不良围岩条件下隧道开挖支护方案分析

许志刚

摘要：在隧道施工过程中，遇到不良围岩条件会导致隧道开挖支护工作的难度上升。如果没有对隧道开挖支护方案进行科学设计，在施工过程中采用的方法不合理，可能会导致隧道施工难度上升，对工程进度和隧道施工质量产生影响。因此，需要重视不良围岩条件下隧道开挖支护方案设计和研究工作。以具体的工程项目为背景，深入分析在隧道开挖支护过程中不良围岩的具体特点和施工难点，对隧道开挖支护方案的应用要点全面分析，并加强在隧道开挖支护施工过程中的安全管理工作，以在保证隧道开挖支护效果的同时，提高隧道开挖支护的安全水平和施工质量。

关键词：不良围岩；隧道开挖；支护

0   引言

加强围岩条件分析和不良围岩处理工作，提高隧道开挖支护方案的合理性，有利于保证隧道开挖支护过程中的安全水平和稳定性。目前，在隧道开挖施工过程中，洞口段边坡的变形破坏与边坡环境破坏，受隧道开挖支护方案的影响相对较大，如果施工区域的围岩状态比较差，需要利用科学合理的隧道开挖支护方案，保证开挖工作的稳定性和安全性。在对围岩条件进行分析时，需要准确掌握围岩变形破坏机制，利用地质与监测反馈分析方法明确不良围岩的具体特点和地质条件，以此为基础构建完善的开挖支护施工体系。

1   工程概况

某高速公路穿越戴家山隧道，该隧道为双线隧道，其中左线隧道长度为3739m，而右线隧道长度为3738m，隧道围岩设计为Ⅴ级。该工程项目施工过程中，需要重视隧道开挖支护方案设计工作。本隧道设计为分离式双洞特长隧道，全隧设计围岩等级均为V级。右线起止里程为YK115+142～YK118+880，长3738m，左线起止里程为ZK115+134～ZK118+873，长3739m。洞门形式为端墙式，全隧设置紧急停车带共8处，车行横洞4处，人行横洞10处，洞内变电所2处。全隧最大埋深255m。

2   不良围岩特点与施工难点

2.1   不良围岩特点

该隧道隧址区洞身范围内地表水不发育，地下水主要由风化裂隙及构造节理、裂隙控制，差异性较大。地下水的连通性相对较差，主要受大气降水入渗补给影响。在隧道区域内水性特点为弱富水-贫水区，围岩比较干燥，局部相对潮湿，会出现低渗水。

隧道洞口地层岩性主要为第四系黄土上更新统冲击，黄土坡面为梯形旱地，整体具有一定稳定性，有一定湿润度，自稳能力比较差。在隧道开挖施工过程中，拱顶以及侧壁很容易出现变形坍塌问题。隧道洞身段的围岩设计以砂质泥岩与沙砾岩为主，半成岩状，泥质胶结差，岩体较完整，抗风化能力差，遇水易开裂崩解，属极软岩，开挖后洞壁易发生坍塌、变形，围岩稳定性差。

对本次工程项目的围岩条件进行综合分析，认为其主要为黄土围岩，自稳能力比较差，承载力不高，很容易受开挖影响出现扰动。因此，在本次隧道开挖支护施工过程中，需要重视为围岩的变形控制工作，在最大程度上保证围岩的稳定性，防止在开挖后围岩结构出现坍塌、变形等突发事故，影响隧道开挖支护施工质量和效率[1]。

2.2   不良围岩施工难点

在本次施工过程中交通不便，并且隧道围岩条件相对较差，在施工时，施工材料运输极为不方便，隧道开挖形式具有一定局限性，在一定程度上导致开挖和支护施工效率相对较差。并且施工区域的地质条件具有不稳定性，导致隧道开挖存在一定安全风险，在开挖支护施工时，很容易出现坍塌、变形问题。因此，支护作业必须要做到随开挖流水作业，循环时间比较长[2]。

3   隧道開挖支护方案要点

3.1   隧道坍塌处理

经过围岩条件分析认为，在本区域施工时地段裂隙发育，处于弱富水、贫水状态，围岩稳定性相对较差，很容易出现坍塌、变形等问题。因此，需要重视隧道坍塌、变形控制管理工作。可以利用超前地质预报提前进行施工组织预案，利用科学合理的施工技术，保证隧道开挖施工过程中的安全性。

在隧道坍塌变形控制过程中需要注意，在不良围岩条件下，隧道出现坍塌的概率都相对较高，尤其是本次施工时的围岩基本稳定性和承载力都相对较弱。针对于此，需要重视该施工段的探测预报工作，提前做好超前支护并制定科学合理的应对措施，一旦发现监测数据异常情况，需要及时反馈给设计单位，对设计方案进行调整。

如果发现隧道局部出现坍塌情况，需要停止掌子面施工，并且要沿着拱顶以及拱墙利用钢筋锚杆进行加固处理，可架设工字钢，通过梅花形打射提高围岩的稳定性和承载力。

3.2   隧道突水涌泥处理

在隧道穿越断层破水带时，发生突水涌泥的原因比较复杂。出现这一问题除了会造成地下水流动、围岩弱化以及使开挖受到极大扰动之外，还可能引发财产损失、安全事故，甚至需要停工改建。本次施工的地下水聚集区域容易出现突水涌泥情况，尤其是在降水天气影响下，弱富水区可能转变为富水区。但总的来说，此次工程项目处于弱富水区和贫水区，发生该问题的可能性相对较低。但为了以防万一，仍然需要采取工程措施进行超前预报。

可以利用超前预注浆处理技术，通过深浅组合方式来形成支护体系。其中外层注浆管长度为20m，内层注浆管的长度为30m，注浆管外差角度为5～25°。浆液采用水泥水玻璃，按照从短管到长管的顺序进行注浆。完成施工作业后，还需要对注浆的区域进行全面检查。注浆施工分前期单孔注浆以及后期终压控制，在涌水量比较大的情况下应先进行排水再注浆。

3.3   不良围岩的加固支护

在本次施工过程中，需要保证隧道围岩的稳定性和承载力。在隧道开挖之前，可先向掌子面前方岩层打入超前小导管和锚杆等，使其在隧道横断面形成拱形连续体。这样不仅可以提升围岩的稳定性，同时还可以对前方地层进行加固，发挥出支撑力作用，保证前方围岩的稳定性，减少地面沉降量。

目前，超前预支护技术是隧道施工过程中保证围岩稳定性的重要方法[3]。遇到围岩较差时则可以采用超前管棚。应用超前管棚技术可以增加围岩的抗剪强度，防止围岩出现变形的情况。管棚作为浅埋暗挖隧道中的重要辅助施工技术，在防止隧道坍塌和变形控制方面具有重要的作用。尤其是在下穿既有结构物隧道和地下工程施工作业中，管棚法最为适宜。在本次施工中，需要根据围岩状态的变化情况对其进行合理应用，以提升隧道开挖施工作业的安全性。管棚支护布置如图1所示。不良围岩加固支护如图2所示。

3.4   监控量测

在每次隧道开挖结束后，要对掌子面地质类别、岩层走向和地下水情况进行记录。在隧道周围要科学设置测点，以监测周边位移情况。除此之外，还要在拱顶及拱腰设置测点，利用风枪打眼埋设监控标，完成监控量测工作。开展监控量测作业时，要加强振动监测，以防隧道开挖支护施工对围岩产生较大扰动，从而破坏围岩的稳定性和安全性[4]。

对监测结果进行分析，有利于对围岩的具体受力全面掌握。利用监控系统完成监测，便于技术人员及时掌握隧道的实际情况，将监测数据反馈给施工班组和设计单位，有利于及时进行整改，确保隧道开挖支护施工的安全水平，提高隧道开挖效率。

4   隧道开挖安全管控策略

本工程项目围岩稳定性比较差，承载力也相对较差，为了确保后续开挖和支护施工的安全水平，需要加强隧道开挖支护安全管控工作。特别是在易坍塌段进行处理时，需要严格进行安全管控。在具体的安全管控过程中需要从以下角度出发。

4.1   加强围岩管理工作

针对易坍塌和易变形的围岩区域，需要重视观察和地质勘探。尤其是对已经出现塌方的区域，需要对已成型的断面进行加固处理，以防塌方范围不断扩大。在塌方部位初步稳定后，还要对产生塌方的原因进行全面分析，并根据塌方情况对塌方拱顶部的围岩情况进行分析，利用喷射混凝土进行初步封闭之后，通过锚杆钢筋挂网或者固结灌浆等不同措施进行加固处理，保证围岩的稳定性。

在此次工程施工过程中，这一部位岩层比较薄，围岩的自稳能力相对较差，在处理时需要应用锚杆支护技术使其达到初步稳定的目的。这种方法处理的围岩稳定时间是有一定限制的，影响施工的安全性，为此需要对围岩进行加强加固处理，以防止围岩坍塌、变形。

4.2   加强拱顶处理工作

在对拱顶进行处理时，需要加强拱顶监测管控，对每一施工区域出露围岩进行全面分析并及时处理。可利用混凝土初喷和钢纤维混凝土喷射、灌浆钢筋挂网等，提高拱顶的安全水平，防止拱顶部位出现围岩失稳和坍塌问题。

对已经出现坍塌的区域，需要进行快速处理并合理安排下一掘进施工工作。若塌方范围比较大，对混凝土的浇筑质量产生影响，处理时间会比较长。在现场施工时，需要将各项措施落实到位，对隧道断面开挖支护进行优化，以确保隧道开挖支护作业顺利进行。

值得一提的是，可利用超前小导管完成掌子面超前注浆加固处理工作。主管可利用无缝钢管進行制作的，沿开挖掌子面的范围隔40cm进行布置。如果无法成孔，需要利用自进式锚杆进行灌浆。对开挖的围岩需要进行全面检测，并重视加固技术的有效应用。对一些围岩稳定性较差的区域需要进行加强支护处理，以保证施工的安全性。

5   结束语

总而言之，在隧道开挖支护施工过程中如果出现不良地质情况，需要对地质条件进行深入分析，尤其是围岩状态比较差的情况下，必须对具体的开挖支护方式进行科学安排，并关注拱顶开挖支护工作，以提高拱顶的安全水平。

需要加强围岩周边变形和应力监测工作，对出现异常变化的部位要进行快速处理。在隧道开挖之前，需要提前准备钢支撑、钢格栅等支护材料。如果在隧道开挖支护过程中出现坍塌问题，不能单纯利用常规喷锚支护处理方式，而是要根据施工现场围岩的具体情况，对支护加固方法进行可选择，避免塌方范围扩大，导致处理难度上升。

要保证塌方处理方案的连续性，一直到围岩稳定为止。在开挖工作中，要做好后续开挖的超前支护作业。对于围岩条件比较差的地质条件，喷锚支护完成后，还需要尽早开展后续施工作业，以提高隧道开挖支护的安全性和稳定性。

参考文献

[1] 赵凯.高速公路隧道不良地质段施工技术方法研究[J].运输经理世界，2021（35）：98-100.

[2] 刘珂.隧道洞口不良地质段的施工技术研究[J].工程建设与设计， 2021（18）：3.DOI：10.13616/j.cnki.gcjsysj.2021.09.250.

[3] 方金刚，姚俊.穿越破碎断层富水地质地铁隧道施工关键技术分析研究[J].广东土木与建筑，2021，28（6）：53-57.

[4] 邓磊磊.不良地质条件下隧道施工方法探讨[J].科技创新与应用，2022，12（28）：135-137+141.DOI：10.19981/j.CN23-1581/G3.2022.28.034.