淺談軟弱圍巖隧道施工

張軍

[摘要]本文分析了軟巖的工程特性、軟巖隧道病害的原因，在此基礎(chǔ)上提出了防止軟巖隧道病害方法，對(duì)軟弱圍巖隧道的施工提供了指導(dǎo)作用。

[關(guān)鍵詞]隧道施工；軟弱圍巖

文章編號(hào)：2095-4085（2015）10-0095-02

隨著我國(guó)鐵路路網(wǎng)的完善，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的提高，隧道建設(shè)規(guī)模和技術(shù)水平也踏上了一個(gè)新的臺(tái)階；然而，軟弱圍巖隧道坍方、作業(yè)人員傷亡等事故卻時(shí)有發(fā)生，隧道建設(shè)的安全現(xiàn)狀無(wú)法與當(dāng)前的形勢(shì)相適應(yīng)。解決當(dāng)前軟弱圍巖隧道建設(shè)過(guò)程中存在的問(wèn)題，是非常必要和及時(shí)的。

1軟巖的特征

軟弱圍巖一般是指巖質(zhì)軟弱、承載力低、節(jié)理裂隙發(fā)育、結(jié)構(gòu)破碎的圍巖，工程地質(zhì)特點(diǎn)有：

（1）巖體破碎松散、粘結(jié)力差：一般為土層、巖體全風(fēng)化層、擠壓破碎帶等構(gòu)成的圍巖，由于結(jié)構(gòu)破碎松散，巖體間的粘結(jié)力差，開(kāi)挖洞室后，僅靠顆粒問(wèn)的摩擦效應(yīng)和微弱膠結(jié)作用成拱，這類(lèi)巖體極不穩(wěn)定，尤其是在淺埋地段容易發(fā)生坍塌冒頂。

（2）圍巖強(qiáng)度低、遇水易軟化：一般以頁(yè)巖、泥巖、片巖、炭質(zhì)巖、千枚巖等為代表的軟質(zhì)巖地層，由于其強(qiáng)度低、穩(wěn)定性差，開(kāi)挖暴露后易風(fēng)化、遇水易軟化，尤其是深埋地段受高應(yīng)力影響容易發(fā)生塑性變形，造成洞室內(nèi)擠。

（3）巖體結(jié)構(gòu)面軟弱、易滑塌：主要是存在于受結(jié)構(gòu)面切割影響嚴(yán)重的塊狀巖體中，由于結(jié)構(gòu)面的粘結(jié)強(qiáng)度較低，開(kāi)挖后周邊巖體極易沿結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生松弛、滑移和墜落等變形破壞現(xiàn)象。

2軟巖隧道病害的原因

2.1工程地質(zhì)

對(duì)于軟巖大多數(shù)時(shí)候?qū)ζ鋸?qiáng)度、剛度、結(jié)構(gòu)面發(fā)育狀況和膠結(jié)程度比較重視，開(kāi)挖方法和支護(hù)結(jié)構(gòu)多從這方面考慮，只顧及短期穩(wěn)定，往往忽視膠結(jié)物的性能、膨脹性礦物的含量等，這些均是軟巖隧道后期變形和造成隧道支護(hù)荷載劇增的內(nèi)在因素。

2.2水文地質(zhì)

水的影響包括圍巖固有含水、地下徑流水及工程用水，水是軟巖隧道變形、破壞之源，尤其是對(duì)膨脹巖。水不僅造成粘土質(zhì)巖的膨脹，同時(shí)降低巖石強(qiáng)度。隧道施工是連續(xù)不間斷持續(xù)推進(jìn)、鄰近隧道（左、右洞）大多同期施工等產(chǎn)生的擾動(dòng)應(yīng)力、應(yīng)力重分布多次且持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)、相互疊加等外部因素與圍巖固有的垂直應(yīng)力、構(gòu)造殘余應(yīng)力共同疊加對(duì)隧道變形影響更大。施工排水處理不當(dāng)水是軟巖隧道變形、破壞之源，尤其是對(duì)膨脹巖。水不僅造成粘土質(zhì)巖的膨脹，同時(shí)降低巖石強(qiáng)度。

3防止軟巖隧道病害方法

隧道的初期支護(hù)采用噴射混凝土方法，為達(dá)到設(shè)計(jì)目的，軟弱圍巖中噴混凝土施工要求做到：噴混凝土應(yīng)采用濕噴工藝；濕噴法其噴射混合料進(jìn)入噴射機(jī)前已經(jīng)按規(guī)定加入水拌合均勻，因此較干噴工藝具有水灰比能準(zhǔn)確控制，利于水泥的水化，施工粉塵小，回彈少，混凝土均質(zhì)性好，強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)；噴混凝土必須與巖面密貼，不可有空洞，以保證良好的共同受力狀態(tài)；噴混凝土必須快速、及時(shí)施作。錨桿作為初期支護(hù)的另一主要構(gòu)件，設(shè)計(jì)施工中也是必不可少的，特別是在軟弱圍巖中，其對(duì)圍巖的加固作用十分明顯。錨桿施工要點(diǎn)：錨桿的布置一般沿洞室周邊徑向均勻布置，必要時(shí)底部也要加錨桿；為保證加固帶有一定厚度，錨桿的長(zhǎng)度與間距之比一般為2：1；為防止錨桿間圍巖坍落，還應(yīng)配合網(wǎng)噴混凝土，噴層主要承擔(dān)錨桿間的局部坍塌荷載。

軟巖僅靠初期支護(hù)是不能滿足抗壓要求，同時(shí)軟巖初支需要一定柔性滿足變形需求，加之軟巖的流變壓力，必須考慮二襯承受一定壓力，其強(qiáng)度和剛度應(yīng)滿足這種需求，一般應(yīng)考慮鋼筋混凝土，且全斷面等強(qiáng)（含仰拱）。二襯時(shí)間應(yīng)根據(jù)變形量測(cè)信息確定，正常收斂變形時(shí)，應(yīng)在基本趨于穩(wěn)定時(shí)二襯，減少二襯壓力；變形不收斂或異常突變時(shí)，應(yīng)立即進(jìn)行加強(qiáng)的二襯，防止圍巖及初支過(guò)大變形破壞或失穩(wěn)坍塌。為達(dá)到設(shè)計(jì)目的，軟弱圍巖錨桿施工中要求做到：錨桿錨固可靠，全長(zhǎng)粘結(jié)；要用墊板，且墊板要求與巖面緊貼。二次襯砌設(shè)計(jì)軟弱圍巖中二次襯砌也是主要承載結(jié)構(gòu)，二次襯砌與初期支護(hù)共同承擔(dān)較大的后期圍巖變形壓力，應(yīng)適時(shí)施作。

控制掌子面變形、坍塌的技術(shù)掌子面過(guò)大的變形將導(dǎo)致坍塌事故的發(fā)生。這種事故占隧道坍方事故的比例最高，造成的人員、機(jī)械設(shè)備的損失最大，在設(shè)計(jì)施工中都應(yīng)該引起高度重視。常見(jiàn)的控制掌子面變形、坍塌的技術(shù)有：

（1）超前支護(hù)超前支護(hù)是一種“先支后挖”技術(shù)，是控制隧道掌子面前方圍巖變形，防止隧道掌子面坍塌的主要手段。常用的超前支護(hù)有：超前錨桿、超前小導(dǎo)管注漿、超前大管棚。

（2）掌子面錨桿設(shè)置掌子面錨桿的目的是控制圍巖開(kāi)挖后的先行位移和掌子面位移，也是給大斷面開(kāi)挖創(chuàng)造條件，有利于控制先行和后期圍巖、支護(hù)變形。掌子面錨桿的長(zhǎng)度一般都在10～20m之間，宜優(yōu)先采用易于切割的玻璃纖維錨桿。

（3）掌子面噴混凝土封閉掌子面噴混凝土是現(xiàn)場(chǎng)使用較多的另一種維持掌子面穩(wěn)定的支護(hù)措施。

（4）掌子面預(yù)留核心土掌子面預(yù)留核心土防止掌子面失穩(wěn)、坍方是隧道中運(yùn)用最廣、最簡(jiǎn)單、最經(jīng)濟(jì)的技術(shù)措施之一。

4小結(jié)

軟巖隧道施工方法必須適應(yīng)所屬巖層實(shí)際情況，綜合考慮措施組合，決不能簡(jiǎn)單采取某一手段；軟巖具有明顯的時(shí)間效應(yīng)，變形持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，堅(jiān)持現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)期監(jiān)控量測(cè)，提供圍巖變形動(dòng)態(tài)信息，及時(shí)修改和完善原設(shè)計(jì)或采取相應(yīng)的加固措施具有重要意義。