘进工作，还能够进行一定的施工配合。在上部进行挖掘和支护工作之后，下部分的挖掘工作是比较安全的，这样就能够保证整个隧道施工作业处于安全的环境之中。而且这种挖掘设备的投资资金较少。施工过程中，首先应该进行一定的弱爆破工作，这样能够更好地进行台阶周围的支护工作。进行支护操作时首先应该进行混凝土的浇筑，然后再进行一定的挂网操作，同时需要进行拱架的搭设，并且通过一定的锚管设置，重新进行混凝土的浇筑，这样就能够保证支护质量的提升，满足安全施工的要求。当支护完成后，需要进行下一步的弱爆破工作，继续向前进行隧道的挖掘并支护，从而更好地进行隧道掘进施工[1]。

1.2 台阶法与临时仰拱法结合施工

在隧道挖掘过程中，使用台阶挖掘法结合临时仰拱技术,能够更好地将所有的小单元进行封闭成环，能够让其受力方向成为一个环状，这样可以较好地进行支护工作，有效防止出现结构变形问题发生。当前循环超前支护工作完成之后，需要进行一定的弱爆开挖工作，并且进行简单的前期支护，施工方法同上。需要对边墙进行一定的混凝土浇筑，并且进行厚度的检查，要求符合设计标准。当混凝土厚度达到要求后，等待其凝固，这样能够更好地向前施工。

2 爆破技术方案控制要点

2.1 爆破方式

爆破工作是整个隧道施工中非常重要的一个环节，也是施工质量的决定性因素之一。因此，需要进行一定的爆破设计工作，这样才能够在最大程度上提高施工质量，降低施工危险。在施工的过程中，需要通过一定的凿岩台车和钻孔台架进行配合，从而能够对围岩进行钻孔工作。需要运用导爆管进行起爆工作，通过一定的控制来按照一定的顺序进行爆破。在进行爆破的参数设计中，应该根据围岩的地质情况和爆破材料等相关内容进行研究，这样才能够确定爆破参数[2]。

2.2 炮眼布设

为了能够提高隧道爆破质量，需要进行一定的炮眼设计。可以利用斜眼来进行整个炮眼的掏槽工作，能够顺着隧道的掘进面进行一定的布设工作。在进行炮眼设置的过程中，应该符合周边眼抵抗线的要求。还需要进行辅助炮眼的设置，需要将其设置在内圈眼和掏槽眼之间，这样就能够更好地满足爆破的需求。

2.3 爆破控制

在进行爆破工作中，应该针对其爆破质量问题来进行一定的技术控制。在进行钻孔工作之前，需要进行一定的测量防线工作，这样能够更好地去对等高线以及相关的炮孔进行位置测量。为了能够保证测量准确，需要利用激光铅直仪进行测量，保证其位置符合设计要求。需要在防线的过程中进行水准点的设置，要求每隔100m进行一次的水准点放置。当距离掘进面50m的位置时，需要进行中线桩的埋设工作，并进行爆破参数的设置，保证爆破效果。在钻孔作业前，需要仔细研究炮孔设置图，对所有的工作人员、机械设备的位置等内容进行确定，还需要进行钻杆的精确定位，保证钻杆与孔位的误差不大于5cm，同时保证钻孔的方向是平行的，不能够出现交叉的情况，这样才能够保证安全施工。周边眼开凿应保证其深度不大于3m，其外插角度不大于3°。而眼深度在3～5cm之间时，需要保证其外插角度小于2°，这样才能够保证爆破质量。在进行含水地段爆破中，应该使用乳化炸药，而对于其它情况的地段应该用2号岩石硝铵炸药进行爆破,同时控制炸药的用量，从而保证爆破效果及爆破安全。

3 隧道支护技术控制要点

3.1 掌子面前方变形控制

在进行软弱围岩隧道施工过程中，极容易出现围岩变形的情况，影响整个施工安全。当隧道开凿之后，围岩自身稳定时间非常短，无法保证初步的支护时间。因此，需要通过对变形的控制来进行支护。那么就需要进行超前支护工作，减轻其在挖掘后所释放的荷载，从而保证围岩不会发生变形。在进行掌子面前方变形控制主要通过以下技术实施：

3.1.1 小导管支护技术

小导管支护技术是高铁隧道施工过程中经常用到的技术，能够更好地防止出现坍塌的问题。此种技术需要使用钢筋、钢管、注浆管等多种设备进行施工。小导管支护工作主要是在掌子面前方的拱部位置，进行锚杆和钢管的打入，一般其长度大概在6m左右，而且需要进行斜方向打入，一般是在斜向60°左右。每次进行打入的位置和深度都要根据实际情况进行一定的调整，还可以运用砂浆来进行锚固调整工作。

3.1.2 插板技术

此种技术也是隧道软弱围岩支护的一种方法，可以利用插板法来进行一定的支护工作，通过对插板的搭接工作能够更好地防止出现砂砾泄露的问题。一般都是采用钢插板，其宽度应该在15m～25cm之间，长度在1.2m～1.6m之间，保证具有30cm的间隔进行打入，这样能够保证支护的稳定性。钢插板超前支护如图1所示：

例如榆阳区目前广泛用于水土保持的沙棘，其根、茎、叶、花、果，特别是沙棘果实含有丰富的营养物质和生物活性物质，可以广泛应用于食品、医药、轻工、航天、农牧鱼业等国民经济的许多领域。榆阳现有沙棘资源40万亩，利用沙棘为原料进行深精加工能提取沙棘油和药用沙棘黄酮，其产业链延伸的经济价值能提高数十倍甚至近百倍。

图1 钢插板超前支护

3.1.3 预衬砌技术

此种技术也是超前支护方法的一种，主要是运用具有20cm厚度的混凝土壳来进行掌子面的稳定工作，这样能够在一定程度上控制地表下沉。

3.1.4 长钢管支护技术

在采用长钢管支护时，应该根据具体的围岩状况进行设置，一般应保证其长度为10m～20m之间，进行环向间隔打设。一般的间隔长度为450mm，当然也有间隔为600mm的实例。因为长钢管具有比较强的刚度，能够在软弱围岩中起到一定的支护作用，具有比较好的固定效果。而这种钢管的厚度一般应保证在80mm～140mm之间，打设的角度应控制在4°～10°之间。为了保证支护质量，需对长钢管进行一定的搭设，要求重叠部分不小于3.5m，从而保证支护稳定[3]。

3.1.5 管幕技术

此种方法主要是在进行高铁隧道正式挖掘之前通过钻机来进行长钢管的打磨工作，并且对钢管进行砂浆的填充，能够更好地保证拱顶的稳定，有效防止出现地面下沉的问题，保证安全施工。此种技术采用的钢管直径需要大于150mm，施工长度达到30m以上，一般在隧道的拱部120°的位置进行施工作业，要求其间距为30cm～50cm，有效防止拱顶坍塌。

3.1.6 水平旋喷注浆技术

水平旋喷注浆技术主要是通过专业的机械设备来进行钻孔工作，并且通过回转钻杆的快速旋转来进行水泥的高压喷射工作，对围岩进行切割。此种方法能够更好地进行拱顶的超前支护作业。

3.2 掌子面挤出变形控制

在进行铁路隧道施工过程中，为了能够更好地保证掌子面的稳定性，可以对掌子面的形状进行一定的优化，利用倾斜角度的掌子面来进行隧道支护，能够更好地提高围岩的稳定性。还可以运用球形掌子面，能够更好地完成隧道的承载工作，可以保证掌子面的稳定。

3.2.2 留核心土技术

为了能够更好地保证隧道挖掘施工的稳定性，在进行开挖时应该将掌子面中间的部分留下，通过核心土的残留来保证掌子面的稳定。可以通过液压铲进行一定的分割挖掘，开挖之后需要立刻进行混凝土的浇筑。可以利用弧形开挖技术，通过留核心土能够更好地控制掌子面挤出位移，有效保证施工安全[4]。

3.2.3 掌子面喷射混凝土技术

为了能够更好地对掌子面进行稳定，通过对掌子面进行混凝土的喷射操作，要求喷射混凝土的厚度保持在5cm～10cm之间。对于软弱围岩部分，应该采用留核心土和掌子面锚杆技术进行联合使用，在进行开挖工作之后应该立刻进行混凝土的喷射工作，防止出现围岩土的变形，保证施工安全。

3.2.4 掌子面锚杆技术

为了避免出现隧道坍塌的问题，可以采用掌子面锚杆技术。要求锚杆的长度保证在2m～6m之间，同时需要进行一定的锚杆搭接工作，要求搭接的部分是锚杆长度的一半，这样能够在最大程度上提高支护质量。

3.3 掌子面后方变形控制

为了更好地进行掌子面后方变形的控制，需要优化台阶开挖高度，可以通过计算机软件来进行模型分析，确定台阶开挖高度。为了提高初期的支护承载能力，在进行混凝土喷射时，可以将喷射混凝土的作用力分散到围岩之中，这样能够更好地保证围岩整体的平衡，防止出现局部掉落问题。同时对围岩中出现的凹面进行一定的填充，防止应力集中而造成围岩坍塌。另外可以通过优化锚杆形状提高自身的强度，从而提高其附着性，提升支护能力；还可以采用高规格的钢进行支撑工作，因为其具有比较高的承载能力，能够更好地促进掌子面的稳定；还可以进行多重支护的结合使用，第一次支护可以用高规格的钢进行支撑，进行25cm厚度混凝土的喷射；第二次支付需要进行钢支撑和15cm厚度的混凝土喷射，这样能够提高支护效果。

4 结束语

综上所述，为了能够更好地促进高铁隧道工程软弱围岩的安全施工，本文对铁路隧道工程软弱围岩隧道的挖掘、爆破、支护等施工技术进行总结分析,施工人员在作业过程中,要根据实际施工情况，选择合适的施工技术，并保证施工操作满足技术规范要求，可以有效保证施工安全，实现整体工程质量的提升。