浅谈公路隧道穿越软弱围岩的变形与控制方法

浅谈公路隧道穿越软弱围岩的变形与控制方法

吴兴新

云南省公路科学技术研究院云南昆明650000

摘要：公路隧道施工是一个非常复杂而困难的过程，在施工过程中，经常会出现一些严重的问题，比如软弱围岩变形和支护不平衡。所以，如何控制围岩的变形程度，使其不超出标准范围是隧道施工过程面临的一大问题，如果不能科学合理地解决这个问题，可能会导致一系列连锁反应，例如：支护变形、开裂、甚至坍塌等，这些问题将导致车辆无法在隧道中正常行驶，严重时可能给人们生命财产带来威胁。因此，在公路隧道施工中要彻底消除安全隐患，从我国地理环境的实际情况出发，找出围岩变形的原因，针对性地进行研究，找出解决办法，保证公路隧道建设质量，保障人们的生命财产安全。

关键词：隧道施工；软弱围岩；变形控制

一、软弱围岩概述

近年来，随着社会经济的发展，我国公路建设也在迅速发展，公路隧道数量不断增加。然而，在施工过程中不断出现各种复杂的技术问题，如公路隧道的围岩的变形、变形控制和各种原因导致的塌陷等。以及跨越不同的地质灾害所面临的困难。工程技术人员解决了喀斯特地貌、天然气地层和众多不良地质带来的难题，解决了公路隧道设计和施工的技术难点，施工技术大大提高。其中一个较为普遍的问题是，当公路隧道穿越软弱岩层时，如果没有正确地实施措施，在初始阶段可能会发生大变形，甚至造成坍塌。

软弱围岩指的是指不稳定的岩石，其稳定性不符合标准，具有较强的风化作用，岩石质量较低。其中，断裂区、围岩粘性土、黄土、膨胀土等较为常见。软弱围岩的的不稳定还体现在，它的硬度和完整性较差，水文特征和气候条件日益影响到软弱围岩的稳定性。此外，软土密度较低，裂缝也比较大，容易出现变形问题。如果隧道穿过这片围岩，它将不可避免地导致岩层断裂和崩塌。从岩层本身的角度来看，其砾石直径大于2mm，总质量小于50%。土壤类型主要包括石土、砂砾土和砂砾土。针对围岩的变形和控制方法，只需要研究粘土围岩及围岩周围的碎石，以解决其他围岩的变形问题。

为了解决隧道穿越软弱围岩时发生的变形问题，技术人员一直在实践中寻找解决办法，经过多年的实践研究终于找到一些有效措施，比如CD法和CRD法，这些方法有效地帮助解决了公路隧道施工中出现的围岩变形问题。

二、隧道变形原因分析

本文将从以下几个方面对软弱围岩隧道施工时的变形问题进行分析。其中地表下沉、支撑拱的减小或水平收敛位移也会影响隧道的施工质量。

1、施工不合理，内部变形。

在隧道施工前，围岩基本上处于一个静止不动的状态，但很明显可以发现岩层处于底部的压力下。隧道进行挖掘施工后，原始的平衡力被破坏，并且围岩被迫进入新的应力状态。所以，在这种情况下，为了保持平衡，隧道内部不得不发生变形。同时，由于弱围岩的土质较差，强度较低，应力较大时容易发生塑性变形。在这个过程中，较高的应力被转移到周围岩石的深处。该应力慢慢转移到岩体内部。如果岩层承受的压力过大，隧道就会发生变形，甚至坍塌。隧道在洞内稳定性较差，因此在周围地区裂缝更为常见。

2、施工方法不当，隧道变形。

隧道跨度问题是软弱围岩隧道施工过程中存在的一个较为普遍的问题。穿越软弱围岩的的隧道施工受到了地质特征和沉降问题严重影响。技术人员不能简单地从施工的方便性和施工的周期性考虑，充分考虑合理的施工方法是必要的，从许多公路隧道施工项目来看，显然是台阶法是不可取的，因为这种方法不利于解决问题。此外，地下水的不合理处理，掌子面与二次衬砌及仰拱间的安全步距严重超标，不是科学的施工方法。由于对隧道变形控制的条件非常严格，地层软弱非常容易渗水，尤其是围岩在遇到水是时候会迅速变软，但是如果采用了难以控制软弱围岩岩层变形程度的施工方法。施工过程中不仅没有相应的沉降控制措施，而且忽略了工艺控制的细节问题，容易在初期就出现一些安全隐患，而在后期的施工过程中，这些遗留问题处理起来难度非常大，加工成本也很高。

3、未能及时支护和密封。

不及时的支护意味着隧道挖掘工程施工后，容易导致围岩变形过大，难以支撑施工。不及时采取临时支护，不适当的支护措施，以及不适当的封闭掌子面，所有这些都会导致岩石变形甚至坍塌。没有及时的封闭成环，就意味着在隧道开挖施工后，没有明确的施工步骤，或者主要支撑拱墙的封闭结构没有及时形成。主支撑的承载力不能充分发挥。

三、软弱围岩隧道变形控制措施

1、重视超前工作

（1）加强隧道地质预报。

在软岩隧道开挖过程中，经常会遇到与地质条件提供的实际地质条件和施工设计图纸不符的严重问题，因此，施工单位不仅要在隧道设计阶段进行综合地质调查，还要在隧道开挖过程中进行隧道超前地质预报，结合隧道地质预报方案，编制详细的地质预报方案，推进地质预报工作。简单的地质记录可以在没有复杂地质条件的地区进行。软岩的可靠性和稳定性可根据地下水水质、裂隙发育程度、地层岩性、地质构造等进行判断和分析。在地质条件比较复杂的地区，对基础地质和地质超前预报的测井资料进行了及时的调查和数据分析，提高了隧道地质预报的质量和准确性。在浅层隧道的地质区域，利用水平钻孔进行隧道挖掘，提高隧道施工的安全性，结合实际地质条件。

（2）加强预加固工作

隧道掌子面垂直方向和水平方向的挤压变形是软岩隧道变形的主要表现形式。此问题可通过早期注浆或早期清淤控制来控制工作面的变形，此外，应注意控制隧道工作面的位移，对软弱底板和断层断裂带提前进行围岩加固，并控制掌子面围岩的变形。

2、严格落实施工环节

（1）施工方法要合理

在软弱围岩隧道挖掘施工中，施工人员必须把软弱围岩的承载力充分考虑进去，将隧道可能的变形范围减少到最低限度，从而保护隧道穿越的软弱围岩以及周围岩体，并对软弱围岩的变形趋势进行控制，及时采取防护措施。保证施工安全是在进行施工方法选择时首先要考虑的问题。通过简化施工过程和改变施工工艺来提高隧道施工质量和效率，在隧道施工过程中，施工人员应根据岩石地层和地质条件，加强监测、使用科学合理的施工方法，在开挖的过程中，监测根据实际地质情况，调整施工方案，爆破的方法，应该严格控制爆破荷载，爆破点的深度和数量，提高爆破技术，尽量减少软岩层爆破扰动。

（2）及时实施初期支护

在隧道施工中，早期支护可以减少软弱围岩的变形范围。在隧道开挖的初始阶段，可以避免初始支护措施和软弱围岩支撑的变形压力，从而避免隧道塌陷。如果早期施工支护不及时或效果不好，隧道的变形范围会继续扩大，容易造成松散破碎的软岩的形成，增加荷载。在软弱围岩承受巨大的压力下，早期施工的支护变得被动，容易导致初始支护结构变形，导致隧道塌陷。因此，施工人员应注意早期施工的快速支撑措施，以保证支撑结构的强度和刚度，控制变形。软岩隧道目前包括喷射混凝土和锚网、钢拱支护和喷射混凝土的联合支护。结合锚网支持三种早期支护技术，在特殊的地质环境中也可用于玻璃纤维增强混凝土或钢筋混凝土。当隧道支护结构不紧密时，应积极使用支撑拱、大拱脚、锚杆等工具加固支撑结构，以防止隧道整体下沉。

3、加强监测工作

监测软弱围岩的变形是软弱围岩隧道施工和开挖中的一个重要环节。它能有效地确定隧道工作面的支护结构是否可靠稳定，为周边薄弱岩质隧道的安全施工提供指导。提高了施工质量。拱顶下沉和水平收敛是软弱围岩隧道变形监测的主要监测对象。在浅埋区隧道中，采用沉降面测量。在软弱围岩隧道中，掌面的范围较大。如果采用测量方法，则消耗的时间长，产生的干扰大，精度也达不到理想效果，整体上会影响隧道施工的质量和效率，因此不需要进行尺度测量。在监测和测量中，技术人员应加强专业管理，构建科学合理有效的报告制度，及时反馈监测信息，并进行记录，严格监控施工中岩层的动态信息。在实时监控状态下进行隧道施工设计，确保隧道的施工安全。

四、结语

由于软弱围岩的地质特征，隧道开挖过程中容易发生变形。施工中必须结合软弱围岩的易发生变形的特点，采取有效措施进行控制，保证隧道施工的安全性，防止隧道安全事故的发生。目前，我国的基础设施建设项目都在不同程度上得到了很大的发展，而这些特殊类型的隧道数量也随着经济的发展以及社会发展的需求逐年增加。学者们已经开始研究隧道施工过程中出现的各种问题的解决措施，并取得了很大的收获，有一些研究成果已经运用到建设中了。未来，学者需要不断深入研究，公路隧道建设提供更有效的解决措施。

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