公路隧道軟巖大變形施工處理技術

于福康

（中鐵十四局集團第一工程發展有限公司，山東日照276800）

1 引言

對于公路隧道建設，不同的地質結構直接決定了隧道建設的質量和效率。如果隧道建設區域的巖石結構屬于軟巖，由于其受到的風化程度不同，結構厚度的變化也較大，隧道挖掘程度較深，加上施工區域高地產生的巨大應力，極易產生結構性變問題。

2 公路隧道設計方案

2.1 平面結構設計

在隧道建設過程中，其平面結構方案設計需盡可能地使用直線結構，如果必須增加曲線結構，需要采用大數據半徑的結構曲線。與此同時，在方案設計時，需充分考慮洞門的實際位置、結構引導線、結構輔助引導坑、通風井以及其他輔助設備等。除此之外，隧道結構井應保證其交叉性，或在隧道建設時一旦需要接觸其他類型的建筑物，應提前保留一定的安全距離。如果在公路隧道存在縱坡，通常需要綜合考慮隧道使用的實際需求、建筑施工環境以及排水等方面，并選擇較為平緩的坡度數據。

2.2 隧道凈空設計

隧道凈空設計主要是指隧道內部輪廓線所包圍的內部空間。所以一般在實際方案設計時，主要針對的是隧道的結構寬度和整體結構高度。公路隧道的寬度通常需要根據日常公路車流量進行綜合評定。在此基礎上，還需要充分考慮隧道建設的整體長度、地質結構基礎條件、圍巖基礎壓力、施工復雜程度、隧道通風模式等方面[1]。

公路隧道在日常運轉過程中，一般需要按照機動車、自行車以及人行通道進行詳細劃分，因此，需要根據城市規劃方案的實際要求進行智能化處理。比如，在城市內部結構或者城市周邊的隧道公路中，應設立專門的人行通道，有效地將行人和車輛進行區分，而在山區或人煙稀少的自然區域中，可不設立專門的人行通道。除此之外，公路隧道的凈空高度也需按照車輛運輸的最高高度進行確定，并且在隧道建設過程中，其建設形態應根據圍巖壓力的實際要求選擇馬蹄形態、直墻拱形態、圓形態、矩形態等，只有根據城市道路發展以及車輛流通實際要求進行詳細規劃，才能從根本上保證道路結構的穩定性。

3 公路隧道軟巖變形原因

3.1 地質因素

在隧道建設過程中，由于其結構存在的特殊性，一旦開挖后便會破壞施工地區的水道以及地質結構，如果在初期開挖時已經出現少量水資源滲漏問題，那么在后期爆破時，其產生的震動會嚴重影響圍巖結構的穩定能力，同時受到自然環境和巖石結構斷層的綜合影響，隧道建設區域會轉變為褶皺結構，進而受到強大的風力而風化，最終形成粉質泥土巖石，由于此種巖石在施工期間極易破碎，并且整體性較差，加上此種巖石結構大多包含夾層，因此，一旦開挖，巖石結構的承載能力會降低[2]。

3.2 支護強度不足

在隧道工程的地質結構中，如果其主要巖層具有強風化粉砂質泥巖特點，那么在實際建設時，其結構會出現薄層結構構造，并且拱頂位置會出現大量的夾層結構，同時在隧道結構的掌子面拱頂位置左側會出現大量水資源，進一步促進了地下水的結構發育。除此之外，如果隧道施工過程中不能根據圍巖實際情況及時調節支護數據和應用參數，并且以此作為基礎不斷加強拱架結構剛度，仍然使用初始的工字鋼架，那么其整體支護結構強度會有所降低，并且自我穩定能力降低，最終無法保證隧道側面結構的穩定性。

3.3 地下水因素

在隧道建設工程中，針對掌子面地下水進行挖掘時，其水資源主要由孔隙水和裂隙水共同組成，并且在隧道拱頂的右側位置會產生股狀水流。如果隧道內部結構的掌子面左側周邊圍巖整體含水總量相對較大，隧道圍巖的地質會轉化為強風化粉砂質泥巖，此種巖石結構分布十分雜亂，并且大多數巖石為薄層狀，穩定性低。如果長期在水分中浸泡，在4～6 h后結構會開始軟化，導致自身結構穩定能力下降，致使圍巖結構產生結構性變，最終構成隧道左側的巨大壓力，如果其壓力超過穩定工字鋼自身的強度，那么在集中點會產生集中形態應力，最終造成隧道拱架形變[3]。

4 公路隧道軟巖變形應對策略

根據我國公路隧道工程施工的基礎原理進行綜合分析，隧道結構需充分依靠周邊巖石結構體以及自然環境的穩定能力，最終形成相對封閉的力量承受結構。針對此種隧道工程建設現狀，需要技術人員選擇適合的施工技術，如區域分部開挖技術、基礎支護技術、及時成環技術、加長錨桿技術、加固塑性技術等。

4.1 注漿固結

在隧道工程建設過程中，注漿固結技術主要依靠泥漿灌注管道，向隧道周遭破碎的巖石結構體中灌注混凝土水泥等物質，保證混凝土水泥與周邊破碎巖石結構體可以有效結合，形成一個完整的穩固體，最終提升隧道周圍巖石結構的穩定性和安全性，降低地下水對其安全系數的不良影響。

4.2 注漿超前支護

在隧道混凝土水泥物質進行灌注之前，施工人員還需要利用超前支護技術灌注泥漿，使用管棚提高巖石結構體的穩定性，以此提升隧道巖體的整體剛性，此技術不僅可以有效提高巖石的力學綜合性能，一定程度上還可以保證隧道巖石自身的可塑性，最大限度地確保隧道工程順利開展[4]。所以，為保證其結構的總體性能，施工人員應采用鋼架結構、錨桿結構、混凝土結構等方，對巖石結構體進行修補和強化。

4.3 保證支護強度

要保證隧道內部結構的支護強度，應使用更加高強度的工字鋼架進行基礎結構支撐，并且強化錨桿技術以及小導管技術。

4.4 加強二次襯砌

完成隧道前期工程施工后，應根據建筑流程的整體規劃進行二次襯砌結構強化。通常二次襯砌會利用增加襯砌厚度、提高襯砌混凝土規格標號等方式不斷強化隧道鋼筋混凝土結構[5]。

1）在隧道內部結構建設過程中，其結構左側拱腳位置應增加長度約為4 m的注漿小型號導管，并保持1 m間距，然后對隧道拱架的巖石結構體進行灌注和穩定，其水泥混凝土的整體比例應保持在1∶1，小型引導管注漿時，其壓力應保持在0.5～1 MPa，從根本上優化隧道圍巖的整體性能，強化巖石結構體結構強度和圍巖的自我穩定能力，從而保證隧道形變程度。而針對隧道內部已經形變的區域和結構段，施工人員應將結構應力進行集中處理，有效實現公路隧道內部的臨時仰拱支撐達到預期效果。在實際隧道工程建設過程中，臨時支護結構的各個間距應保持在約1 m，并且針對原本存在的拱架結構，使用型號為Ⅰ18的工字鋼材質，并選擇合適的安放位置，以斜面作為基礎支撐，其支撐范圍應保證在形變位置的前后約5 m，保證隧道形變區域的拱架相互連接形成閉環狀態，充分分散隧道巖石結構體的綜合應力。

2）在隧道形變區域以及修護路段，需要在其形變初期進行支護鉆孔操作，并不斷尋找相關水源集中區域進行放水減壓，盡可能地降低水壓對隧道圍巖大面積擠壓。施工人員需使用風槍設備在隧道位置進行鉆孔操作。一旦發現隧道巖石有水滲透，需要在間隔為50 cm的位置進行鉆孔，孔洞整體深度應保證在約3 m；若孔洞鉆取后仍無法正常出水，則需要在間距為50 cm的位置上繼續鉆孔，直至孔洞內部有水分滲出，此時施工人員應及時觀察孔洞是否形成漫流狀態，如果已經形成漫流，則需要進行間隔鉆孔，并針對結構面的實際狀態，提前灌注混凝土泥漿。

隧道注漿時，需要使用深淺孔組合技術，加上后退模式進行區域的分段泥漿灌注，其中外層泥漿灌注整體長度約為20 m，內層泥漿灌注長度約為30 m，并且泥漿灌注整體間距需要以約1 m的梅花形進行全面布置，其外部橫向角度一般保持在5°～25°，其泥漿灌注材料采用水泥泥漿，整體泥漿灌注壓力需保持在1.5～2.5 MPa，才能有效實現隧道工程順利開展。除此之外，泥漿灌注需要遵照從外部到內部，從上部到下部的灌注順序進行。

泥漿灌注后期，需要針對隧道圍巖的實際狀態進行穩定施工，對于后期需要進行技術施工的圍巖，應按照不低于4級形變支護的要求進行支護，保證工程正常開展。在結構系統中，所使用的工字鋼型號應為I18，其設置間距應約為70 cm，所搭配錨桿長度應保證在6 m以上，施工間距應為100 cm，為了從根本上保證隧道施工的安全性，在二襯施工時，需要使用厚度至少為45 cm的鋼筋混凝土結構，并且在實際工程施工過程中，需要采用分區域開挖技術，并在建設完畢后及時封閉，以保證工程的整體性。

5 結語

由此可見，通過大量隧道建設的實際數據和信息可以有效證明，隧道內部結構產生形變之后，首先需要詳細觀察施工現場的實際情況，結合施工區域的自然環境和水文地質特點，詳細了解隧道軟巖形變對于支護的破壞程度，最終制訂合理的解決方案，盡可能地將隧道建設的損失降低至最小。