軟弱圍巖隧道開挖及支護施工技術探究

何正軒

摘? 要：在隧道工程施工中，經常會遇到一些軟弱圍巖地段。應結合地質勘察信息，設計施工方案，幫助現場施工人員掌握開挖及支護的技術要點。文章以某隧道工程為例，首先介紹了開挖施工形式、斷面作業方法;隨后簡要概述了噴射混凝土支護、錨桿支護等隧道支護方式的施工方法;最后結合個人經驗，就軟弱圍巖隧道開挖及支護施工中需要重點關注的事項進行了總結。

關鍵詞：軟弱圍巖;隧道施工;三臺階法;噴射砼

中圖分類號：U455.7 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2020）14-0143-02

Abstract： In tunnel construction， some weak surrounding rock areas are often encountered. According to that key technical points of geological survey information， design construction plan， helping the site construction personnel master the technical key points of excavation and support， this paper takes a tunnel project as an example and introduces the excavation construction form and section operation method. Then， the construction methods of shotcrete support， bolt support and other tunnel support methods are briefly summarized. Finally， based on personal experience， this paper summarizes the key issues that need to be paid attention to in the excavation and support construction of soft surrounding rock tunnel

Keywords： weak surrounding rock; tunnel construction; three-step method; sprayed concrete

引言

軟弱圍巖具有孔隙率大、膠結性差，以及易變性等特點。在隧道施工中，需要采取工程技術方法，對軟弱圍巖進行有效的加固。這樣在隧道開挖后，周邊的巖體才能承受來自隧道上部土石結構的重力，保證了隧道的穩固和安全。受到軟弱圍巖工程特性的影響，在隧道開挖和支護時都必須結合具體情況，制定相應的技術方案，才能保證工程的順利開展，以及確保隧道質量安全。通過樹立全過程控制理念，從隧道前期地質調查與規劃設計，到中期開挖與支護，再到后期進行養護和監測，都要嚴格做好質量監管和技術控制。

1 工程概況

某隧道工程隧址所在區域的地層為志留系，弱風化片巖，埋深較淺，節理裂隙發育，局部巖體呈現出破碎狀。主線隧道限界凈寬為10.5m，三車道隧道限界凈寬為14.5m，車行橫洞建筑限界凈寬4.5m，人行橫洞建筑限界凈寬2.0m，凈高2.5m。為確保施工安全、有序進行，提出有效的開挖及合理的支護方案。

2 軟弱圍巖隧道開挖技術

2.1 開挖方法的選擇

影響軟弱圍巖隧道開挖方法的因素較多，例如隧道的參數（長度、高度等），斷面形狀以及周圍的水文地質特點等等。因此，設計人員需要綜合現有的調查資料，同時結合施工需求，對比幾種常用的開挖方法，然后擇優選取。常用的開挖方法有三種，分別是：（1）明挖法。適用于一些淺埋隧道，其優點是施工工序、技術操作相對簡便，安全性、經濟性較好。缺點是開挖過程中可能會對周邊的土層結構造成擾動，因此隧道周邊如果有其他建筑物或已經建成的隧道，則不宜使用。（2）暗挖法。對于不適合采取明挖法的隧道，可以考慮暗挖法。其優點在于開挖量小，施工周期短。（3）蓋挖法。如果隧道線路從建筑物下穿過，可以在靠近建筑物的附近，選擇向下開挖至一定深度，然后將頂部封閉。

2.2 隧道斷面作業方法

根據圍巖特性、施工環境的不同，可以選擇的隧道斷面作業形式有以下幾種：（1）三臺階法。按照分步開挖、分步支護的方式，在三臺階上分別設置若干數量的鉆孔，然后先鉆孔內裝藥并爆破，清理爆破后產生的巖石，并對爆破后形成的作業面進行簡單的處理，噴射混凝土完成支護。這種作業方法的優點在于作業面更大，方便進行機械化施工。同時上臺階可以為中臺階、下臺階提供支撐，保障了作業安全。這種斷面三臺階法的施工流程如圖1所示。（2）CD法（中壁法）。將隧道斷面分為左右兩側，先進行一側的斷面施工，同時做隔壁墻。然后在墻的另一側繼續完成剩余部分的斷面施工。這種方法的優點在于提高了斷面承載力，在防沉降方面優勢突出。但是施工工序繁多，且無法使用大型機械。

3 軟弱圍巖隧道支護技術

3.1 噴射混凝土支護

3.1.1 支護準備工作

采用噴射混凝土方法進行隧道支護，在前期準備環節需要做好以下工作：首先，對作業面進行必要的處理，營造良好的施工環境。檢查巖石是否存在嚴重破碎、松動的情況。如果有，則需要使用工具將這些松動的巖石清理掉，然后進行沖洗。考慮到軟弱圍巖吸收水分后可能會發生變形問題，因此在清理方式的選擇上，需要用高壓吹風機吹掃代替高壓水槍沖刷。其次，還要提前制備混凝土?；炷恋馁|量和性能，也是決定支護效果的重要因素。例如，在水泥的選擇上，以P·O42.5水泥為主，適當使用一些30μm的超細水泥。為了提高混凝土的性能，還可以選擇抗滲劑、增強劑等外加劑，提高支護效果。在水灰比上，按照0.8：1的比例，讓混凝土相對稀薄，可以降低噴射阻力，并且使混凝土與巖石更加緊密的貼合。對于圍巖滲水比較嚴重的，需要預設排水管，確保滲水能夠及時排出到隧道外面。

3.1.2 支護技術要點

可采取分段、分片的方法進行噴射施工，先噴下部，逐次向上，每個噴射段的長度應控制在6.0m以內，可采用螺旋移動的方法進行噴射，與巖面之間的距離應當控制在1.0m左右;首次的噴射厚度可按具體的部位進行確定，不得超過設計允許的范圍，初噴時，厚度以4-6cm為宜，復噴時厚度要控制在6cm以內。復噴時，現場施工人員還要注意觀察初噴的混凝土是否已經完成終凝。如果已經終凝，需要使用噴壺在表面噴水，保持均勻濕潤后再進行復噴，這樣可以提高噴射效果。在復噴結束后，就需要立即開展養護作業。養護時間控制在10d左右。

3.2 錨桿支護

3.2.1 支護準備工作

錨桿支護也是軟弱圍巖隧道支護的一種常見形式。同樣的，選擇錨桿支護也需要做好前期準備工作。一方面是機具設備的準備，主要用鉆孔機、錨桿、鉆頭等。鉆機的功率、鉆孔的直徑、錨桿的材質和長度等等，都需要符合隧道支護方案中的要求。另外，結合前期的調查結果，還應當在隧道斷面上選擇合適位置作為鉆孔點。鉆孔的布設位置也要提前設計好，檢查設備是否能夠正常運行。完成上述準備事項后，開始進行錨桿支護作業。

3.2.2 支護技術要點

將鉆孔機移動至標記點，調整機身、鉆頭的角度，使其與斷面保持垂直，然后啟動鉆機開始鉆孔。鉆孔過程中要注意觀察機器上的儀表盤，如果發現鉆進速度減慢，需要觀察是否遇到堅硬巖石，此時需要重新調整鉆探方法，避免鉆頭受損或是卡掉。鉆孔完成后，需要重新檢查成孔質量。重點檢查孔壁是否有開裂問題，鉆孔傾斜率是否超標，鉆孔深度是否達到要求等。如果成孔質量較差，則視為廢孔，需要重新選取位置鉆孔。對于符合要求的鉆孔，進行清理工作，為錨桿支護創造良好條件。

本次工程中所用錨桿主要有3種，分別是普通的水泥砂漿錨桿、中空注漿錨桿，以及藥包錨桿。對于前兩者，只需要按照施工方案完成安裝即可，施工比較簡便。而藥包錨桿則對操作工序有嚴格要求。對藥包錨桿進行施工前，應當先對藥包進行檢驗，可采取泡水的方法，藥包不得存在結塊的現象，藥包錨桿的施工流程如圖2所示。

4 軟弱圍巖隧道施工中的其他注意事項

（1）重視隧道工程的地質勘察和規劃設計，選擇科學的開挖方式及支護方案，并做好技術交底工作。特別是在支護作業中，即便是已經完成了支護任務，施工單位也需要安排專人，定期對支護區域開展巡視。如果發現支護破損，則需要立即上報。在分析問題原因后，選擇重新支護，或是更換支護形式等措施，保證支護的穩固性。（2）開展必要的技術培訓工作。對所有參與隧道開挖、支護施工的人員，在施工前組織集中培訓，明確開挖、支護的技術要點，并且強化質量安全意識。完善施工質量及安全管理的責任意識，保障隧道內部各項作業活動高效率、高質量的開展。（3）隧道的洞口與平導連接處，是支護施工的重點和難點。應當重點關注支護效果。在支護完成后需要利用現代儀器進行連續監測，保證不出現支護失效的情況。

5 結束語

云南地區的隧道施工中，經常會遇到軟弱圍巖地質。這種圍巖結構穩定性差、承載力弱，如果不采取有效的支護，可能會在施工過程中出現圍巖變形甚至是引發坍塌事故，不僅影響了正常的施工進度，還會造成嚴重的安全事故。為此，我們需要開展詳細的地質勘察，對巖土結構、水文特點有所了解，在此基礎上完善設計規劃，制定施工方案。同時，在具體的開挖作業、支護施工中，又要加強技術管控和質量監督。只有統籌做好各項工作，才能高質量、高標準的完成隧道施工任務。

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