軟弱圍巖隧道開挖支護施工過程分析

摘要：由于大部分地區的隧道都建立在特殊地形中，具有非常多干擾因素，比如地形險峻因素、地表面有軟弱殘留物、軟弱圍巖等。因為許多干擾的因素，從而影響了隧道工程施工的質量以及隧道使用的安全性。根據隧道所處地區地質的影響，在進行隧道開挖工程施工中，要采用適當的開挖支護方法，保證隧道的質量和安全性。巖石力學學會把強度低、風化、破碎的巖層通稱為軟弱圍巖，在這種巖層中的隧道開挖稱為軟弱圍巖隧道。

關鍵詞：軟弱圍巖;隧道;開挖支護施工

跟隨隧道建設工程規模的漸漸擴大，在城鄉建設、水電、交通礦山等等領域都會出現軟弱圍巖問題，尤其是我國西部大開發的策略實施開始，大量的交通、能源在國家西部慢慢建設起來，軟弱圍巖隧道開挖的支護施工越來越引起重視，是當前急迫要解決的問題。軟弱圍巖施工過程中，要以巖石力學作為施工的原理基礎，再與圍巖承載力進行科學的結合利用，在隧道開挖的過程中最大限度的保護圍巖不受到擾動破壞，最后就是讓圍巖稱為支護體系的一部分。

一、軟弱圍巖隧道施工的現狀和發展方向

（一）軟弱圍巖施工的現狀

隧道是存在于復雜地形下的建設工程，是結合了天然的地質形態和人工開挖技術而形成的，因為隧道所處的環境不同，圍巖的種類和穩定性也不相同，所以采用的開挖支護方法也不一樣。

常用的軟弱圍巖隧道開挖方法基本有五種，有臺階法、臺階分布部開挖法、導坑法、單側和雙側壁導坑法。臺階開挖方法適合IV～II類圍巖，能夠對軟弱圍巖的施工更加完善從而降低翻渣量。臺階分部開挖方法適合III～II類圍巖，環形開挖進尺的距離大概在0.5～1.5m之間最佳[1]。導坑法適用于圍巖質量較差從而隧道需要控制支撐的工程，支護的方式一般采用錨網噴、錨噴架、鋼架支護和鋼筋混凝土支護等方法。

（二）軟弱圍巖隧道施工的發展方向

根據目前我國的圍巖施工工程存在的問題，要采取積極的措施進行完善。對圍巖進行改善是隧道施工的基礎，因此要堅持愛護圍巖和動態施工的理念。因為圍巖是隧道的主要組成部分，所以要愛護圍巖，在隧道施工過程中最大能力的保護圍巖。所謂動態施工就是說索道施工方法因為不斷變化的地質和力學變化進行同步的改變。在軟弱圍巖隧道開挖支護工程中，從原來單一的支護方式轉變為多層次的、聯合支護方式，發展一系列支護技術，尤其是近幾年發展的預應力錨索技術，如今預應力錨索技術已經是軟弱圍巖隧道開挖支護技術中重要的技術之一，預應力錨索技術能夠把深程度圍巖的強度和淺部支護巖體結合共同發揮作用，以此來保證隧道的穩定性，該技術將是未來支護技術中的主導技術[2]。

二、影響圍巖隧道穩定性的因素

（一）地質因素對軟弱圍巖的影響

1、巖性。在進行軟弱圍巖隧道施工的時候，要先對該地區的圍巖類型和巖石類型進行勘察分析，有一個準確的了解，對巖性的判斷可以直接了解面臨的是什么樣巖石力學的問題，從而采取正確的措施。同時，通過對巖性的認識可知性還能判斷出一些與自然特征相關的因素。

2、巖性結構和裂隙。巖石強度一般情況下，是受地質結構不斷運動形成的結構面所控制，裂隙部位分部均不同，因為裂隙的分布不均從而會對圍巖帶來不穩定的危害，當裂隙角大于30°的時候，走向與隧道軸線交角小于45°的時候，就會出現危險。巖石在裂隙不斷增加的情況下，因為裂隙而形成的結構塊是影響地下工程不穩定的重要因素[3]。

3、特殊地質。隧道建設經常會建立在險峻的地形上，所處位置可能會穿過破碎帶、強化風帶、巖溶等地方，為施工帶來困難同時隧道的穩定性受到極大的影響，很難盡心隧道維護，這種地形下的地下水的活動劇烈，有明顯的低壓現象，周圍的圍巖結構都屬于松軟易破碎型。

（二）地應力對軟弱圍巖的影響

軟弱圍巖隧道失去穩定性，主要原因就因為隧道在開挖施工中應力重超過了圍巖強度，從而圍巖變形引起的。但是不是所有的應力重都會產生危險因素，要根據應力場的方向和量值以及其性質判斷。地應力主要包括自重應力和構建運動中產生的殘留應力兩種，對隧道穩定性的影響，主要辨別方式就是調查其最大主應力和最小主應力之間的差值，主應力的大小方向和構成特征等因素決定的。

（三）巖體力學性質的影響

巖體的穩定性，是通過巖體強度和變形特征與圍巖二次應力相互作用決定的，如果巖體強度和變形特征強于圍巖二次應力，那么巖體就穩定，如果巖體強度和變形若愚圍巖二次應力，那么巖體就會不穩定。

（四）工程因素影響

1、隧道方位的影響。當隧道縱軸線接近最大的主應力方向的時候，動力受到的垂直壓力就會增大，從而對圍巖產生影響使其失去穩定性。當隧道的縱軸線平行與主應力方向的時候，就會使圍巖鞏固其穩定性增強[4]。

2、隧道斷面形狀的影響。隧道斷面為矩形的時候易促進應力集中，隧道斷面為圓形的時候卻不會促進應力集中，隧道斷面呈現矩形或者橢圓形時，有長短軸保證能適應應力場兩個主應力值之間的比例。

3、隧道開挖的影響。如果對軟巖大斷面隧道采取全斷面的開挖工作，會造成還來不及進行支護施工，隧道就出現坍塌現象，所以一般面對這種情況采取的方法是分部開挖。在軟弱圍巖隧道工程中使用機械開挖比爆破的方法不易影響到圍巖，能夠幫助圍巖維持穩定性。

（五）地下水對軟弱圍巖的影響

地下水對軟弱圍巖也有一定的影響和作用，其帶來的作用有兩個方面，一個是力學作用，一個是物理化學作用，其中力學作用又分為兩個方面，一個是靜水壓力作用，另一個是動水壓力作用[5]。在對含水層的土地進行開挖施工的時候，第一個受到影響的就是軟弱圍巖。地下水流出增加了與泥質軟弱圍巖的接觸，是圍巖中的易膨脹物發生嚴重膨脹，從而導致軟巖進入粘流狀態。

三、軟弱圍巖隧道開挖支護施工

（一）對隧道地表水的處理

首先組織現場的測量和勘察，把設計圖紙與現場的實際情況合理結合，做好隧道地表橫縱斷面的測量工作，了解隧道的實際深度，科學的提出相應的工作方案。其次就要做好隧道地表的排水工作，在邊坡外圍建立排水溝，把隧道地表的水通過攔截匯流到槽后排出洞口。

（二）做好隧道防坍塌工作

1、開挖措施。在進行隧道開挖工作的時候一般使用小型的機械，能夠保證不對圍巖造成過大的影響，循環進尺要嚴格的控制按照要求進行，隧道的斷面過大，可以通過分段開挖的方式，把大斷面變為小跨斷面，保證圍巖的安全和穩定性，減少隧道坍塌幾率[6]。

2、支護措施。隧道開挖基本成形后，要進行初步支護，為后來的工作打好基礎，然后再有序的一步步做好后續工作。尤其是特殊的地段，要采取一些特殊的措施，強化支護保證巖體的穩定性。然后就要加強對地面和隧道洞內的監測，采取數字化管理的手段，初步支護完成以后，要測量拱頂下沉以及拱腰的收斂情況，通過一系列的檢查和分析，發現異常要立即采取加強支護措施，避免隧道局部出現坍塌現象。

結語

在隧道施工過程中，要探查該地區的圍巖性質，積極的進行測量工作，進行嚴密的理論分析，設計科學的施工方案，并且根據設計圖紙進行現場復查，及時修改支護參數，能有效的防止隧道坍塌的情況。有利于施工的進度和質量。所以對軟弱圍巖隧道開挖支護施工進行合理的優化，注意在施工中常出現的問題，能夠較高的控制隧道工程質量。

參考文獻：

[1]杜彬.長梁山隧道水平軟弱圍巖地段施工效應分析[J].巖石力學與工程學報，2005，24（13）：2357-2361.

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[3]楊帆.隧道淺埋偏壓段地表回填注漿及開挖支護施工技術[J].鐵道標準設計，2007，（5）：74-77.

[4]吳君.大斷面軟弱圍巖隧道開挖支護模擬分析[J].鐵道建筑技術，2014，（2）：40-42.

[5]王恒偉.軟弱圍巖隧道長管棚超前支護施工技術研究[J].建材與裝飾，2013，（24）：305-306.

[6]王先平.高速鐵路富水淺埋軟弱圍巖綜合施工技術[J].中國新技術新產品，2011，（17）：95-97.