軟弱圍巖地質(zhì)條件下山區(qū)高速公路隧道施工技術(shù)概論

王義偉

摘 要 在軟弱圍巖地質(zhì)條件下進(jìn)行高速公路隧道施工，需要工程人員首先對軟弱圍巖自身的形變特征以及地質(zhì)特征等因素進(jìn)行有效的分析，并結(jié)合工程實(shí)際情況，靈活利用形變時(shí)長以及形變量等參數(shù)對其進(jìn)行合理的判斷，以正確指導(dǎo)隧道施工。基于此，作者結(jié)合自身工作經(jīng)驗(yàn)，對軟弱圍巖地質(zhì)條件下山區(qū)高速公路隧道施工技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)的分析研究，以供同類工程參考。

關(guān)鍵詞 軟弱圍巖；高速公路；隧道施工

引言

隨著時(shí)代不斷發(fā)展，我國城市化進(jìn)程加快，現(xiàn)代化交通事業(yè)發(fā)展迅速，大量高速公路相繼通車，滿足了時(shí)代發(fā)展的要求。我國建筑工程技術(shù)發(fā)展迅速，尤其是我國的隧道施工技術(shù)，通過工程人員不斷的探索研究，現(xiàn)階段的隧道施工技術(shù)已經(jīng)逐漸成熟，相關(guān)技術(shù)已經(jīng)處于世界先進(jìn)水平行列，被廣泛應(yīng)用在實(shí)際的施工中。

1 軟弱圍巖自身的地質(zhì)特征與形變特征分析

對于軟弱圍巖地質(zhì)結(jié)構(gòu)來說，其具有較為特殊的構(gòu)造，并且由于其周圍的環(huán)境較為復(fù)雜，導(dǎo)致在實(shí)際的隧道施工過程中，工程人員需要克服較大的難度，并應(yīng)結(jié)合現(xiàn)有的技術(shù)，對軟弱圍巖地質(zhì)特征進(jìn)行深入分析，為工程的順利開展奠定良好的基礎(chǔ)，以滿足工程的實(shí)際需求[1]。

1.1 形變特征

實(shí)際上，在建設(shè)山區(qū)高速公路時(shí)，受技術(shù)、環(huán)境、造價(jià)等因素制約，需要挖掘隧道是經(jīng)常遇到的情況。在隧道施工中，通常會受圍巖性質(zhì)影響，進(jìn)而影響隧道的施工質(zhì)量。通常情況下，軟弱圍巖其形變過程主要分為三個階段：第一階段，彈性形變；第二階段，彈性與塑形共同階段；第三階段，蠕變與塑形共同階段。并且相對來說，在最后一階段中，主要以蠕變?yōu)榛A(chǔ)。通過不斷的總結(jié)與分析可知，在當(dāng)前的圍巖中，如果屬于堅(jiān)硬的圍巖，則其形變主要以塑形形變與彈性形變?yōu)橹鳎欢鴮τ谳^為軟弱圍巖來說，其形變則主要以蠕變形變與彈性形變?yōu)橹鳎瑑煞N圍巖形變展現(xiàn)出不同的性質(zhì)。具體來說，軟弱圍巖形變特征主要體現(xiàn)在以下幾方面：

形變速度較快。在隧道施工過程中，對于堅(jiān)硬的圍巖來說，形變時(shí)短時(shí)間內(nèi)可以有效地進(jìn)行自我恢復(fù)，并恢復(fù)到原有的狀態(tài)，由此可知，其自身的形變速率較小；而對于軟弱的圍巖來說，在形變過程中，其自身的形變速率較大，尤其是在初始階段，與堅(jiān)硬的圍巖呈現(xiàn)出相反的性質(zhì)。

形變量較大。受軟弱圍巖自身的性質(zhì)影響，在實(shí)際的施工過程中，其自身產(chǎn)生的最明顯特征就是塑性形變明顯，形變量較大，并且其形變收斂值呈現(xiàn)出遞減的趨勢。

廣闊的擾動范圍。實(shí)際上，相對來說，在施工時(shí)軟弱圍巖隧道周圍產(chǎn)生的塑形區(qū)域會隨著施工的進(jìn)行而變大，并且受當(dāng)前的支護(hù)措施與結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性影響。如果技術(shù)措施存在不足，將導(dǎo)致圍巖擾動范圍更大，進(jìn)而導(dǎo)致錨桿長度難以達(dá)到實(shí)際的要求，未能達(dá)到彈性形變區(qū)域，致使支護(hù)作用失效，影響圍巖穩(wěn)定。

形變時(shí)間長、縱向形變明顯。在軟弱圍巖施工過程中，縱向形變較為明顯，并且其表現(xiàn)的形式較多，如，側(cè)墻內(nèi)擠、拱頂沉降等，進(jìn)而導(dǎo)致其實(shí)際的位移明顯，并逐漸向中心方向發(fā)展。其形變持續(xù)時(shí)間長，具有明顯的縱向形變與蠕變形變特征，難以滿足實(shí)際的需求[2]。

1.2 地質(zhì)特征

對于軟弱圍巖來說，受其自身的性質(zhì)影響，具有較低的強(qiáng)度。例如，以現(xiàn)行的工程巖體分級標(biāo)準(zhǔn)為例，在軟弱圍巖中，單軸的最大抗壓強(qiáng)度在30MPa以下，自身的構(gòu)造容易受到?jīng)_擊，導(dǎo)致其縫隙、節(jié)理以及斷面結(jié)構(gòu)等容易發(fā)生變化，尤其是相對來說在結(jié)構(gòu)面充填軟質(zhì)物料時(shí)，導(dǎo)致圍巖的穩(wěn)定性受到影響，進(jìn)而影響隧道施工質(zhì)量。與此同時(shí)，軟弱圍巖賦存環(huán)境較差，通常多為高富水量或地應(yīng)力多變環(huán)境中，導(dǎo)致隧道塌方或涌水情況頻繁發(fā)生。

2 軟弱圍巖地質(zhì)條件下山區(qū)高速公路隧道施工技術(shù)中數(shù)值模擬分析

在實(shí)際的施工過程中，受軟弱圍巖自身的性質(zhì)影響，該地質(zhì)條件下的高速公路隧道施工較為困難，需要工程人員結(jié)合實(shí)際情況，進(jìn)行有效的技術(shù)選擇，以保證施工順利進(jìn)行。因此，工程人員可以進(jìn)行有效的數(shù)值模擬分析，通過有效的模擬，計(jì)算出實(shí)際的施工模型。具體來說，分為以下兩步：

首先，以現(xiàn)階段的軟弱圍巖地質(zhì)條件模型理論為基礎(chǔ)，構(gòu)建合理的模型，并以起止里程樁為前提，明確模型的實(shí)際范圍，沿隧道軸線長度進(jìn)行合理的兩側(cè)延伸，其延伸的范圍約為洞徑的三倍，以滿足實(shí)際的需求。與此同時(shí)，工程人員還應(yīng)結(jié)合單側(cè)壁法、上下臺階法以及三臺階法自身的開挖效果，進(jìn)而將建立的理論模型進(jìn)行合理的統(tǒng)一，利用其組件進(jìn)行差異性分析，以滿足實(shí)際的需求。邊界的效應(yīng)也是模型的重要的內(nèi)容之一，利用斷面進(jìn)行合理的分析，并與實(shí)際的施工方案進(jìn)行合理對比，利用彈性模型分析其自身的作用，以滿足實(shí)際的需求。

其次，將當(dāng)前的模型側(cè)面進(jìn)行有效的法向約束設(shè)置，并且結(jié)合實(shí)際情況，對其底部進(jìn)行有效的完全約束，同時(shí)保證其上邊界屬于自由邊界，利用現(xiàn)階段的原始設(shè)計(jì)方案與現(xiàn)場勘察資料，確定其合適的開挖支護(hù)方式，以滿足實(shí)際的需求。例如，上臺階在開挖過程中，要求其在開挖一米時(shí)，保證初支與噴錨在相同的深度；而在上臺階開挖到十米時(shí)，再進(jìn)行下臺階開挖，并保證上臺階與下臺階之間的距離始終保持十米的距離，以滿足實(shí)際的需求。在下臺階開挖過程中，開挖到一米時(shí)，應(yīng)同時(shí)進(jìn)行仰拱與初期支護(hù)施工，而在仰拱施工距離達(dá)到二十米時(shí)，則需要進(jìn)行二次襯砌施工，以滿足實(shí)際的需求。

3 以實(shí)際的案例為例進(jìn)行分析

以浙江的杭紹臺高速公路工程臺州段為例，該高速公路在建設(shè)過程中，存在軟弱圍巖隧道施工，并以前山隧道為例，進(jìn)行詳細(xì)的分析，以供參考。

首先，在設(shè)計(jì)時(shí)，進(jìn)行橫斷面優(yōu)化，首先以其建筑邊界為基礎(chǔ)，在設(shè)計(jì)時(shí)對其單洞進(jìn)行凈寬擬定，擬定為十五米，并且其實(shí)際的圍巖隧道橫斷面組成為（0.85+0.5+3.85×3+0.85+0.85）

米，并在雙側(cè)設(shè)置合理的檢修通道，滿足運(yùn)營維護(hù)的需求。與此同時(shí)，保證其自身的內(nèi)輪廓結(jié)構(gòu)受力合理，為工程施工奠定良好的基礎(chǔ)，保證施工順利進(jìn)行。在內(nèi)輪廓襯砌過程中，主要采用合理的三心圓策略，并保證隧道凈空達(dá)到設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)考慮多種因素，促使其有效地進(jìn)行施工。

其次，進(jìn)行合理的力學(xué)分析，分析其參數(shù)的有效性。尤其是相對來說，軟弱圍巖自身的強(qiáng)度較低，形變量大，并且始終處于松散狀態(tài)，在實(shí)際的施工過程中，擾動較為敏感，由此，導(dǎo)致其二襯受力偏大，上下臺階法施工時(shí)的壓力較大，其最大壓力值始終處于外邊界的二襯外側(cè)，并且其實(shí)際數(shù)值為38MPa。與此同時(shí)，受其自身的導(dǎo)洞臨時(shí)支護(hù)影響，在其拆除時(shí)，會對其產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，尤其是對于底部產(chǎn)生的影響，該現(xiàn)象主要發(fā)生在仰拱中間。但實(shí)際上，在上下臺階的兩側(cè)與拱腳等處均可能出現(xiàn)壓力集中情況，進(jìn)而導(dǎo)致其在單側(cè)的主洞開挖過程中，邊界右側(cè)與仰拱之間產(chǎn)生應(yīng)力集中情況，基于此，在實(shí)際的施工過程中，二襯受力需要合理，并保證其局部支護(hù)有效進(jìn)行，利用單側(cè)壁法進(jìn)行合理的施工，以滿足實(shí)際的需求[3]。

最后，進(jìn)行具體的施工，在該隧道中，由于軟弱圍巖其自身的性質(zhì)影響，在進(jìn)行軟弱圍巖施工過程中，需要嚴(yán)格遵循施工標(biāo)準(zhǔn)，以超前支護(hù)等工序?yàn)榍疤峄A(chǔ)，進(jìn)行合理的施工準(zhǔn)備，并利用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法進(jìn)行合理的施工。同時(shí)，在側(cè)洞的施工過程中，需要進(jìn)行合理的正臺階斷面法施工，并在主洞開挖時(shí)進(jìn)行有效的斷面預(yù)留，保證挖掘速度的合理性，一般情況下其速度小于一天兩米，保證其施工質(zhì)量。

4 結(jié)束語

綜上所述，在實(shí)際的施工過程中，工程人員應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況，對軟弱圍巖自身的性質(zhì)與形變特征進(jìn)行合理的分析，并以此為基礎(chǔ)，進(jìn)行有效的施工，保證各個環(huán)節(jié)的施工質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)，以滿足實(shí)際的需求。與此同時(shí)，還應(yīng)積極解決當(dāng)前施工中存在的不足之處，不斷進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，迎合行業(yè)發(fā)展趨勢。

參考文獻(xiàn)

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[3] 孫燕華，章高亮，孫璐璐.城市交通規(guī)劃背景下山區(qū)高速公路隧道施工技術(shù)創(chuàng)新[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2017，30（07）：266-267，269.