公路隧道軟巖大變形施工處理技術

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（中鐵十四局集團第一工程發(fā)展有限公司，山東日照276800）

1 引言

對于公路隧道建設，不同的地質(zhì)結構直接決定了隧道建設的質(zhì)量和效率。如果隧道建設區(qū)域的巖石結構屬于軟巖，由于其受到的風化程度不同，結構厚度的變化也較大，隧道挖掘程度較深，加上施工區(qū)域高地產(chǎn)生的巨大應力，極易產(chǎn)生結構性變問題。

2 公路隧道設計方案

2.1 平面結構設計

在隧道建設過程中，其平面結構方案設計需盡可能地使用直線結構，如果必須增加曲線結構，需要采用大數(shù)據(jù)半徑的結構曲線。與此同時，在方案設計時，需充分考慮洞門的實際位置、結構引導線、結構輔助引導坑、通風井以及其他輔助設備等。除此之外，隧道結構井應保證其交叉性，或在隧道建設時一旦需要接觸其他類型的建筑物，應提前保留一定的安全距離。如果在公路隧道存在縱坡，通常需要綜合考慮隧道使用的實際需求、建筑施工環(huán)境以及排水等方面，并選擇較為平緩的坡度數(shù)據(jù)。

2.2 隧道凈空設計

隧道凈空設計主要是指隧道內(nèi)部輪廓線所包圍的內(nèi)部空間。所以一般在實際方案設計時，主要針對的是隧道的結構寬度和整體結構高度。公路隧道的寬度通常需要根據(jù)日常公路車流量進行綜合評定。在此基礎上，還需要充分考慮隧道建設的整體長度、地質(zhì)結構基礎條件、圍巖基礎壓力、施工復雜程度、隧道通風模式等方面[1]。

公路隧道在日常運轉(zhuǎn)過程中，一般需要按照機動車、自行車以及人行通道進行詳細劃分，因此，需要根據(jù)城市規(guī)劃方案的實際要求進行智能化處理。比如，在城市內(nèi)部結構或者城市周邊的隧道公路中，應設立專門的人行通道，有效地將行人和車輛進行區(qū)分，而在山區(qū)或人煙稀少的自然區(qū)域中，可不設立專門的人行通道。除此之外，公路隧道的凈空高度也需按照車輛運輸?shù)淖罡吒叨冗M行確定，并且在隧道建設過程中，其建設形態(tài)應根據(jù)圍巖壓力的實際要求選擇馬蹄形態(tài)、直墻拱形態(tài)、圓形態(tài)、矩形態(tài)等，只有根據(jù)城市道路發(fā)展以及車輛流通實際要求進行詳細規(guī)劃，才能從根本上保證道路結構的穩(wěn)定性。

3 公路隧道軟巖變形原因

3.1 地質(zhì)因素

在隧道建設過程中，由于其結構存在的特殊性，一旦開挖后便會破壞施工地區(qū)的水道以及地質(zhì)結構，如果在初期開挖時已經(jīng)出現(xiàn)少量水資源滲漏問題，那么在后期爆破時，其產(chǎn)生的震動會嚴重影響圍巖結構的穩(wěn)定能力，同時受到自然環(huán)境和巖石結構斷層的綜合影響，隧道建設區(qū)域會轉(zhuǎn)變?yōu)轳薨櫧Y構，進而受到強大的風力而風化，最終形成粉質(zhì)泥土巖石，由于此種巖石在施工期間極易破碎，并且整體性較差，加上此種巖石結構大多包含夾層，因此，一旦開挖，巖石結構的承載能力會降低[2]。

3.2 支護強度不足

在隧道工程的地質(zhì)結構中，如果其主要巖層具有強風化粉砂質(zhì)泥巖特點，那么在實際建設時，其結構會出現(xiàn)薄層結構構造，并且拱頂位置會出現(xiàn)大量的夾層結構，同時在隧道結構的掌子面拱頂位置左側會出現(xiàn)大量水資源，進一步促進了地下水的結構發(fā)育。除此之外，如果隧道施工過程中不能根據(jù)圍巖實際情況及時調(diào)節(jié)支護數(shù)據(jù)和應用參數(shù)，并且以此作為基礎不斷加強拱架結構剛度，仍然使用初始的工字鋼架，那么其整體支護結構強度會有所降低，并且自我穩(wěn)定能力降低，最終無法保證隧道側面結構的穩(wěn)定性。

3.3 地下水因素

在隧道建設工程中，針對掌子面地下水進行挖掘時，其水資源主要由孔隙水和裂隙水共同組成，并且在隧道拱頂?shù)挠覀任恢脮a(chǎn)生股狀水流。如果隧道內(nèi)部結構的掌子面左側周邊圍巖整體含水總量相對較大，隧道圍巖的地質(zhì)會轉(zhuǎn)化為強風化粉砂質(zhì)泥巖，此種巖石結構分布十分雜亂，并且大多數(shù)巖石為薄層狀，穩(wěn)定性低。如果長期在水分中浸泡，在4～6 h后結構會開始軟化，導致自身結構穩(wěn)定能力下降，致使圍巖結構產(chǎn)生結構性變，最終構成隧道左側的巨大壓力，如果其壓力超過穩(wěn)定工字鋼自身的強度，那么在集中點會產(chǎn)生集中形態(tài)應力，最終造成隧道拱架形變[3]。

4 公路隧道軟巖變形應對策略

根據(jù)我國公路隧道工程施工的基礎原理進行綜合分析，隧道結構需充分依靠周邊巖石結構體以及自然環(huán)境的穩(wěn)定能力，最終形成相對封閉的力量承受結構。針對此種隧道工程建設現(xiàn)狀，需要技術人員選擇適合的施工技術，如區(qū)域分部開挖技術、基礎支護技術、及時成環(huán)技術、加長錨桿技術、加固塑性技術等。

4.1 注漿固結

在隧道工程建設過程中，注漿固結技術主要依靠泥漿灌注管道，向隧道周遭破碎的巖石結構體中灌注混凝土水泥等物質(zhì)，保證混凝土水泥與周邊破碎巖石結構體可以有效結合，形成一個完整的穩(wěn)固體，最終提升隧道周圍巖石結構的穩(wěn)定性和安全性，降低地下水對其安全系數(shù)的不良影響。

4.2 注漿超前支護

在隧道混凝土水泥物質(zhì)進行灌注之前，施工人員還需要利用超前支護技術灌注泥漿，使用管棚提高巖石結構體的穩(wěn)定性，以此提升隧道巖體的整體剛性，此技術不僅可以有效提高巖石的力學綜合性能，一定程度上還可以保證隧道巖石自身的可塑性，最大限度地確保隧道工程順利開展[4]。所以，為保證其結構的總體性能，施工人員應采用鋼架結構、錨桿結構、混凝土結構等方，對巖石結構體進行修補和強化。

4.3 保證支護強度

要保證隧道內(nèi)部結構的支護強度，應使用更加高強度的工字鋼架進行基礎結構支撐，并且強化錨桿技術以及小導管技術。

4.4 加強二次襯砌

完成隧道前期工程施工后，應根據(jù)建筑流程的整體規(guī)劃進行二次襯砌結構強化。通常二次襯砌會利用增加襯砌厚度、提高襯砌混凝土規(guī)格標號等方式不斷強化隧道鋼筋混凝土結構[5]。

1）在隧道內(nèi)部結構建設過程中，其結構左側拱腳位置應增加長度約為4 m的注漿小型號導管，并保持1 m間距，然后對隧道拱架的巖石結構體進行灌注和穩(wěn)定，其水泥混凝土的整體比例應保持在1∶1，小型引導管注漿時，其壓力應保持在0.5～1 MPa，從根本上優(yōu)化隧道圍巖的整體性能，強化巖石結構體結構強度和圍巖的自我穩(wěn)定能力，從而保證隧道形變程度。而針對隧道內(nèi)部已經(jīng)形變的區(qū)域和結構段，施工人員應將結構應力進行集中處理，有效實現(xiàn)公路隧道內(nèi)部的臨時仰拱支撐達到預期效果。在實際隧道工程建設過程中，臨時支護結構的各個間距應保持在約1 m，并且針對原本存在的拱架結構，使用型號為Ⅰ18的工字鋼材質(zhì)，并選擇合適的安放位置，以斜面作為基礎支撐，其支撐范圍應保證在形變位置的前后約5 m，保證隧道形變區(qū)域的拱架相互連接形成閉環(huán)狀態(tài)，充分分散隧道巖石結構體的綜合應力。

2）在隧道形變區(qū)域以及修護路段，需要在其形變初期進行支護鉆孔操作，并不斷尋找相關水源集中區(qū)域進行放水減壓，盡可能地降低水壓對隧道圍巖大面積擠壓。施工人員需使用風槍設備在隧道位置進行鉆孔操作。一旦發(fā)現(xiàn)隧道巖石有水滲透，需要在間隔為50 cm的位置進行鉆孔，孔洞整體深度應保證在約3 m；若孔洞鉆取后仍無法正常出水，則需要在間距為50 cm的位置上繼續(xù)鉆孔，直至孔洞內(nèi)部有水分滲出，此時施工人員應及時觀察孔洞是否形成漫流狀態(tài)，如果已經(jīng)形成漫流，則需要進行間隔鉆孔，并針對結構面的實際狀態(tài)，提前灌注混凝土泥漿。

隧道注漿時，需要使用深淺孔組合技術，加上后退模式進行區(qū)域的分段泥漿灌注，其中外層泥漿灌注整體長度約為20 m，內(nèi)層泥漿灌注長度約為30 m，并且泥漿灌注整體間距需要以約1 m的梅花形進行全面布置，其外部橫向角度一般保持在5°～25°，其泥漿灌注材料采用水泥泥漿，整體泥漿灌注壓力需保持在1.5～2.5 MPa，才能有效實現(xiàn)隧道工程順利開展。除此之外，泥漿灌注需要遵照從外部到內(nèi)部，從上部到下部的灌注順序進行。

泥漿灌注后期，需要針對隧道圍巖的實際狀態(tài)進行穩(wěn)定施工，對于后期需要進行技術施工的圍巖，應按照不低于4級形變支護的要求進行支護，保證工程正常開展。在結構系統(tǒng)中，所使用的工字鋼型號應為I18，其設置間距應約為70 cm，所搭配錨桿長度應保證在6 m以上，施工間距應為100 cm，為了從根本上保證隧道施工的安全性，在二襯施工時，需要使用厚度至少為45 cm的鋼筋混凝土結構，并且在實際工程施工過程中，需要采用分區(qū)域開挖技術，并在建設完畢后及時封閉，以保證工程的整體性。

5 結語

由此可見，通過大量隧道建設的實際數(shù)據(jù)和信息可以有效證明，隧道內(nèi)部結構產(chǎn)生形變之后，首先需要詳細觀察施工現(xiàn)場的實際情況，結合施工區(qū)域的自然環(huán)境和水文地質(zhì)特點，詳細了解隧道軟巖形變對于支護的破壞程度，最終制訂合理的解決方案，盡可能地將隧道建設的損失降低至最小。