淺埋偏壓軟弱圍巖隧道施工技術(shù)研究

程津根

（宜春市公路事業(yè)發(fā)展中心靖安分中心，江西宜春 330699）

0 引言

近年來，在經(jīng)濟不斷發(fā)展的大背景下，我國對交通建設(shè)更為重視，便利的交通是我國經(jīng)濟穩(wěn)定發(fā)展的基礎(chǔ)。作為交通工程重要組成部分的隧道工程，在施工過程中存在較大局限，容易受到各種地質(zhì)條件的影響，并且存在一些不可預知的影響因素，給隧道工程施工造成較大阻礙。淺埋偏壓軟弱圍巖隧道施工技術(shù)的應用可以有效解決這一難題，其在科學合理的工藝流程和施工技術(shù)條件下實施，大幅度提升了隧道工程的安全性和可靠性。

1 淺埋偏壓軟弱圍巖隧道概述

1.1 形成原因

淺埋偏壓軟弱圍巖隧道形成的主要原因是該地區(qū)圍巖受外力嚴重影響，出現(xiàn)變形和不對稱的情況，導致偏壓荷載對支護產(chǎn)生影響。這類隧道的產(chǎn)生主要有三個方面的原因，即施工技術(shù)、地質(zhì)和地形[1]。

1.1.1 施工技術(shù)原因

在工程施工過程中，會應用許多施工技術(shù)，這些技術(shù)的應用是否專業(yè)會影響到工程的質(zhì)量。當前，部分工程項目在施工之前，并未將所采用的施工技術(shù)和方法提前進行合理規(guī)劃和分析，導致在開挖過程中發(fā)生坍塌，降低圍巖壓力，使隧道受到的壓力不均勻，形成嚴重的安全隱患。

1.1.2 地質(zhì)方面原因

在實際施工過程中，淺埋偏壓軟弱圍巖隧道受到地質(zhì)條件影響，若地質(zhì)條件與有關(guān)的標準和規(guī)范不符，在實際施工中，會產(chǎn)生嚴重的誤差，導致隧道形態(tài)軟弱，對整體穩(wěn)定性造成影響。另外，巖體在隧道施工中，易出現(xiàn)滑動的情況，產(chǎn)生偏差，這些因素嚴重影響著隧道工程質(zhì)量，降低了竣工后的應用性。

1.1.3 地形方面原因

地形條件也會對隧道施工造成影響，通常情況下，隧道都是依山而建，其與地面之間有著一定的傾斜度，形成側(cè)壓。隧道由于不同壓巖層的壓力而受到影響，因此造成隧道淺埋深度存在差異性，這也是隧道發(fā)生偏差的主要原因之一。

1.2 淺埋偏壓軟弱圍巖隧道特點

深埋隧道會形成承載拱，而淺埋隧道則不會。在淺埋隧道開挖時會受到地形和地質(zhì)因素影響，如軟弱圍巖、地形差異、表層軟弱堆積物等。在淺埋隧道開挖過程中和結(jié)束后都會出現(xiàn)拱頂沉降加快、隧道內(nèi)發(fā)生凈空收縮、地表產(chǎn)生裂縫等問題，有些部位還有可能出現(xiàn)掌子面穩(wěn)定性較差的情況[2]。為有效解決這些問題，首先是提升掌子面穩(wěn)定性，或是通過有效措施解決地表沉降。地表下沉和埋入深度存在關(guān)聯(lián)，若埋入較深，承載拱會出現(xiàn)在隧道橫斷面中，可以把開挖產(chǎn)生的沉降控制在隧道四周。若埋入較淺，則不會出現(xiàn)承載拱。

為避免發(fā)生支護沉降并提升支持力，需要施工人員利用合理的方式，結(jié)合各種輔助方法來進行施工，如垂直錨桿、液壓壓注等。隧道前方的先行沉降情況是較大的影響，會造成地表大面積沉降，需要施工人員在施工前對前方地層進行改良，采用如水平高壓旋噴或管棚等輔助性施工措施。

另外，在施工前還應詳細地對地質(zhì)進行勘查和測量，及時把監(jiān)測結(jié)果提供給施工人員，以此形成完整具體的地質(zhì)報告，利用有效的施工技術(shù)避免在施工過程中發(fā)生坍塌、巖石爆裂等事故，使工程能夠順利開展。

同時，這種施工方法可以降低工程施工中發(fā)生安全事故的概率，降低了投資成本，為企業(yè)減少不必要的支出。因此，很多進行淺埋偏壓軟弱圍巖隧道施工的企業(yè)都十分重視隧道的地質(zhì)。在實際施工操作過程中，應盡可能采用早進晚出的方式進洞，確保施工操作的有序進行；同時，還需要對洞門的建設(shè)進行嚴格把控，降低其對山體的干擾，從而提升整體施工水平，最大程度地保障施工的安全性和可靠性[3]。

2 淺埋偏壓軟弱圍巖隧道施工技術(shù)

2.1 超前支護及預加固

2.1.1 超前支護

在軟弱破碎地質(zhì)隧道施工過程中，即使利用深孔注漿進行止水固結(jié)，但還會存在范圍的限制，并且在地質(zhì)上和注漿過程中存在一些不確定因素，為確保施工的順利進行，需要在開挖前進行超前支護。通常情況下是利用超前錨桿和超前小導管來進行超前支護，而超前支護的效果直接影響著掌子面的穩(wěn)定性。從作用成效來看，超前支護有三個方面的作用：

第一，梁效果，超前支護的結(jié)構(gòu)可以看作一個順著隧道縱方向的梁結(jié)構(gòu)，起到一個剛性梁的效果。

第二，殼效果，超前支護在掌子面前方能夠形成一個殼結(jié)構(gòu)，掌子面和附近圍巖通過其厚度和剛性來確保自身穩(wěn)定性。

第三，改良效果，增加隧道周圍圍巖的強度，這是注漿法最主要的效果[4]。

2.1.2 套拱

這項技術(shù)主要應用于隧道洞口處的開挖施工，從洞口延伸到拱線處，使用鋼筋進行縱向位置的串聯(lián)。在挖掘過程中隨著隧道的不斷深入，所產(chǎn)生的截面會和隧道洞口形成一致的拱線，確保超前支護的順利開展，增加了洞室輪廓的完整性。

2.1.3 注漿

地下水對淺埋偏壓軟弱圍巖隧道施工具有較大影響，這類隧道中的地下水除裂隙水外，經(jīng)常連通地表水，構(gòu)成補給通道。近年來，經(jīng)過不斷探索和研究，提出許多在淺埋偏壓軟弱圍巖隧道施工中的有效措施，保障隧道施工的正常開展和施工進度，確保施工質(zhì)量，降低了發(fā)生安全事故的概率。通常情況下，采用以堵截為主、捧引為輔的原則來處理淺埋偏壓軟弱圍巖隧道地下水，對地下水進行堵截的方式有兩種：

一是利用高壓注漿的方式來調(diào)整整段巖層的結(jié)構(gòu)，即對整段進行注漿止水，并加固松散巖體，也就是對圍巖等級進行提升，優(yōu)化圍巖整體指標，主要措施有深孔劈裂、擠壓注漿等。

二是建立止水帷幕，即在隧道開挖輪廓線之外進行環(huán)形注漿，避免開挖工作面中流入地下水。這種方法對開挖段的巖體結(jié)構(gòu)不會造成任何改變，主要有潛孔注漿、管棚注漿、小導管注漿、中空錨桿注漿以及正在研發(fā)的水平旋噴注漿技術(shù)等方式。

2.2 隧道開挖

為避免軟弱圍巖低端的坍塌，必須采用準確的開挖方法，如短臺階法、分布開發(fā)法等，進行開挖施工[5]。若在隧道開挖的過程中出現(xiàn)大量出水、流砂、溶洞、斷層以及破碎帶時，及時對施工方法作出調(diào)整，加強支護力，或者采用其他有效的技術(shù)來處理。在進行施工前，充分將各方面因素考慮齊全，如地質(zhì)情況、施工實際情況、圍巖等級、坡面實際情況、地下水以及氣候因素等。詳細分析和研究施工方案并將方案進行比對，從中選擇最科學合理的方案施行。正向施工法和反向施工法是在洞口段施工中最主要的方法。

2.2.1 正向施工法

正向施工指的是在施工區(qū)域內(nèi)通過科學分區(qū)法和臺階挖掘法進行隧道施工。科學分區(qū)法是對那些圍巖變化較大的部分進行科學分區(qū)，不需要調(diào)整整個施工區(qū)域。科學分區(qū)法能夠有效提升隧道施工的質(zhì)量和效率，降低施工風險性。一些相對較復雜的施工環(huán)境可以應用分區(qū)法[6]。臺階法適用于軟弱夾層的發(fā)育區(qū)，操作比較簡單，并且效果顯著，地表會隨著臺階法的挖掘長度逐漸變短而產(chǎn)生降低情況，此時只要及時對臺階長度進行調(diào)整，就可以降低對圍巖的破壞，確保自身的地質(zhì)結(jié)構(gòu)。

2.2.2 反向施工法

在隧道施工中不僅需要挖掘出隧道，還需要使其與橋梁相連。在對隧道和橋梁進行連接時，當前我國使用最多的是反向施工方式。施工人員可以從洞口處入手，進行加固，增加地標結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。加固工作在施工過程中是非常重要的，對橋臺和隧道連接的穩(wěn)定性進行提升，才能更有效地保障隧道施工順利進行，否則會導致隧道邊仰坡的破損。這種施工方法適用于與橋隧相連的位置或者洞口為外懸與巖陡坎段。沒有施工場地而且邊仰坡覆蓋層極度破碎的隧道，為盡快完成洞口段工程，可以在洞口段地表預加固和對橋臺進行施工時，將洞口反向挑開。其特點在于可以邊進行橋臺施工，邊進行封閉邊仰坡，有效避免了直接和破碎的邊仰坡接觸。

在隧道洞口段施工過程中，科學合理地選擇適合的開挖方法和支護方法是至關(guān)重要的，不僅能夠增強施工的安全性，還能夠確保工程的質(zhì)量和進度，避免不必要的資金投入，節(jié)約項目成本，提升效益[7]。同時，還可以降低對自身底層的侵擾，減少運營時可能發(fā)生的地質(zhì)災害，減少投入的運營工務，也美化了洞口的環(huán)境。

2.3 監(jiān)控量測

監(jiān)控量測也稱作圍巖變形量測，主要量測的對象是隧道開挖過程中圍巖支護系統(tǒng)的變形過程，為獲得進行觀測和控制圍巖穩(wěn)定性所需的精準的關(guān)鍵性宏觀信息，必須在施工中量測圍巖變形情況。由此可以看出，以圍巖變形監(jiān)測為主的信息技術(shù)，是隧道工程最大程度實現(xiàn)安全性與經(jīng)濟性相統(tǒng)一的關(guān)鍵。通常情況下，主要針對施工前和施工中的隧道進行量測。施工前的量測主要通過調(diào)查地質(zhì)、剪切試驗、現(xiàn)場試驗等方式對圍巖的特征進行掌控[8]。量測圍巖內(nèi)松弛范圍、量測支護結(jié)構(gòu)和圍巖間的接觸應力、量測支護結(jié)構(gòu)內(nèi)應力都屬于施工中的量測。

通過研究和分析量測結(jié)果，可以準確判斷圍巖穩(wěn)定性，然后對施工順序進行合理安排，并評估結(jié)構(gòu)承載能力。通過分析和研究發(fā)現(xiàn)，在工程項目中，合理地把圍巖變形量測手段和其他量測工作相結(jié)合，能夠有效提高設(shè)計和施工效果、提升施工效率、縮減工程成本、提升施工的安全性，進行量測在現(xiàn)代隧道施工過程中是至關(guān)重要的。

2.4 隧道防排水

在隧道施工過程中，必須最大程度地保證隧道整體穩(wěn)定性，利用“防、截、排、堵”的方式開展隧道防排水施工工作。始終以因地制宜與綜合治理相結(jié)合為施工原則，進行科學合理的防排水施工。一部分隧道在施工過程中對水文環(huán)境的要求較高，必須把堵作為主要的目標，對排量進行限制，預防危害到隧道施工，最終達到提高防水效果的目的，增加工程經(jīng)濟性。洞外防排水和內(nèi)部并不一樣，施工人員可以在隧道進口處設(shè)置保溫暗管，排出洞內(nèi)的側(cè)溝水。在進行洞內(nèi)防排水時，需要將雙層的蓋板設(shè)置在洞內(nèi)兩邊，以此來保證水溝的溫度，采用保溫材料，增強防排水的質(zhì)量和效率。

3 淺埋偏壓軟弱圍巖隧道施工中需要注意的問題

同一般隧道相比，在實際施工過程中，淺埋偏壓軟弱圍巖隧道的難度會更大，所使用的相關(guān)施工技術(shù)更加專業(yè)[9]。為確保工程施工質(zhì)量符合有關(guān)的要求標準，必須注意以下幾點：

在隧道工程正式施工之前，先對施工現(xiàn)場的實際情況進行詳細、認真的勘測和審查，在對實際情況有綜合了解的情況下制訂合理的施工方案，利用有效措施預防偏壓問題對工程造成的各種影響，為施工的順利開展提供保障。

要在超前支護、進尺短、弱爆破、多測量、重視排水和強支護為開挖原則的基礎(chǔ)上進行工程開挖施工，為預防出現(xiàn)不必要的問題，影響工程的總體質(zhì)量，在進行各項施工時需嚴格遵照有關(guān)規(guī)定和標準。

在施工過程中，需有效地將超前支護和錨噴支護作用在一起，將超長管棚、短管棚和型鋼鋼架相融合，從而最大化發(fā)揮聯(lián)合支護的價值。同時，為保證施工的正常進行，需進行隧道仰拱的施工，最大程度發(fā)揮錨噴支護和鋼架支護的應用價值。

在隧道施工過程中，排水工作也占據(jù)重要位置，及時對洞內(nèi)積水進行排出，預防其侵蝕隧道。同時，嚴格按照相關(guān)規(guī)定和標準進行洞內(nèi)的各項施工，最大程度地保障洞內(nèi)施工安全性[10]。

4 結(jié)語

通過上述的分析研究發(fā)現(xiàn)，淺埋偏壓軟弱圍巖隧道技術(shù)具有一定的特殊性和復雜性。在實際隧道施工過程中，需根據(jù)具體的地表形態(tài)和地質(zhì)特點，制訂科學合理的施工方案，在施工前要提前對施工區(qū)域的地質(zhì)進行勘查和監(jiān)測，最大程度地提升施工安全性。高質(zhì)量的施工需要高技術(shù)的支撐，這要求在施工過程中利用適合的施工技術(shù)進行施工，從而建設(shè)出高質(zhì)量的隧道工程，促進交通建設(shè)，推動經(jīng)濟發(fā)展。