張明龍

中鐵十七局集團(tuán)第四工程有限公司，重慶，401121

軟巖隧道施工變形控制

張明龍

中鐵十七局集團(tuán)第四工程有限公司，重慶，401121

伴隨現(xiàn)如今我們國家鐵路網(wǎng)的完善，使得有關(guān)建設(shè)方面要求提高，尤其是高速鐵路以及客運(yùn)專線的大量修建，使得我國現(xiàn)如今對(duì)于隧道項(xiàng)目實(shí)施規(guī)模以及技術(shù)水平也有了新的突破。可是，軟弱圍巖隧道塌方以及有關(guān)工作人員傷亡等現(xiàn)象還經(jīng)常出現(xiàn)，這就顯示出了現(xiàn)如今對(duì)于隧道建設(shè)方面的安全管理工作仍然不能和當(dāng)前形勢所適應(yīng)。因此，處理好現(xiàn)如今軟弱圍巖隧道建設(shè)時(shí)變形問題是非常重要的。針對(duì)該問題，下文主要對(duì)于軟弱圍巖變形控制技術(shù)展開深入論述，并且選擇合理開挖方法以及支護(hù)措施，控制變形，讓其變形控制在基準(zhǔn)范圍內(nèi)，以此來確保圍巖以及隧道結(jié)構(gòu)長久穩(wěn)定。

軟巖隧道；施工變形；控制

隨著社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步，人們對(duì)于自身的生活質(zhì)量有了很大的提高，也就對(duì)于自身的出行交通有了更高的要求，為了能夠更好的服務(wù)于人們大眾，所以本文將會(huì)對(duì)軟巖隧道施工變形控制進(jìn)行深入的探討。

1 工程概況以及工程地質(zhì)

1.1 工程概況

廣通至大理鐵路擴(kuò)能改造項(xiàng)目是國家I級(jí)雙線鐵路，整個(gè)項(xiàng)目全長174.45公里，我單位所承建的祥和隧道地處云南高原和橫斷山脈的交接地區(qū)，呈現(xiàn)侵蝕高中山峽谷地貌，并且其地表溝谷縱橫，地形起伏非常大。因?yàn)樗淼辣旧硖幱诳扇軒r和非可溶巖地層，所以在項(xiàng)目實(shí)施時(shí)一定會(huì)遇到涌水以及坍塌等現(xiàn)象，這里面以小范圍坍塌以及涌水最為普遍。尤其是在隧道建設(shè)穿過可溶巖和非可溶巖、不同巖性組合段以及侵入巖蝕變帶時(shí)，出現(xiàn)塌方導(dǎo)致涌水的危險(xiǎn)情況也會(huì)更多。

1.2 工程地質(zhì)等情況

項(xiàng)目在實(shí)施時(shí)最主要難點(diǎn)就是地質(zhì)因素非常復(fù)雜，隧道主要不良地質(zhì)就是巖溶和斷層。隧道正洞包含有，III級(jí)圍巖設(shè)計(jì)一千九百五十四米，IV級(jí)圍巖四千三百四十米，V級(jí)圍巖三千九百二十六米，IV級(jí)V級(jí)圍巖占到了百分之八十左右。隧道處在川滇南北向構(gòu)造帶以及青藏滇緬帶子形構(gòu)造帶之間，因此斷裂密集發(fā)育，并且因?yàn)槭軈^(qū)域性活動(dòng)斷裂紅河深大斷裂及賓川-程海斷裂斷裂影響強(qiáng)烈，使得其有關(guān)巖體穩(wěn)定性非常不好。特殊巖土主要有軟土及膨脹土特殊巖土具體包含有軟土和膨脹土。受區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造影響測區(qū)內(nèi)發(fā)育上泥哨斷裂、蕎麥地-馬鞍山斷裂、水茂村斷裂以及柳沖箐斷層和上迎風(fēng)村斷裂等幾個(gè)斷裂構(gòu)造，這其中巖體節(jié)理以及裂隙發(fā)育。隧道預(yù)計(jì)正常涌水量是92800m3/d，而雨季項(xiàng)目實(shí)施的最大涌水量是111360m3/d。

2 隧道軟弱圍巖變形控制方法

依照圍巖變形的空間分布規(guī)律，可以把圍巖變形分成掌子面前方變形、掌子面擠出變形以及掌子面后方變型這3類。下面將對(duì)這3種情況變形控制方法進(jìn)行論述。

2.1 控制掌子面前方變形方法

因?yàn)橄楹退淼赖能浫鯂鷰r穩(wěn)定性不好，所以在對(duì)于掌子面進(jìn)行挖掘以后，因?yàn)槠渥晕曳€(wěn)定時(shí)間非常短，所以如果初期對(duì)其不做實(shí)施，那么圍巖變形將會(huì)超過它能承受的范圍，這時(shí)候就應(yīng)當(dāng)選擇超前支護(hù)方法，來避免開挖之后將會(huì)出現(xiàn)的荷載，通過初期支護(hù)技術(shù)來將后期所釋放的荷載減小，因此這時(shí)候二者共同承擔(dān)了開挖時(shí)將會(huì)釋放出的所有荷載。

合理使用超前支護(hù)技術(shù)，讓開挖時(shí)所釋放出的荷載可以控制在初期支護(hù)能力范圍內(nèi)是現(xiàn)如今控制掌子面前方變形技術(shù)的重要所在。只有將變形控制在要求范圍內(nèi)，才可以確保初期支護(hù)工作順利進(jìn)行，并且讓其和超前支護(hù)一起承擔(dān)圍巖釋放的所有荷載。而對(duì)于掌子面超前變形，主要是通過利用超前支護(hù)技術(shù)來進(jìn)行的，而這一技術(shù)從總體上能夠分成兩類，并且都是依照構(gòu)造來進(jìn)行分類的，首先是通過利用隧道縱向剛性的梁構(gòu)造來分類，其次是通過橫向剛性的拱形構(gòu)造進(jìn)行分類。前者通常能夠分成采用小導(dǎo)管以及管棚和注漿等方法進(jìn)行施工。而后者都是選用初噴混凝土預(yù)支護(hù)技術(shù)進(jìn)行實(shí)施。因?yàn)槌爸ёo(hù)技術(shù)在使用時(shí)受到設(shè)備以及地質(zhì)環(huán)境等要求很多，所以在選擇支護(hù)技術(shù)時(shí)一定要依照具體地質(zhì)條件以及周邊狀況等展開施工。依照隧道地質(zhì)環(huán)境以及周邊條件，選擇下面的技術(shù)進(jìn)行施工：

2.1.1 超前小導(dǎo)管

超前小導(dǎo)管技術(shù)是現(xiàn)如今經(jīng)常會(huì)用到的預(yù)防拱頂塌落的支護(hù)技術(shù)。并且其一般都是在對(duì)安全要求很高的環(huán)境里使用，在對(duì)破碎圍巖以及斷層破碎帶施工時(shí)經(jīng)常會(huì)見到這一技術(shù)。它是在開挖前向掌子面前方的拱部,斜向打入4～6米的鋼管,每次向前挖掘后打入。將其布設(shè)完畢之后依照圍巖情況，還可以對(duì)其進(jìn)行注漿，以此來加固周圍土層。

2.1.2 超前大管棚

該技術(shù)通常是在對(duì)沉降有著很嚴(yán)格的要求的情況下使用，主要用于淺埋洞口以及斷層破碎帶地層。通常都是選用直徑70毫米到159毫米的鋼管，縱向長度為十米至一百米，依照具體情況進(jìn)行設(shè)置。管棚剛性很大，并且它還有梁的作用，輔以注漿還可以很好的改良圍巖，所以超前大管棚技術(shù)得到了非常好的效果。相比于超前錨桿以及小導(dǎo)管等技術(shù)來說，這技術(shù)主要是可以抑制超前位移以及擠出位移，以此來確定拱頂穩(wěn)定。而注漿所用的材料可以依照具體情況來選擇。并且這一方法相對(duì)于超前小導(dǎo)管支護(hù)技術(shù)不能應(yīng)用的場地，可以發(fā)揮出很好的作用。

順著開挖斷面朝著掌子面前方的圍巖，可以對(duì)其配置長度為二十米至三十米的管棚，以此來控制圍巖的超前位移，并且還能夠發(fā)揮出穩(wěn)定掌子面以及控制地表面下沉的優(yōu)勢。這種方法適用于不連續(xù)面非常發(fā)育的圍巖，以及強(qiáng)度小的軟巖和河谷段等環(huán)境，并且還能應(yīng)用于需要抑制地表面下沉的環(huán)境等。祥和隧道在實(shí)施時(shí)能夠選用隧道地質(zhì)鉆機(jī)施作管棚，因?yàn)槠渌哂械陌踩院芨?，所以能夠提升工作效率，加快?xiàng)目實(shí)施速度。

2.1.3 初噴混凝土預(yù)支護(hù)

初噴混凝土預(yù)支護(hù)技術(shù)也屬于超前支護(hù)技術(shù)中的一種。其是通過噴射厚度二十厘米左右的噴射混凝土殼，以此來構(gòu)成相對(duì)柔性的拱殼，并且還可以噴射厚度三十厘米左右的混凝土形成剛性相對(duì)較大的拱殼。前者主要用在穩(wěn)定掌子面上，而后者主要用在控制地表下沉上。

2.1.4 管幕

該方法實(shí)際上是在隧道開挖前順著其周邊用鉆機(jī)設(shè)置超前長鋼管，并且在鋼管里面填充水泥砂漿。所以這一方法是抑制洞口以及超前變形和保護(hù)周圍環(huán)境的有效方法。通常其所選用的鋼管要比常見的鋼管直徑更大，因此所取得的效果也會(huì)更好。通常用到的鋼管直徑大概是一百五十毫米以上，而長度大概在三十米以上。該方法經(jīng)常會(huì)用在隧道正上方有鐵路以及建筑物等作為避免地表面塌陷的方案里面。這一方法還需要設(shè)置反力壁等相對(duì)較大的臨時(shí)裝置，并且實(shí)施時(shí)速度也很慢，應(yīng)當(dāng)充分考慮項(xiàng)目實(shí)施環(huán)境以及所需時(shí)間來制定方案。并且這一方法當(dāng)中鋼管在實(shí)施中的下沉可能會(huì)比隧道在建時(shí)的下沉還大，所以對(duì)其進(jìn)行施工時(shí)，一定要把對(duì)于圍巖的控制降到最低。從目前隧道支護(hù)技術(shù)的發(fā)展趨勢看,超前支護(hù)是一個(gè)很重要的領(lǐng)域。并且在對(duì)于許多隧道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)里面，早就規(guī)定了短、中以及長3種超前支護(hù)的基本參數(shù)。因此這對(duì)于超前支護(hù)技術(shù)的研究有著非常重要的意義。

2.2 控制掌子面擠出變形措施

2.2.1 留核心土

該方法實(shí)際是在掌子面不能夠自穩(wěn)的不良圍巖里，通過挖掘?qū)⑵渲醒氩糠直Ａ簦源藖泶_保掌子面穩(wěn)定。并且還應(yīng)當(dāng)和后面所講的掌子面噴射混凝土以及掌子面錨桿結(jié)合起來，使其能夠更加穩(wěn)定。對(duì)拱部進(jìn)行開挖叫做拱弧形開挖，開挖時(shí)能夠選擇挖掘機(jī)進(jìn)行實(shí)施，尤其是在自穩(wěn)性能較差的圍巖里，還應(yīng)進(jìn)一步地進(jìn)行分割開挖。并在其之后立即噴射混凝土，完畢以后繼續(xù)對(duì)相鄰部分進(jìn)行挖掘。

2.2.2 噴射混凝土

對(duì)于掌子面噴射混凝土封閉實(shí)際上是為了使其具有穩(wěn)定性，因此在開挖之后對(duì)其噴射五至十厘米的混凝土。在不良圍巖位置周邊，應(yīng)當(dāng)讓其多和核心土以及掌子面錨桿共同作用，這對(duì)于核心土的腳部作業(yè)以及在掌子面打設(shè)錨桿作業(yè)都非常重要。并且進(jìn)行噴射混凝土封閉掌子面，是在開挖以后馬上實(shí)施的，因此其能夠很好的避免初支崩塌以及防止掌子面圍巖松弛，所以一定要盡早的噴射混凝土。對(duì)于隧道當(dāng)中的不良圍巖，其掌子面自穩(wěn)性特別的差，所以一定要用挖掘機(jī)以及噴射機(jī)共同使用，對(duì)于局部進(jìn)行開挖以后馬上進(jìn)行噴射，使得其暴露的時(shí)間可以變得更少。

2.2.3 掌子面錨桿

該方法通常是對(duì)于掌子面流坍顯著的地方應(yīng)用。并且其中所用的錨桿通常長度是在六米以下的短桿以及六米以上的長桿。為了保證相關(guān)連續(xù)補(bǔ)強(qiáng)效果，將其全長一半殘余長度當(dāng)做搭接長度。鉆孔和錨桿施作時(shí)也要用到水平鉆機(jī)。通過采取這一方法，核心土長度能夠縮短。如此就能夠使初期支護(hù)中錨桿貼近掌子面進(jìn)行實(shí)施。

2.3 控制掌子面后方變形措施

2.3.1 調(diào)整開挖荷載釋放時(shí)機(jī)

調(diào)整開挖荷載釋放時(shí)機(jī)實(shí)際上是通過調(diào)整開發(fā)方法以及實(shí)施工藝來達(dá)到目標(biāo)的，并且不一樣的方法它所釋放核載的過程也不一樣。即便是相同的方法，在對(duì)于核載量進(jìn)行釋放時(shí)也會(huì)因?yàn)槠渌x用的工藝不一樣而產(chǎn)生差異。

開挖方法和隧道施工工藝的選擇，不但會(huì)影響主要荷載的釋放過程，并且也會(huì)影響隧道施工的速度、安全以及成本。所以，要充分考慮后再選擇適宜的方法并且對(duì)于施工工藝進(jìn)行優(yōu)化。臺(tái)階法相對(duì)簡單，并且操作起來難度也很低，這就使得其在實(shí)施時(shí)會(huì)有著很高的效率，而且也無復(fù)雜的臨時(shí)支撐，所以成為隧道施工中最常用的工法，通過研究其荷載釋放過程及其對(duì)圍巖變形的影響，這樣就能夠得到最適宜的臺(tái)階高度以及長度。通過試驗(yàn)，采取上下臺(tái)階高度一樣的辦法所取得的效果最佳。

2.3.2 提升初期支護(hù)承載能力

高規(guī)格鋼支撐,鋼支撐是順著隧道開挖面設(shè)置的拱形的型鋼支護(hù)構(gòu)件，由于在對(duì)其架設(shè)時(shí)就可以發(fā)揮出作用，所以可以把它用在噴射混凝土強(qiáng)度以及錨桿的錨固材料強(qiáng)度出現(xiàn)之前。

多重支護(hù),多重支護(hù)控制變形技術(shù)實(shí)際上就是在隧道進(jìn)行挖掘時(shí)控出足夠的變形預(yù)留量，首先釋放出一部分變形，展開第一次支護(hù)，然后繼續(xù)釋放變形，等到其到了極限之后，接著施作第二次支護(hù)，有時(shí)候還能夠進(jìn)行第三次支護(hù)，如此使得其最終能夠控制在要求范圍里。該方法的好處就是不用進(jìn)行反復(fù)擴(kuò)挖以及支護(hù)工作，也就是說沒有了拆除頂替已經(jīng)承載的支護(hù)構(gòu)件以及對(duì)圍巖展開多次擾動(dòng)的問題。容許一次支護(hù)變形，減少其作用在第二次支護(hù)上的壓力，而且能夠在最內(nèi)側(cè)形成完整的殼體，讓整個(gè)支護(hù)穩(wěn)定。

改變輔助導(dǎo)坑初支斷面,祥和隧道中平行導(dǎo)坑的初支斷面設(shè)計(jì)是直墻式，在項(xiàng)目前期建設(shè)過程里，發(fā)現(xiàn)這一方式受力條件非常差，并且會(huì)使很多邊墻出現(xiàn)不同程度的變形。通過和有關(guān)單位進(jìn)行研究之后，可以把其改成曲墻式，如此就能過改善受力環(huán)境，進(jìn)而控制變形。并且在后期的隧道施工中，對(duì)于平導(dǎo)初支變形也有了更好的控制。

3 結(jié)語

隧道圍巖變形控制原理，實(shí)際上就是開挖以及支護(hù)時(shí)怎樣將變形控制在容許范圍內(nèi)，以此來保證隧道結(jié)構(gòu)體系能夠長久穩(wěn)定。

軟弱圍巖隧道變形控制理念，可以將其歸納成剛性結(jié)構(gòu)控制理念以及柔性結(jié)構(gòu)控制理念和剛?cè)峤Y(jié)合控制理念。這里面剛?cè)峤Y(jié)合的理念是比較符合軟弱圍巖變形規(guī)律的，并且是相對(duì)科學(xué)的方法之一。

依照隧道軟弱圍巖的變形控制，分析鐵路隧道凈空位移以及掌子面超前變形、掌子面后方初期支護(hù)變形和掌子面擠出位移的施工控制技術(shù)措施。

[1]趙勇,劉建友,田四明.深埋隧道軟弱圍巖支護(hù)體系受力特征的試驗(yàn)研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào).2011(08):1663-1670.

[2]王建軍.蘭渝線高地應(yīng)力區(qū)隧道變形機(jī)制及分級(jí)探討[J].隧道建設(shè).2011(03):289-293.

[3]李世才,劉仲仁,鄭文筠.桃樹坪隧道富水未成巖粉細(xì)砂巖層施工技術(shù)探討[J].現(xiàn)代隧道技術(shù).2011(02):120-124.

[4]董杰,蔡亞麗.炭質(zhì)片巖地質(zhì)隧道施工變形控制[J].山西建筑.2011(02):168-169.

[5]常永杰.七部開挖作業(yè)法在雁門關(guān)隧道中的應(yīng)用[J].山西建筑.2010(27):332-333.