隧道軟弱圍巖變形施工控制探討

趙勝祥

摘? 要：隧道軟弱圍巖變形施工控制是隧道施工過程中非常重要的一個方面，軟弱圍巖容易發(fā)生變形，并引起相關(guān)的地質(zhì)災(zāi)害，不利于隧道施工;基于此，有必要針對隧道軟弱圍巖變形進(jìn)行科學(xué)控制，為后續(xù)施工的順利進(jìn)行打下基礎(chǔ)。該文結(jié)合具體案例分析隧道軟弱圍巖變形施工過程中的控制技術(shù)，為相關(guān)方面提供參考。

關(guān)鍵詞：隧道? 軟弱圍巖? 變形? 施工

中圖分類號：U45 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2020）03（c）-0030-02

1? 工程概況

該研究選擇某隧道工程作為研究對象，其長度為8845m。隧道施工過程中，選擇帶有仰拱的曲墻復(fù)合式襯砌，配合實施噴錨支護(hù);隧道進(jìn)出口位置選擇碎石鋪道，其余隧道選擇鋪設(shè)整體道床。地質(zhì)勘察發(fā)現(xiàn)，隧道地層以石英云母片巖夾炭質(zhì)片巖，分析發(fā)現(xiàn)，地質(zhì)底層巖層的節(jié)理裂隙發(fā)育較好，而且?guī)r層比較柔軟，容易出現(xiàn)剝落情況，局部還存在一定的破碎夾層;分析還發(fā)現(xiàn)，隧道內(nèi)圍巖破碎，大多數(shù)都是炭質(zhì)片巖，比較松散和破碎，容易出現(xiàn)塌方情況。

2? 圍巖大變形破壞特征與原因

對隧道內(nèi)部圍巖情況進(jìn)行全面觀察和監(jiān)測，結(jié)果顯示，隧道內(nèi)圍巖存在較大變形，具體分析其變形特征及其內(nèi)在原因。

（1）圍巖變形嚴(yán)重。監(jiān)測結(jié)果顯示，炭質(zhì)片巖在隧道施工過程中一個月以內(nèi)出現(xiàn)嚴(yán)重變化，其中水平收斂達(dá)到300～400mm，而拱頂下沉則達(dá)到150～200mm。此外，還要部分炭質(zhì)片巖部分地段含有豐富炭質(zhì)，以及豐富的地下水，這種特殊的環(huán)境導(dǎo)致炭質(zhì)片巖的變形非常嚴(yán)重，超出常規(guī)。

（2）圍巖變形速度較快，而且變形速率很大。在隧道施工過程中，監(jiān)測結(jié)果顯示，圍巖每天的收斂達(dá)到30～50mm。不僅如此，監(jiān)測還發(fā)現(xiàn)，隨著隧道施工的深入，圍巖的變形也進(jìn)一步加快。部分地區(qū)圍巖變形速度更快。

（3）圍巖變形時間。監(jiān)測結(jié)果顯示，隧道內(nèi)部圍巖的變形一般會持續(xù)很長時間，尤其是實施隧道開挖以后，形成了一個臨空面，這種情況下圍巖的變形往往持續(xù)達(dá)到幾個月，部分地區(qū)實施二襯以后依然存在變形情況。

（4）圍巖變形分布存在不均勻不對稱的情況。監(jiān)測結(jié)果顯示，隧道內(nèi)圍巖的變化普遍存在左右不對稱和不均勻的情況，施工過程中，完成相關(guān)的支護(hù)措施以后，不同地區(qū)圍巖的左右變形存在較大差異，分析結(jié)果顯示，早期圍巖的水平收斂速度和變形值明顯大于拱頂下沉速度。

（5）蠕變加突變。監(jiān)測結(jié)果顯示，針對隧道的初期支護(hù)完成以后，圍巖變形雖然趨向平穩(wěn)緩慢，但是后續(xù)各項施工的持續(xù)進(jìn)行進(jìn)一步加劇了圍巖的變形，尤其是各種爆破施工帶來的振動，以及其他施工內(nèi)容，導(dǎo)致支護(hù)出現(xiàn)失衡并發(fā)生垮塌。

（6）重復(fù)性。分析結(jié)果顯示，隧道圍巖的變形具有重復(fù)性，當(dāng)完成拱架的拆換以后，依然會出現(xiàn)較為嚴(yán)重的變形。

（7）圍巖遇水軟化，變形加劇。炭質(zhì)片巖遇水軟化，施工時呈泥漿狀，強度極低，且有地下水滲流處變形較大。

進(jìn)一步分析隧道圍巖發(fā)生變形的原因，具體包括以下原因：本隧道所在地區(qū)主要是炭質(zhì)片巖，這種巖石具有沿著片里面蠕動滑動的特征，而且還會出現(xiàn)軟質(zhì)巖流變化，同時其自身構(gòu)造比較破碎，其強度很低，會長時間存在變形和流變，其自身的抗剪強度強很低，對各種振動具有較大敏感性。在地區(qū)特殊的地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境下，很容易產(chǎn)生強烈的扭曲娥變形，進(jìn)而產(chǎn)生大量密集的節(jié)理和摩擦鏡面，導(dǎo)致圍巖的整體性受到嚴(yán)重破壞。

3? 施工控制措施

基于隧道內(nèi)圍巖變形的具體情況及其產(chǎn)生原因，結(jié)合隧道施工要求，制定了具體的施工方案和措施。具體如下：隧道內(nèi)部圍巖嚴(yán)重變形段的施工，按照管道超前、合理注漿、控制開挖長度、做好支護(hù)措施、盡快實施封閉、盡快完成襯砌為原則，在施工過程中還需要積極進(jìn)行測量，從而準(zhǔn)確掌握隧道施工質(zhì)量;針對三級和四級圍巖炭質(zhì)片巖分布的地區(qū)，為了控制其變形，一般采用超短的三臺階施工，實施二次襯砌的過程中，需要嚴(yán)格控制距離掌子面的距離，一般在35m以內(nèi);5級圍巖炭質(zhì)片巖分布的區(qū)域，為了有效控制變形，采用三臺階法進(jìn)行施工，并配合實施仰拱法。并根據(jù)施工需要和人員配備情況實施上臺階加臨時仰拱和中臺階加臨時仰拱的方法;施工過程中做好封閉的速度控制，同時注意做好后續(xù)襯砌，這有助于有效控制圍巖變形。

4? 施工工藝

4.1 施工參數(shù)

施工過程中，針對炭質(zhì)片巖地段進(jìn)行強化支護(hù)，確保其施工穩(wěn)定性和安全性。具體設(shè)計為超前支護(hù)，使用相應(yīng)的小導(dǎo)管進(jìn)行支護(hù)，科學(xué)設(shè)計導(dǎo)管之間的間距，一般控制在30cm左右。初期支護(hù)根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，注意控制錨桿及其長度，還需要使用相應(yīng)的鋼筋網(wǎng)，合理設(shè)計網(wǎng)孔間距;實施二次襯砌的過程中，需要合理控制施工厚度，還需要使用對應(yīng)規(guī)格的鋼筋砼。在施工過程中，主要采用三臺階法進(jìn)行挖掘，同時注意做好相關(guān)的支護(hù)措施，從而為開挖提供良好支撐，為實現(xiàn)安全有序高效的開挖效果打下基礎(chǔ)。針對施工過程中的超挖掘處，一般采用二次襯砌進(jìn)行回填，確保其整體挖掘效果。完成相應(yīng)的仰拱施工以后，要對其進(jìn)行監(jiān)測，準(zhǔn)確掌握仰拱變形情況，根據(jù)變形程度實施二次襯砌施工，確保其整體穩(wěn)定性和安全性。

4.2 主要措施

（1）增大預(yù)留變形量，控制水平收斂變形量。一般情況下，隧道施工過程中，需要結(jié)合圍巖變形情況預(yù)留一定的變形量，一般控制在30cm左右，該施工過程中，隧道圍巖存在嚴(yán)重變形，而且二次襯砌之前存在嚴(yán)重侵蝕，為了達(dá)到更好的變形控制效果，在地質(zhì)均勻段預(yù)留50cm;拱頂一般需要預(yù)留30～50cm;針對不均勻的地段，左側(cè)一般預(yù)留70cm，右側(cè)則預(yù)留30cm。

（2）提高鋼拱架強度，做好開挖進(jìn)尺控制。為了減小隧道圍巖變形，初期支護(hù)的鋼拱架選擇I25型鋼，強度得到有效提高，有助于控制變形。五級圍巖地段施工過程中，需要科學(xué)控制爆破打眼深度以及火藥用量，一般將打眼深度控制在1.2m，火藥用量則控制在0.25kg;施工過程中一般選擇實施松動爆破技術(shù)，避免實施拋擲爆破，這種方式有助于減少對周圍圍巖的干擾，提高圍巖穩(wěn)定性和安全性，避免發(fā)生嚴(yán)重變形。

（3）排水措施。在隧道內(nèi)部對應(yīng)位置埋設(shè)鋼管，方便排水和注漿，并設(shè)置相應(yīng)的集水坑;需要注意的是，炭質(zhì)片巖自身強度較低，而且為粉末狀，這種情況下如果出現(xiàn)大量積水，就會進(jìn)一步減弱圍巖的粘接力，加上云母的滑動結(jié)理作用，促使圍巖穩(wěn)定性進(jìn)一步下降，這種情況下初期的支護(hù)往往需要承受更大的圍巖壓力。

（4）拱腳處理。早期的設(shè)計過程中，針對拱腳沒有采取對應(yīng)的鎖腳措施，為了提高穩(wěn)定性，決定使用鎖腳小導(dǎo)管。為了達(dá)到實踐效果，將小導(dǎo)管進(jìn)行改制，從而達(dá)到良好支持效果。隧道拱腳炭質(zhì)片巖自身強度較低，而且穩(wěn)定性較差，很容易出現(xiàn)垮塌，為了確保后續(xù)施工效果，一般需要使用沙袋對其進(jìn)行穩(wěn)定，并留注漿孔，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行支護(hù)注漿，促使其達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，這種措施能有效避免圍巖松動圈的進(jìn)一步擴(kuò)大。

（5）臨時仰拱。針對隧道臨時仰拱采用對應(yīng)的I25型鋼砼，一般將間距控制在50cm左右，并將其與早期的支護(hù)型鋼進(jìn)行連接，并設(shè)置對應(yīng)的鋼筋網(wǎng)，一般將網(wǎng)格間距控制在20cm×20cm以內(nèi)，同時實施型鋼進(jìn)行焊接，此外，還需要在縱向設(shè)22螺絲鋼接接，一般將間距控制在50cm;實踐過程中，為縮短循環(huán)時間，需要將臨時仰拱型鋼底部實施墊實，然后實施灌注，在此基礎(chǔ)上鋪設(shè)一定的虛碴或設(shè)棧橋，這種設(shè)計能夠有效避免碾壓，從而保證其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，為實現(xiàn)良好的支護(hù)效果打下基礎(chǔ)。

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