隧道软弱围岩施工技术探索张宇

隧道软弱围岩施工技术探索张宇

张宇

中交一公局第二工程有限公司江苏苏州215000

摘要：随着科技水平的飞速发展，建筑业也得到了突飞猛进的进步，并随着隧道建筑措施的需求不断提升，科学使用隧道软岩建筑措施是软岩力学特征的体现。本文就隧道软岩施工技术进行简要探讨，希望对隧道建筑业的发展有良好的促进作用。

关键词：施工技术；软弱围岩；隧道

0引言

隧道软岩的施工技术要求比较高，且对整个工程质量的影响比较大，其成本控制也比较困难，是影响施工过程的一大难题。但如果在施工期间，全面了解其地质情况，灵活运用各种施工策略，加强施工过程的技术指导，严控质量，其问题也就慢慢得以控制了。工程施工期间，最关键的就是质量与安全，要在保证人员安全的情况下，合理控制施工质量，确保施工工程的科学性与应用性。

1隧道软弱围岩工程施工特点

1.1地质特点

软弱围岩就是指更新统、中更新、第四系全新的破残积土，主要遍布在风积砂、溶洞充填物、人工杂填土、淤积层、江河湖岸等多个地方。这些积土大多具有内磨擦角小粘聚力弱、湿陷、蠕变等不稳定特点。在南方地区，这种类型的软土含水量比较大，受扰动易液化流动，而北方的软土含水量就比较小，遭扰动失水后，易呈固态流动，严重时会出现崩塌。若北方地区的软土被水浸湿，很容易流动而失去承载力[1]。

1.2工程特点

（1）一旦软弱围岩被扰动，其自稳能力就会逐步下降，松动圈不断扩大，要想再次稳定需要经历很长时间，随着围岩压力的逐步增大，支护与初砌结构承受着压力，很容易造成初砌结构开裂、支护结构下沉、收敛、变形等事故，并且还会伴随地表下沉等问题。

（2）软岩稳定性差，易溜滑、坍塌等，如果在洞口段拉槽施工很容易造成大面积牵连性滑动，所以形成不了仰坡，很难进洞。若在洞内施工，又因为其承载力差，易出现支护结构下沉收敛，加之掌子面围岩很差的稳定性，易坍塌、涌出，危险性很差，难以施工。

（3）介于软弱围岩自稳时间较短的特点，可以采取化大为小，分部施工的方法，但又因为施工工序复杂，应力转换频繁，形成应力环的时间又长，进度和质量、安全等相互矛盾，很难指导施工[2]。

（4）一般在地质变化复杂的地区才存在软弱围岩，要想进行软岩设计很难摸清地质，因而施工设计、施工方法等都需要随着围岩的变化及时作出调整，没有固定的施工模式。

（5）由于软岩施工风险很大，这给施工人员与管理者带来了很大的精神压力，软岩施工也是对施工人员、技术人员以及管理者一次精神与技术的考验。

1.3隧道围岩的控制原理

降低围岩应力，增强其稳定性，合理选择围岩的支护方式是有效控制围岩隧道的基本途径。因挖掘产生的支撑压力是原岩应力数倍，且具有很强的影响力。隧道围岩再被挖掘后，其围岩变形、围岩应力会成数十倍的增长，所以，控制围岩的方法实际上是怎样有效利用隧道挖掘改变围岩应力的分布，正确的进行围岩保护与隧道设置，使得隧道处于应力的的降低区内，进而避免了由于挖掘而造成的支撑应力变化，有效控制了围岩应力。

2隧道围岩的压力探索

为了避免围岩由于施工产生变形或破坏，需提前做好支护工作。由于围岩受损而作用在支护结构上的作用力，统称作围岩应力。综合围岩应力产生的原因，可将其分成以下几种：

（1）松动围岩应力。隧道被挖掘后，岩体塌落，然后以重力的形式作用在支护结构上，呈现出松动围岩压力载荷的现象。如果支护结构无法有效控制围岩松动变形，待围岩松动坍塌时，围岩压力就会呈现出来，松动围岩顶压现象严重[3]。

（2）变形围岩应力。如果支护结构能够很好的控制围岩变形，此时围岩移动挤压支架对支架产生的压力就叫做围岩压力，同时也叫做变形压力。在支护—围岩的力学体系当中，支护与围岩之间一旦有接触就会相互作用，就会出现压应力。这种压应力又分为弹性与塑性两种。其中弹性压力变形，就是在对支护结构作用时围岩产生的变形为弹性变形，这种弹性变形产生的时间非常短，且变化幅度也很小，这对支护与围岩的作用过程影响并不大，没有根本意义。而塑性变形就是在围岩破裂及塑性变形时，围岩向隧道空间移动，挤压支架，随的支架受到压应力，这是围岩压力的主要形式。影响塑性变形大小的原因包含两个范围塑性区与破裂区。其中塑性区在扩展过程中时间效应非常明显，一旦塑性区停止扩展，围岩变形速度就会随之降低，且逐步趋于流变。

（3）膨胀围岩压力。围岩由于膨胀、崩解体积变大，此时作用在支护结构上的压力叫做膨胀压力。变形压力和膨胀压力之间的区别在于它们是否由于吸水膨胀而造成的。从外观上来看，变形压力与膨胀压力都属于变形压力，但两者的变形原因有着本质的区别，前者是由于围岩应以产生的结构效应，而后者则是围岩与水生化合物产生的物理化学反应。

（4）撞击与冲击围岩压力。撞击围岩压力就是在覆岩层产生剧烈运动时作用在支护结构上的压力；而冲击围岩压力就是在围岩大量积累弹性变形之后，突然释放而产生的压力。

3隧道软岩施工方法

3.1了解围岩的破坏情况

在围岩变形及应力调整时，会出现围岩破损的情况，这种情况不会影响围岩的硬度与强度，但对硬度较低的围岩来讲，这种损坏将会带来非常严重的影响，因此在进行软弱围岩施工时，先要充分了解围岩的变形情况与应力情况，充分掌握其变化规律，保证软岩施工不会进一步破坏软岩的稳定性。在实际施工过程中，需要结构围岩的变化规律与应力改变，合理选择开挖进尺度与开挖方式等。如果选择阶梯式的开挖方式，必须要明确开挖台阶的数量及每层台阶的高度等。充分掌握围岩变形规律与应力改变，是进行隧道软岩施工的前提。在对围岩应力进行充分了解分析可知，初始应力场对围岩应力的影响最大，因此，在进行软岩施工时，需充分考虑测压力的影响。

施工方法

3.2进行超前支护

介于软岩变形快的特点，在实际的施工过程中，在掌子前不远处会出现软岩变形的情况，因此必须进行超前支，以免出现围岩坍塌的情况。在进行软岩隧道施工过程中，进行超前支护是为了更好地了解与控制掌子前的变形情况，同时这也是进行软岩隧道施工的重要环节。

3.3选择开挖方式

在进行软岩隧道开挖时，需要选择大尺度且开挖区域密集的方式。在传统的隧道施工当中，大部分都是开挖尺度小、多分布，这样的施工不仅会增加开挖频率，还会增加大量的临时支护，提高了工程施工的复杂度，进而延长了施工周期。提前做好支护工作，在挖掘过程中可以很好的控制分布，增大挖掘尺度，这样可以有效减少挖掘次数、降低支护面施工，缩短施工工期，此外还能够有效的降低施工复杂度。在进行隧道施工时，合理简化施工步骤，增强施工安全性是当前重点的研究发展方向。

3.4加强管制

在进行隧道开展建筑施工时，由于其独特的施工环境，建筑施工质量会因其施工环境与施工空间受到一定程度的影响。所以在进行开展建筑施工时，需有效控制施工速度与施工时间，科学布置建筑环节，认真监测每一个建筑程序。在运用设备的建筑环节中，需充分考虑设备的性能，进而缩短建筑的施工时间。并且还要严格进行项目安全监管，避免出现任何安全事故。

结语

通过对隧道软岩的施工技术进行探讨可知，软岩隧道的地质工程特点特别突出，只要在隧道施工过程中，严格按照施工要求，科学选择施工方法，便可达到预期的施工效果。当然这也离不开对施工过程的严格控制。

参考文献

[1]张健明,李茂廷,李刚.软弱围岩隧道施工技术研究[J].中交一公局桥隧工程有限公司,2013(10):236-238.

[2]昝成忠，软弱围岩条件下的隧道设计与施工探讨[J]，工程勘察,2012年,第9期：25-26.

[3]雷军.5号斜井软硬岩交替地段快速施工技术研究[J].铁道标准设计,2012年,第9期：18-19.