摘要：在隧道工程項目建設中，遇到軟弱圍巖，通常是施工組織者和技術人員感到持久壓力和傷腦筋的一件事。軟弱圍巖隧道通常被列為重難點控制工程，對工期、安全、質量、投資均產生重大影響。如何根據工程實際拿出最佳方案，是攻克軟巖隧道施工的關鍵和前提。

關鍵詞：軟弱圍巖；控制原理；壓力探索；支護；意見

軟巖大都具有強度低、節(jié)理發(fā)育、孔隙度大、含水率高的特點。這種巖石遇水后強度顯著降低，甚至完全喪失。如果巖層中含有蒙脫石等吸水膨脹性很強的礦物質，對圍巖的支護結構將造成很大破壞。軟巖隧道礦壓顯現的特征為：受開挖后的圍巖應力重分布影響，圍巖急劇變形，有的變形量高達數百毫米甚至更多，且變形時間持續(xù)較長，有時長達數年之久。此外，軟巖隧道的巖壓主要表現在拱頂、側向和周邊。來自拱頂和側向的變形，在初期支護體系中都有明顯的變形表現，比如噴射混凝土的剝落、開裂，相應部位的鋼架扭曲變形等。來自四周的圍巖壓力，有時表現為底板強烈鼓起。當然，底板巖層鼓入隧道的方式及其機理因隧道所處地質條件、底板巖性和圍巖應力狀態(tài)而異，有擠壓流動、撓曲褶皺、剪切錯動及膨脹性底鼓等多種形式。

一、隧道圍巖控制原理

在隧道的挖掘之前，任何圍巖均處于自平衡體系。受開挖影響，圍巖應力、圍巖變形會成倍甚至近十倍地急劇增長，這種平衡被打破，地應力將在這里進行重新分布，以尋求新的平衡體系。而平衡體系能否形成，受到工程地質狀況、初始應力、洞室形狀和尺寸、施工方法和時間效應、支護形式和剛度等多方面因素的影響。特別對軟弱圍巖來說，因其具有節(jié)理發(fā)育、破碎、結構松散，圍堰強度低，自穩(wěn)性差的特點，在這種地質中開挖后，隧道圍堰周邊將產生較大的松動圈，一旦工程措施和施工方法選擇不當，極易造成初期支護的變形、侵限和塌方事故。因此，隧道開挖后，圍巖控制的核心是：正確掌握圍堰特性，及時有效的選擇支護方式，控制變形，防止塌方，是隧道圍巖控制的基本途徑。

二、隧道圍巖壓力探索

開挖引起隧道圍巖應力集中和重新分布，使隧道周邊巖體自穩(wěn)能力顯著降低，導致向隧道空間移動。為了防止圍巖變形和破壞，需要對圍巖進行支護。這種因圍巖變形受阻而作用在支護結構物上的擠壓力或塌落巖石的重力，統稱為圍巖壓力。根據圍巖壓力的成因，可將其分為以下四種類型：

（1）松動圍巖壓力。由于隧道開挖而松動或塌落的巖體，以重力的形式直接作用于支架結構物上的壓力，表現為松動圍巖壓力載荷形式。如支護不能有效地控制圍巖變形的發(fā)展，圍巖形成松動垮塌圈時，將導致松動圍巖壓力出現，通常頂壓顯現嚴重。

（2）變形圍巖壓力。支護能控制圍巖變形的發(fā)展時，圍巖位移擠壓支架而產生的壓力，稱為變形圍巖壓力，簡稱變形壓力。在“圍巖一支護”力學體系中，只要圍巖與支架相互作用，圍巖就會對支架施加變形壓力。彈性變形壓力是圍巖彈性變形時作用于支架上的壓力，彈性變形產生速度極快，變形量很小，對于圍巖、支護相互作用過程而言，實際意義不大。塑性變形壓力是由于圍巖的塑性變形和破裂，圍巖向隧道空間位移，使得支護結構受到的壓力，是變形圍巖壓力的主要形式。

塑性變形的大小主要取決于隧道塑性區(qū)和破裂區(qū)的范圍。塑性區(qū)的擴展具有明顯的時間效應，塑性區(qū)不再擴展時，圍巖變形速度下降而逐漸穩(wěn)定并趨于流變。

（3）膨脹圍巖壓力。因圍巖膨脹、崩解等體積增大而施加于支護上的壓力，稱為膨脹壓力。膨脹壓力與變形壓力的基本區(qū)別在于它是由吸水膨脹而引起的。從現象上看，膨脹壓力與變形壓力都屬于變形壓力范疇，但兩者的變形機制截然不同，前者是指與水發(fā)生物理化學反應，后者主要是圍巖應力的結構效應。

（4）沖擊和撞擊圍巖壓力。沖擊圍巖壓力指圍巖積累了大量彈性變形能之后，突然釋放出來所產生的壓力；撞擊圍巖壓力是覆巖層劇烈運動時對隧道支護體所產生的壓力。

三、軟巖隧道支護的探索

隧道圍巖的位移主要由三部分組成。掌子面前方的先行位移、掌子面擠出位移、掌子面后方位移，而我們在實際工程實踐中，量測到的實際上只是其中的掌子面后方位移，也就是其中的一個部分而已。變形已經發(fā)生，支護的目的也就在于抑制這些位移的繼續(xù)發(fā)展，避免這些位移有可能形成的更大圍巖松弛圈。

1、正確掌握圍巖周邊的地質情況

平行導坑、物探法、地質素描、超前鉆探、地震波等方法都是了解周邊地質情況的有效手段。特別是在遭遇地質情況與設計不符或者接近斷層破碎帶時，尤其注意超前探測的重要性。

2、加強軟基的處理

在實際工程實踐中，我們經常遇到的是，明洞或者洞口淺埋段，仰拱處地質狀況不良，需要換填或者地基加固處理，來保證基礎的穩(wěn)固性。這種處理方法，其實類似路基工程的軟基處理。有旋噴樁法、注漿法等，主要依據地質情況來選取合適的施工方法。

3、加強洞頂的處理

現在的隧道修建，講求的是零仰坡進洞，目的就是遵循保護植被的環(huán)保理念。大多數淺埋隧道的地表都需要預處理。特別是當隧道將要穿越的線路上方為堆積層時，注漿基本是廣泛選擇的加固手段。在封閉地表的的情況下，通過水泥漿液向地表的滲透，來加固圍巖頂部松散體，確保下方的穿越隧道在施工中的安全。

4、洞內施工中的支護

1）超前大管棚，在對于淺埋洞口進洞、堆積體、沙土質地質、斷層破碎帶穿越，以及通過地表既有線路和建造物時，都有廣泛用途。2）超前加固，全斷面注漿或者局部注漿，對于富水斷層地帶，能起到改善巖性，形成止水帷幕的效果。當然，要做到這些，需要專業(yè)設備、專業(yè)設計和專業(yè)隊伍來完成。

3）拱腳加固，對于軟弱圍巖，拱腳的基礎承載力往往是不足的，不僅需要保證拱腳落在堅實的基礎之上，而且要針對拱腳承載力不足的特點，采取必要的補強措施。常采用注漿鎖腳錨桿、注漿鎖腳鋼管、混凝土墊塊、鋼管樁等，其原理就是通過增加拱腳的受力面積，減小作用在拱腳地基上的單位壓強，達到控制沉降的目的。

4）徑向加固，通常采取的系統錨桿、注漿小導管的形式。其作用原理是利用圍巖松動圈的原理，對松動圈范圍內的圍巖進行加固，補強圍巖的自承能力，起到抑制變形的作用。

5）剛度補強，對于軟弱圍巖來將，初期支護體系承受著較大的圍巖壓力，也出現不同的圍巖變形表象。比如，噴射混凝土表層剝落掉塊、鋼架的局部扭曲變形、噴射混凝土于鋼架接觸處的環(huán)形裂縫等等，都是初期支護體系的剛度不足表現。此時，可以采取增加型鋼型號，縮短拱架間距，增加連接筋等方法予以補強。

6）施工方法的及時調整，因地質變化，有時需要及時的調整施工方法，比如掌子面的擠出位移較大，需要預留核心土或者施工掌子面錨桿等。

四、軟巖隧道支護的幾點建議

1、我國現有的隧道設計和工程變更，很大程度上依靠經驗在辦事。這不符合我國工程事業(yè)的發(fā)展，也不利于保證我國工程建設隊伍在國際環(huán)境中擁有較強的競爭力。筆者建議，開發(fā)形成實用的隧道施工過程的三維應力變形場分析方法和數字仿真軟件，以形成適合不同圍巖在不良地質條件下的安全快速施工方法。隧道施工，我們不僅需要必要的經驗積累，更需要采取此種方法的理論計算依據。

2、監(jiān)控量測是判斷圍巖穩(wěn)定性，指導軟弱圍巖施工最重要的信息化手段，應高度重視，并大力推廣全站儀利用貼光片反射進行測量的手段。筆者在工程實踐中，采用此種方法，收到了很好的效果?，F階段，日本的隧道建設者，在隧道監(jiān)測方面，也大多采用此種方法。

3、應高度重視科研在特殊地質條件中的探索。項目建設者和業(yè)主，應專門劃出必要的科研經費，支持理論研究的發(fā)展和進步，以此來推動行業(yè)的進步和創(chuàng)新。

4、應高度重視隧道進洞時的穩(wěn)定性問題。進洞前，充分研究地質構造和巖性，重視護拱和仰拱及時封閉成環(huán)的作用，確保好開挖前后的力學平衡問題。

五、結論

我們在工程實踐中的地質條件是復雜多變的，前期的地質勘探結論也并不能將完整的地質狀況呈現在我們面前，我們國家不缺建設，缺的是工程建設者和理論研究者的密切配合，共同努力，急需形成具有我國自主知識產權，適應各種地質環(huán)境的各種先進工藝和理論計算體系，才能讓我國的工程建設者們在世界上擁有更強的競爭力，走的更遠。

參考文獻：

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