軟弱圍巖地質條件下山區高速公路隧道施工技術概論

王義偉

摘 要 在軟弱圍巖地質條件下進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特征等因素進行有效的分析，并結合工程實際情況，靈活利用形變時長以及形變量等參數對其進行合理的判斷，以正確指導隧道施工。基于此，作者結合自身工作經驗，對軟弱圍巖地質條件下山區高速公路隧道施工技術進行詳細的分析研究，以供同類工程參考。

關鍵詞 軟弱圍巖；高速公路；隧道施工

引言

隨著時代不斷發展，我國城市化進程加快，現代化交通事業發展迅速，大量高速公路相繼通車，滿足了時代發展的要求。我國建筑工程技術發展迅速，尤其是我國的隧道施工技術，通過工程人員不斷的探索研究，現階段的隧道施工技術已經逐漸成熟，相關技術已經處于世界先進水平行列，被廣泛應用在實際的施工中。

1 軟弱圍巖自身的地質特征與形變特征分析

對于軟弱圍巖地質結構來說，其具有較為特殊的構造，并且由于其周圍的環境較為復雜，導致在實際的隧道施工過程中，工程人員需要克服較大的難度，并應結合現有的技術，對軟弱圍巖地質特征進行深入分析，為工程的順利開展奠定良好的基礎，以滿足工程的實際需求[1]。

1.1 形變特征

實際上，在建設山區高速公路時，受技術、環境、造價等因素制約，需要挖掘隧道是經常遇到的情況。在隧道施工中，通常會受圍巖性質影響，進而影響隧道的施工質量。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，主要以蠕變為基礎。通過不斷的總結與分析可知，在當前的圍巖中，如果屬于堅硬的圍巖，則其形變主要以塑形形變與彈性形變為主；而對于較為軟弱圍巖來說，其形變則主要以蠕變形變與彈性形變為主，兩種圍巖形變展現出不同的性質。具體來說，軟弱圍巖形變特征主要體現在以下幾方面：

形變速度較快。在隧道施工過程中，對于堅硬的圍巖來說，形變時短時間內可以有效地進行自我恢復，并恢復到原有的狀態，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，與堅硬的圍巖呈現出相反的性質。

形變量較大。受軟弱圍巖自身的性質影響，在實際的施工過程中，其自身產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出遞減的趨勢。

廣闊的擾動范圍。實際上，相對來說，在施工時軟弱圍巖隧道周圍產生的塑形區域會隨著施工的進行而變大，并且受當前的支護措施與結構穩固性影響。如果技術措施存在不足，將導致圍巖擾動范圍更大，進而導致錨桿長度難以達到實際的要求，未能達到彈性形變區域，致使支護作用失效，影響圍巖穩定。

形變時間長、縱向形變明顯。在軟弱圍巖施工過程中，縱向形變較為明顯，并且其表現的形式較多，如，側墻內擠、拱頂沉降等，進而導致其實際的位移明顯，并逐漸向中心方向發展。其形變持續時間長，具有明顯的縱向形變與蠕變形變特征，難以滿足實際的需求[2]。

1.2 地質特征

對于軟弱圍巖來說，受其自身的性質影響，具有較低的強度。例如，以現行的工程巖體分級標準為例，在軟弱圍巖中，單軸的最大抗壓強度在30MPa以下，自身的構造容易受到沖擊，導致其縫隙、節理以及斷面結構等容易發生變化，尤其是相對來說在結構面充填軟質物料時，導致圍巖的穩定性受到影響，進而影響隧道施工質量。與此同時，軟弱圍巖賦存環境較差，通常多為高富水量或地應力多變環境中，導致隧道塌方或涌水情況頻繁發生。

2 軟弱圍巖地質條件下山區高速公路隧道施工技術中數值模擬分析

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

首先，以現階段的軟弱圍巖地質條件模型理論為基礎，構建合理的模型，并以起止里程樁為前提，明確模型的實際范圍，沿隧道軸線長度進行合理的兩側延伸，其延伸的范圍約為洞徑的三倍，以滿足實際的需求。與此同時，工程人員還應結合單側壁法、上下臺階法以及三臺階法自身的開挖效果，進而將建立的理論模型進行合理的統一，利用其組件進行差異性分析，以滿足實際的需求。邊界的效應也是模型的重要的內容之一，利用斷面進行合理的分析，并與實際的施工方案進行合理對比，利用彈性模型分析其自身的作用，以滿足實際的需求。

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

3 以實際的案例為例進行分析

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

首先，在設計時，進行橫斷面優化，首先以其建筑邊界為基礎，在設計時對其單洞進行凈寬擬定，擬定為十五米，并且其實際的圍巖隧道橫斷面組成為（0.85+0.5+3.85×3+0.85+0.85）

米，并在雙側設置合理的檢修通道，滿足運營維護的需求。與此同時，保證其自身的內輪廓結構受力合理，為工程施工奠定良好的基礎，保證施工順利進行。在內輪廓襯砌過程中，主要采用合理的三心圓策略，并保證隧道凈空達到設計的標準，同時考慮多種因素，促使其有效地進行施工。

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

最后，進行具體的施工，在該隧道中，由于軟弱圍巖其自身的性質影響，在進行軟弱圍巖施工過程中，需要嚴格遵循施工標準，以超前支護等工序為前提基礎，進行合理的施工準備，并利用雙側壁導坑法進行合理的施工。同時，在側洞的施工過程中，需要進行合理的正臺階斷面法施工，并在主洞開挖時進行有效的斷面預留，保證挖掘速度的合理性，一般情況下其速度小于一天兩米，保證其施工質量。

4 結束語

綜上所述，在實際的施工過程中，工程人員應結合實際情況，對軟弱圍巖自身的性質與形變特征進行合理的分析，并以此為基礎，進行有效的施工，保證各個環節的施工質量符合標準，以滿足實際的需求。與此同時，還應積極解決當前施工中存在的不足之處，不斷進行技術創新，迎合行業發展趨勢。

參考文獻

[1] 劉波.軟圍巖地質條件下山區高速公路隧道施工技術[J].西部交通科技，2018，（01）：106-109.

[2] 陳明榮，竇曉勇，張國亮.城市化背景下圍巖地質條件中高速公路隧道的施工分析[J].道路交通發展（上旬刊），2017，28（10）：163-164，168.

[3] 孫燕華，章高亮，孫璐璐.城市交通規劃背景下山區高速公路隧道施工技術創新[J].城市建設理論研究（電子版），2017，30（07）：266-267，269.