隧道軟弱圍巖變形施工控制探討

趙勝祥

摘? 要：隧道軟弱圍巖變形施工控制是隧道施工過程中非常重要的一個方面，軟弱圍巖容易發生變形，并引起相關的地質災害，不利于隧道施工;基于此，有必要針對隧道軟弱圍巖變形進行科學控制，為后續施工的順利進行打下基礎。該文結合具體案例分析隧道軟弱圍巖變形施工過程中的控制技術，為相關方面提供參考。

關鍵詞：隧道? 軟弱圍巖? 變形? 施工

中圖分類號：U45 ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2020）03（c）-0030-02

1? 工程概況

該研究選擇某隧道工程作為研究對象，其長度為8845m。隧道施工過程中，選擇帶有仰拱的曲墻復合式襯砌，配合實施噴錨支護;隧道進出口位置選擇碎石鋪道，其余隧道選擇鋪設整體道床。地質勘察發現，隧道地層以石英云母片巖夾炭質片巖，分析發現，地質底層巖層的節理裂隙發育較好，而且巖層比較柔軟，容易出現剝落情況，局部還存在一定的破碎夾層;分析還發現，隧道內圍巖破碎，大多數都是炭質片巖，比較松散和破碎，容易出現塌方情況。

2? 圍巖大變形破壞特征與原因

對隧道內部圍巖情況進行全面觀察和監測，結果顯示，隧道內圍巖存在較大變形，具體分析其變形特征及其內在原因。

（1）圍巖變形嚴重。監測結果顯示，炭質片巖在隧道施工過程中一個月以內出現嚴重變化，其中水平收斂達到300～400mm，而拱頂下沉則達到150～200mm。此外，還要部分炭質片巖部分地段含有豐富炭質，以及豐富的地下水，這種特殊的環境導致炭質片巖的變形非常嚴重，超出常規。

（2）圍巖變形速度較快，而且變形速率很大。在隧道施工過程中，監測結果顯示，圍巖每天的收斂達到30～50mm。不僅如此，監測還發現，隨著隧道施工的深入，圍巖的變形也進一步加快。部分地區圍巖變形速度更快。

（3）圍巖變形時間。監測結果顯示，隧道內部圍巖的變形一般會持續很長時間，尤其是實施隧道開挖以后，形成了一個臨空面，這種情況下圍巖的變形往往持續達到幾個月，部分地區實施二襯以后依然存在變形情況。

（4）圍巖變形分布存在不均勻不對稱的情況。監測結果顯示，隧道內圍巖的變化普遍存在左右不對稱和不均勻的情況，施工過程中，完成相關的支護措施以后，不同地區圍巖的左右變形存在較大差異，分析結果顯示，早期圍巖的水平收斂速度和變形值明顯大于拱頂下沉速度。

（5）蠕變加突變。監測結果顯示，針對隧道的初期支護完成以后，圍巖變形雖然趨向平穩緩慢，但是后續各項施工的持續進行進一步加劇了圍巖的變形，尤其是各種爆破施工帶來的振動，以及其他施工內容，導致支護出現失衡并發生垮塌。

（6）重復性。分析結果顯示，隧道圍巖的變形具有重復性，當完成拱架的拆換以后，依然會出現較為嚴重的變形。

（7）圍巖遇水軟化，變形加劇。炭質片巖遇水軟化，施工時呈泥漿狀，強度極低，且有地下水滲流處變形較大。

進一步分析隧道圍巖發生變形的原因，具體包括以下原因：本隧道所在地區主要是炭質片巖，這種巖石具有沿著片里面蠕動滑動的特征，而且還會出現軟質巖流變化，同時其自身構造比較破碎，其強度很低，會長時間存在變形和流變，其自身的抗剪強度強很低，對各種振動具有較大敏感性。在地區特殊的地質構造環境下，很容易產生強烈的扭曲娥變形，進而產生大量密集的節理和摩擦鏡面，導致圍巖的整體性受到嚴重破壞。

3? 施工控制措施

基于隧道內圍巖變形的具體情況及其產生原因，結合隧道施工要求，制定了具體的施工方案和措施。具體如下：隧道內部圍巖嚴重變形段的施工，按照管道超前、合理注漿、控制開挖長度、做好支護措施、盡快實施封閉、盡快完成襯砌為原則，在施工過程中還需要積極進行測量，從而準確掌握隧道施工質量;針對三級和四級圍巖炭質片巖分布的地區，為了控制其變形，一般采用超短的三臺階施工，實施二次襯砌的過程中，需要嚴格控制距離掌子面的距離，一般在35m以內;5級圍巖炭質片巖分布的區域，為了有效控制變形，采用三臺階法進行施工，并配合實施仰拱法。并根據施工需要和人員配備情況實施上臺階加臨時仰拱和中臺階加臨時仰拱的方法;施工過程中做好封閉的速度控制，同時注意做好后續襯砌，這有助于有效控制圍巖變形。

4? 施工工藝

4.1 施工參數

施工過程中，針對炭質片巖地段進行強化支護，確保其施工穩定性和安全性。具體設計為超前支護，使用相應的小導管進行支護，科學設計導管之間的間距，一般控制在30cm左右。初期支護根據需要進行調整和優化，注意控制錨桿及其長度，還需要使用相應的鋼筋網，合理設計網孔間距;實施二次襯砌的過程中，需要合理控制施工厚度，還需要使用對應規格的鋼筋砼。在施工過程中，主要采用三臺階法進行挖掘，同時注意做好相關的支護措施，從而為開挖提供良好支撐，為實現安全有序高效的開挖效果打下基礎。針對施工過程中的超挖掘處，一般采用二次襯砌進行回填，確保其整體挖掘效果。完成相應的仰拱施工以后，要對其進行監測，準確掌握仰拱變形情況，根據變形程度實施二次襯砌施工，確保其整體穩定性和安全性。

4.2 主要措施

（1）增大預留變形量，控制水平收斂變形量。一般情況下，隧道施工過程中，需要結合圍巖變形情況預留一定的變形量，一般控制在30cm左右，該施工過程中，隧道圍巖存在嚴重變形，而且二次襯砌之前存在嚴重侵蝕，為了達到更好的變形控制效果，在地質均勻段預留50cm;拱頂一般需要預留30～50cm;針對不均勻的地段，左側一般預留70cm，右側則預留30cm。

（2）提高鋼拱架強度，做好開挖進尺控制。為了減小隧道圍巖變形，初期支護的鋼拱架選擇I25型鋼，強度得到有效提高，有助于控制變形。五級圍巖地段施工過程中，需要科學控制爆破打眼深度以及火藥用量，一般將打眼深度控制在1.2m，火藥用量則控制在0.25kg;施工過程中一般選擇實施松動爆破技術，避免實施拋擲爆破，這種方式有助于減少對周圍圍巖的干擾，提高圍巖穩定性和安全性，避免發生嚴重變形。

（3）排水措施。在隧道內部對應位置埋設鋼管，方便排水和注漿，并設置相應的集水坑;需要注意的是，炭質片巖自身強度較低，而且為粉末狀，這種情況下如果出現大量積水，就會進一步減弱圍巖的粘接力，加上云母的滑動結理作用，促使圍巖穩定性進一步下降，這種情況下初期的支護往往需要承受更大的圍巖壓力。

（4）拱腳處理。早期的設計過程中，針對拱腳沒有采取對應的鎖腳措施，為了提高穩定性，決定使用鎖腳小導管。為了達到實踐效果，將小導管進行改制，從而達到良好支持效果。隧道拱腳炭質片巖自身強度較低，而且穩定性較差，很容易出現垮塌，為了確保后續施工效果，一般需要使用沙袋對其進行穩定，并留注漿孔，在此基礎上進行支護注漿，促使其達到穩定狀態，這種措施能有效避免圍巖松動圈的進一步擴大。

（5）臨時仰拱。針對隧道臨時仰拱采用對應的I25型鋼砼，一般將間距控制在50cm左右，并將其與早期的支護型鋼進行連接，并設置對應的鋼筋網，一般將網格間距控制在20cm×20cm以內，同時實施型鋼進行焊接，此外，還需要在縱向設22螺絲鋼接接，一般將間距控制在50cm;實踐過程中，為縮短循環時間，需要將臨時仰拱型鋼底部實施墊實，然后實施灌注，在此基礎上鋪設一定的虛碴或設棧橋，這種設計能夠有效避免碾壓，從而保證其結構穩定，為實現良好的支護效果打下基礎。

參考文獻

[1] 蒲耀軍.隧道軟弱圍巖變形施工控制技術探討[J].交通世界，2019（20）：100-101.

[2] 杜沖.鐵路軟弱圍巖大變形隧道施工控制技術方案[J].中國高新科技，2019（11）：88-90.

[3] 李中山.鐵路軟弱圍巖大變形隧道施工控制技術研究[J].工程技術研究，2018（15）：42-43.