软弱围岩浅埋隧施工方法研究

软弱围岩浅埋隧施工方法研究

杨帅,陈萌,王治伦,武芸

中铁十二局集团第二工程有限公司   山西太原  030032

摘要：伴随着经济的发展以及科技的不断进步，隧道工程不断增加，隧道施工过程中，软弱围岩广泛分布且稳定性差，导致施工过程难度增加，且施工工序也更加复杂，使整个隧道工程施的工安全和质量受到一定影响。基于此，文章以软弱围岩浅埋隧道的施工过程以及施工方法为主，结合相关的隧道施工案例对于“滇中红层”软弱围岩浅埋隧道施工进行深度的研究。

关键词：软弱围岩；浅埋隧道；施工方法；研究

前言：在隧洞施工过程中，施工方法不同，所对应的力学效应也有一定区别。特别是在软弱围岩浅埋隧道的施工过程中，所使用的施工方法以及所对应的力学效力更为复杂，因此需要详细分析这些不同的方法对于隧道周围岩体的影响，通过分析的数据来选择科学合理的施工方法，最大程度减小对隧道周围岩体的影响，从而提高整个隧道工程的安全性以及结构稳定性。

1.软弱围岩隧道地质工程特点

“滇中红层”软弱围岩隧洞地质工程特点：地层岩性为第三系未成岩粘土岩，粘土岩弱胶结，呈土状，具有膨胀性，粉细砂岩呈散体结构。围岩遇水成泥，强度低、抗风化能力弱、稳定性差，易崩解、易下沉、变形，断层构造发育，软岩大变形问题及涌水突泥风险突出，施工安全风险大。

2.软弱围岩浅埋隧道施工

2.1工程概况

云南省滇中引水工程楚雄段施工2标位于楚雄州姚安县和南华县境内，标段内隧洞占比高达98.1%、隧址区水文地质与工程地质状况复杂，标段隧洞穿越地层大部分为“滇中红层”软岩地层，地质条件变化频繁。其中，柳家村隧洞进口段存在1.913km的浅埋洞段，隧洞埋深10～80m，地层岩性为第三系未成岩粘土岩。

2.2 施工难点

（1）软弱岩土体分布范围广、性状差：楚雄段大部分洞室在以泥质岩类为主的“滇中红层”岩体地层中穿越，最为显著的特点就是岩体强度低，饱和抗压强度仅为5~15MPa左右，流变效应显著。

（2）构造应力场显著，应力水平高：据地勘资料揭示，隧址区以水平构造应力为主，最大水平初始应力高达20MPa左右，整个标段引水洞室处于极高应力场状态。

（3）断层破碎带发育、地下水丰富：本施工标段内的万家隧洞、柳家村隧洞及凤屯隧洞共穿越31条富水断层破碎带，破碎带内地下水极为发育，透水性强。

2.3主要施工方法及缺陷预防

2.3.1 施工方法选择依据

软弱围岩浅埋隧道以新奥法为指导原理，施工方案制定原则可简单概括为“管超前、预注浆、多循环、短开挖、强支护、勤量测、早封闭”。根据现场工程地质条件拟定施工方案，后期对穿越过程进行及时准确的监控量测，依据监测数据进行方案调整。

2.3.2 超前地质预报

隧道开挖前需进行超前地质预测预报，以实时全面掌握围岩动态和支护工作状态，根据不同地质条件，超前地质预报工作按照上下对照、长短结合、定性与定量相结合的办法来确保预报的准确性。据各种探测方法的特点分长距离控制和短距离验证预报。其中长距离宏观控制预报采用TSP202超前地质预测预报系统进行距离100-150ｍ的预报。短距离预报采用地质素描法，在隧道施工中全段进行，地质素描内容主要包括对开挖掌子面和洞身周边综合分析围岩的岩性、结构、构造和地下水情况，分析判断开挖面前方围岩的工程地质、水文地质状况，并据此提出工程措施建议。

2.3.3 监控测量项目的设置

施工现场监测主要通过对监测数据的分析来判断围岩-支护体系的稳定状态以及隧洞的安全。针对该项目隧道施工的特点建立专业监测小组，建立监控量测及信息反馈机制。该段施工选测项目有地表下沉、围岩内部位移、围岩压力、锚杆轴力及钢支撑内力及外力的监测。必测项目及布置情况见表。

拱顶沉降和周边收敛是隧道围岩力学形态变化最为直观的表现，具有测量结果直观、测试数据可靠、测量仪表长期稳定性好、抗外界干扰性强等优点，是隧道开挖过程中首选的监测项目。必测项目的测量间距一般为20-50ｍ，但对于洞口段、浅埋地段，特别软弱地层段等危险条件应小于20ｍ，间距为每5-50个量测断面。拱顶下沉测点和周边收敛测点应布置在同一断面上。

2.3.4增加临时支护措施

考虑到软弱围岩浅埋隧道施工的实际难度和隧道的变化情况，在实际的施工过程中，应根据隧道的施工需要增加临时的支护措施。临时支护可以采用初期支护钢拱架的方式形成支撑，同时也可以采取设置临时支护的方式形成闭环。合理增加临时支护措施，对提高软弱围岩浅埋隧道的施工质量具有重要作用。

3 软弱围岩浅埋隧道变形施工技术控制方法

软弱围岩浅埋隧道在施工过程中引起的变形对围岩的稳定性会造成较大影响，必须采用辅助功法对围岩变形进行良好控制，为隧道稳定提供保障。

3.1 变形预测及施工过程模拟

在软弱围岩浅埋隧道工程的施工时，需要充分考虑到隧道变形，可进行隧道的变形预测。建立隧道变形预测具体模型，依据现场施工的具体施工条件而定。建立隧道变形的模型时，可以使用三维仿真模拟的方式来建立相对应的隧道工程的变形预测模型，以便于更好地分析其中的数据，得出相应的结论。

3.2超前小导管注浆技术。

在隧道工程施工中，采用超前小导管注浆辅助技术，能够防止隧道拱顶出现坍塌问题。这一技术在对隧道进行开挖之前，就将带孔小导管打入处于掌子面前方的拱部围岩内，再将浆液注进去，等浆液胶结凝固之后，可以形成加固圈，对拱部围岩进行加固，为接下来的开挖作业提供安全的保障。因此，对围岩进行超前小导管注浆，可以实现围岩拱顶稳定性的有效提高，在一些软弱围岩浅埋地段、卵石、砂质土以及断裂破碎带等地质区，都可以采用这项加固技术。而这项加固技术施工需要注意一些事项，比如，要对围岩表面进行清理；根据规定的仰角钻孔进行钻取；插入注浆管时，其孔口需要密封好，保持密实性，以免出现泄漏等。

3.3控制拱脚下沉施工技术。

软弱围岩浅埋隧道施工中，拱脚的变形量比较大，与拱顶之间的协同变形现象也较为明显，一旦施工中出现失误，就会使得隧道出现整体下沉的问题。当围岩刚性不强，承载力不足时，会使得支护的拱脚出现下沉问题，因此必须对拱脚稳定性进行强化控制，如临时仰拱技术。这一项施工技术比较简单而且实用，能够很好地减小变形，尤其广泛地应用于软弱围岩浅埋地段。临时仰拱就是通常运用喷混凝土（特殊围岩采用的喷混凝土厚度为100mm-150mm）在上半断面底部施工，为上半断面临时闭合时提供支撑，从而对围岩的变形问题进行控制。在施工中需要注意的是，第一，要向支护脚部增加喷混凝土，以连续性地将应力从连接部位传到临时仰拱上；第二，施工后，需要注意对养护材料的护理，在合理的养护时间内保证施工机械安全性，并且避免对临时仰拱带来的破坏损伤；第三，拆除临时仰拱时，应该在拆除之前就对其围岩进行改良，增大其岩体强度，减小已经收敛的下半断面脚部下沉在再次出现时带来的压力以及水平收敛的压力。

3.4 控制地表下沉的施工技术。

地表旋喷桩加固施工技术。这个技术即是通过地表钻孔后的孔眼将高压浆液以及高压风以旋转喷射的方式注入岩体，实现就地造桩以及加固地基的施工技术。对于浅埋隧道所处地段而言，这种技术有利于提高围岩整体性，在一定程度上降低地表沉降可能性，从而避免塌方问题的出现。

结束语

浅埋软弱围岩隧道目前在国内基础建设施工领域较为常见，该文以滇中引水工程柳家村隧洞为例，较为系统地总结了软弱围岩隧道开挖支护机理和施工方法，该文以实际公路隧道工程为研究对象，并将研究成果运用到工程实践中得以验证，产生了较为显著的经济效益和社会效益，对类似隧道工程具有一定的参考价值。

参考文献

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