軟弱圍巖隧道變形及其控制探討

【摘要】由于各種因素的影響，隧道結(jié)構(gòu)容易發(fā)生變形，引發(fā)嚴(yán)重的安全事故，因此要結(jié)合軟弱圍巖隧道變形特點(diǎn)和隧道施工特點(diǎn)，積極采取相應(yīng)措施，確保軟弱圍巖隧道的安全施工。本文分析了軟弱圍巖的地質(zhì)特征和軟弱圍巖隧道變形特點(diǎn)分析，闡述了軟弱圍巖隧道變形控制措施。

【關(guān)鍵詞】軟弱圍巖；隧道變形；控制

客運(yùn)專線鐵路具有較高的舒適性、穩(wěn)定性和平順性，但是其線路隧道通過的地方地質(zhì)條件更加復(fù)雜，很多線路隧道都屬于軟弱圍巖地質(zhì)，這種隧道承受的斷面更大，容易發(fā)生局部的變形，給施工建設(shè)帶來很大的困難，通過深入分析和研究軟弱圍巖隧道變形特征，積極采取有效措施，不斷提高隧道的安全性。

一、軟弱圍巖的地質(zhì)特征

軟弱圍巖主要是指圍巖賦存性能差、結(jié)構(gòu)破碎、裂隙節(jié)理發(fā)育、巖體承載能力差以及巖質(zhì)軟弱的巖體。軟弱圍巖通常具有以下特點(diǎn)。

1、圍巖容易風(fēng)化，強(qiáng)度較低

軟弱圍巖主要的巖地層有千枚巖、炭質(zhì)巖、片巖、泥巖、片巖等[1]，其穩(wěn)定性很差，強(qiáng)度低，圍巖層被暴露后容易軟化，遇水風(fēng)化，特別是在高地應(yīng)力的深埋地段，軟弱圍巖地質(zhì)層會(huì)產(chǎn)生塑性的變形，在塑性的地質(zhì)層深度和范圍都很大。

2、巖體粘結(jié)力差，松散破碎

通常情況下，由破碎擠壓帶、風(fēng)化巖體層、土層等構(gòu)成的軟弱圍巖，圍巖結(jié)構(gòu)粘結(jié)力很差，統(tǒng)一松散破碎，隧道在施工建設(shè)過程中，僅僅依靠巖體顆粒之間的膠結(jié)作用和摩擦力構(gòu)成拱形，特別是在隧道的簽埋地段，這些巖體的結(jié)構(gòu)非常不穩(wěn)定，很容易發(fā)生冒頂坍塌事故。

3、巖體結(jié)構(gòu)面軟弱，容易滑塌

在隧道巖體結(jié)構(gòu)面切割嚴(yán)重的地方，一些塊狀的巖體結(jié)構(gòu)，由于結(jié)構(gòu)面軟弱，粘結(jié)性很差，在開挖隧道的過程中，隧道周圍巖體結(jié)構(gòu)面容易發(fā)生墜落、滑移和松弛等變形，嚴(yán)重破壞隧道的結(jié)構(gòu)。

二、軟弱圍巖隧道變形特點(diǎn)分析

1、變形量大

隧道施工建設(shè)完成后，軟弱圍巖隧道會(huì)發(fā)生明顯的塑性變形，這是軟弱圍巖最主要的特征，其變形的長(zhǎng)度和深度有可能達(dá)到幾十或者幾百厘米，隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)往往表現(xiàn)為混凝土二襯開裂和支護(hù)初期嚴(yán)重開裂。

2、變形速度快

軟弱圍巖隧道施工建設(shè)過程中，其變形速度很快，在隧道的支護(hù)初期，其變形速率更大。

3、變形時(shí)間長(zhǎng)

軟弱圍巖在隧道的支護(hù)初期不僅變形速度很快，在隧道的施工建設(shè)過程中，其變形持續(xù)的時(shí)間也很長(zhǎng)，軟弱圍巖具有顯著的蠕變變形特點(diǎn)，在軟弱圍巖隧道施工建設(shè)的很長(zhǎng)一段時(shí)間里都會(huì)發(fā)生變形。

4、圍巖擾動(dòng)明顯

隧道在施工開挖過程中，圍巖在縱向應(yīng)力重的影響下，隧道周圍的軟弱圍巖的塑性變形區(qū)不斷擴(kuò)大，當(dāng)隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度不夠或者支護(hù)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定時(shí)，軟弱圍巖的擾動(dòng)明顯。

5、徑向變形范圍大

軟弱圍巖隧道的徑向并行通常表現(xiàn)為隧底隆起、邊墻收斂、拱頂下沉，拱頂下沉的變形量最大[2]。軟弱圍巖隧道施工開挖過程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)隧道掌子面上方的軟弱圍巖下沉，在淺埋隧道的掌子面周圍出現(xiàn)沉降槽，造成地表下沉，并且在隧道開挖之后，縱向的掌子面擠壓變形，軟弱圍巖臨空產(chǎn)生應(yīng)力，在圍巖縱水平力和縱向力作用下，發(fā)生位移，軟弱圍巖隧道掌子面被擠出變形，隨著不斷開挖隧道掌子面，在掌子面周圍位置會(huì)產(chǎn)生不斷擴(kuò)大的水平水平收斂和拱頂下沉，并且下沉速度較快。

三、軟弱圍巖隧道變形控制措施

1、重視超前工作

（1）加強(qiáng)隧道地質(zhì)預(yù)報(bào)工作

在軟弱圍巖隧道施工開挖過程中，經(jīng)常會(huì)遇到圍巖隧道實(shí)際的地質(zhì)情況和施工設(shè)計(jì)圖紙?zhí)峁┑牡刭|(zhì)情況嚴(yán)重不符的問題，因此，施工單位不僅要在隧道設(shè)計(jì)階段進(jìn)行全面的地質(zhì)勘察，還在要隧道施工開挖過程中進(jìn)行隧道地質(zhì)預(yù)報(bào)工作，結(jié)合隧道地質(zhì)預(yù)報(bào)的實(shí)際方案，編制詳細(xì)的地質(zhì)預(yù)報(bào)計(jì)劃，積極進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作。對(duì)于隧道經(jīng)過的地質(zhì)條件比較簡(jiǎn)單的區(qū)域，可以進(jìn)行地質(zhì)編錄，根據(jù)隧道掌子面的地下水質(zhì)、裂隙節(jié)理發(fā)育、地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性等情況[3]，判斷和分析軟弱巖層的可靠性和穩(wěn)定性。對(duì)于地質(zhì)情況相對(duì)比較復(fù)雜的區(qū)域，在編錄地質(zhì)情況的基礎(chǔ)上，進(jìn)行隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)工作，及時(shí)和勘察的資料進(jìn)行分析比對(duì)，提高隧道地質(zhì)預(yù)報(bào)工作的精度和質(zhì)量，在隧道淺埋地質(zhì)區(qū)域，利用水平鉆孔勘察隧道掌子面的地質(zhì)情況，結(jié)合實(shí)際的地質(zhì)情況積極采取相應(yīng)措施，提高隧道施工的安全性。

（2）加強(qiáng)超前預(yù)加固

軟弱圍巖隧道變形主要表現(xiàn)在隧道掌子面水平方向和縱向擠壓變形，可以此采用超前注漿灌注或者超前導(dǎo)管的方式對(duì)隧道掌子面進(jìn)行控制變形預(yù)加固技術(shù)。另外，要注意控制隧道掌子面的位移，對(duì)于軟弱底層和破碎斷層帶的圍巖進(jìn)行超前預(yù)加固，控制掌子面圍巖的變形。

2、嚴(yán)格落實(shí)施工環(huán)節(jié)

（1）選擇科學(xué)合理的施工方法

軟弱圍巖隧道的施工開挖方法必須全面考慮軟弱圍巖的承載能力，減小隧道掌子面塑性變形范圍，保護(hù)軟弱圍巖巖層和巖體，控制軟弱圍巖的變形量。軟弱圍巖隧道的施工方法，首先要確保施工安全，其次，要盡量簡(jiǎn)化施工步驟和施工流程，提高施工質(zhì)量和施工效率。在隧道的施工開挖過程中，施工人員要根據(jù)軟弱巖層的加固情況和地質(zhì)情況，選擇科學(xué)合理的施工方法，在施工開挖過程中，根據(jù)監(jiān)測(cè)的實(shí)際的地質(zhì)情況，有針對(duì)地調(diào)整施工方案，如果需要使用爆破法進(jìn)行開挖，要嚴(yán)格控制裝藥量、深度以及炮眼數(shù)量，提高控制爆破的技術(shù)，最大限度地降低爆破對(duì)軟弱巖層的擾動(dòng)影響。

（2）快速施工初期支護(hù)

隧道施工初期的支護(hù)能夠在軟弱圍巖變形范圍較小，隧道施工開挖時(shí)間較短的階段，通過初期支護(hù)措施和軟弱巖層共同承受巖體的變形壓力，避免隧道坍塌。如果施工初期的支護(hù)不及時(shí)或者支護(hù)效果較差，變形量不斷擴(kuò)大，軟弱巖層容易松動(dòng)破碎，導(dǎo)致荷載加大，施工初期的支護(hù)完成變成被動(dòng)的承受巖層壓力，很容易導(dǎo)致初期支護(hù)結(jié)構(gòu)變形，引起隧道坍塌。因此，施工人員要注意在施工開挖初期要迅速進(jìn)行支護(hù)措施，確保支護(hù)結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度，控制變形，及時(shí)支護(hù)。當(dāng)前，軟弱巖層隧道主要有聯(lián)合錨網(wǎng)噴支護(hù)、鋼拱架支護(hù)和錨網(wǎng)噴支護(hù)這三種初期支護(hù)技術(shù)，在一些特殊的地質(zhì)環(huán)境下，也可以采用玻璃纖維混凝土或者纖維噴鋼混凝土。在隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)沒有封閉時(shí)，要積極采取支撐拱腳、大拱腳、鎖腳錨桿等工具，加固支護(hù)結(jié)構(gòu)，避免隧道掌子面的整體下沉。

3、加強(qiáng)軟弱圍巖變形監(jiān)測(cè)工作

在軟弱圍巖隧道施工開挖過程中，軟弱圍巖變形監(jiān)測(cè)工作是一項(xiàng)非常重要的工序，能夠有效判斷隧道掌子面支護(hù)結(jié)構(gòu)是否可靠穩(wěn)定，指導(dǎo)軟弱圍巖隧道進(jìn)行安全施工開挖，提高了軟弱圍巖隧道施工的安全性。軟弱圍巖隧道變形監(jiān)測(cè)主要的監(jiān)測(cè)對(duì)象是水平收斂和拱頂下沉，在隧道的淺埋區(qū)域，使用沉降地表量測(cè)。軟弱圍巖隧道的掌子面范圍較大，如果采用有尺量測(cè)方式，精度低、耗時(shí)長(zhǎng)、干擾大，影響施工質(zhì)量和效率，因此可以使用無尺量測(cè)。在進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)時(shí)，要加強(qiáng)專業(yè)化管理，構(gòu)建科學(xué)合理的報(bào)告制度、信息反饋和登記管理，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)軟弱圍巖隧道的動(dòng)態(tài)信息，科學(xué)評(píng)價(jià)支護(hù)結(jié)構(gòu)和軟弱圍巖的穩(wěn)定性和可靠性狀態(tài)，進(jìn)行隧道施工設(shè)計(jì)，確保軟弱圍巖隧道的安全施工。

結(jié)束語：

由于軟弱圍巖的結(jié)構(gòu)面軟弱、結(jié)構(gòu)松散破碎、圍巖硬度和強(qiáng)度較低，隧道施工開挖過程中，隧道掌子面由于受力過大會(huì)發(fā)生變形，結(jié)合軟弱圍巖隧道變形的特點(diǎn)，積極采取控制隧道變形的措施，提高隧道施工的安全性，減少和避免隧道安全事故。

參考文獻(xiàn)：

[1]關(guān)寶樹.軟弱圍巖隧道變形及其控制技術(shù)[J].隧道建設(shè)，2011，01：1-17.

[2]張端良，王劍，張運(yùn)良.軟弱圍巖隧道變形規(guī)律與施工安全控制技術(shù)[J].公路工程，2011，02：124-128.

[3]張偉.軟弱圍巖隧道變形分析及應(yīng)對(duì)措施[J].現(xiàn)代城市軌道交通，2013，02：39-41.