崔勝海

(廣西桂通工程咨詢有限公司，廣西 南寧 530028)

0 引言

對于公路隧道施工的監(jiān)理，要尤其注重對于軟弱圍巖段大變形的勘察和指導，這是道路隧道施工的重點工程，同時也是難點工程。軟弱圍巖段大變形具有變形量較大、持續(xù)作用時間長、變形不均勻等特點，所以對其監(jiān)理必須結合當?shù)氐刭|環(huán)境、構造影響、監(jiān)控量測等方面具體問題具體分析。如隧道開挖后，開挖周邊就會產生臨空面，在空氣和水的長期作用下，密度將會逐漸下降，造成巖體的軟化，甚至崩解，導致圍巖壓力增大。在構造方面，由于一些層理面的鏡面較為光滑，擦痕也較為明顯，減小了層理間的結合，線路一側的巖層必將發(fā)生傾斜，導致該側的壓力增大，其邊墻必將發(fā)生很大的變形，甚至可能對二襯空間進行侵入。在監(jiān)控信息方面，由于信息反饋不夠有效和及時，導致體系變形逐漸增大，加上施工中工序間隔時間長，距離也較長，導致初期的支護不能形成封閉環(huán)路，支護劇烈變大變形。此時就需要及時掌握支護應力和圍巖應力的釋放規(guī)律，科學確定結構安全度，為制定科學合理的工藝提供數(shù)據(jù)支撐和施工方案。

1 隧道軟弱圍巖段大變形問題分析

隧道軟弱圍巖段大變形的形成機理較為復雜，涉及到的影響因素也較多，監(jiān)理過程中要注重從以下幾個方面進行機理分析。

1.1 圍巖的種類和性質的影響

我國公路隧道區(qū)巖性千差萬別，造成隧道軟弱圍巖段大變形的圍巖有很多種，包括灰綠色千枚巖、灰色千枚巖、泥質灰?guī)r等。這些圍巖主要由千枚巖構成，其單軸的結構特征導致了不能具備較好的抗壓強度，物理特性也各異，而且還都有遇水易軟化、易被風化等特點，強度也隨著風化而急劇降低。

1.2 當?shù)氐刭|環(huán)境條件的影響

主要是一些不利于工程施工的地質環(huán)境條件，比如斷層、背斜向斜褶皺、軟弱帶等等，這些都極有可能使該地區(qū)成為褶皺變形區(qū)。因為強烈的擠壓和揉皺，也極易造成裂隙等情況，隨著變形區(qū)的進一步發(fā)育，極有可能對圍巖構造造成嚴重影響。此外，層間結合、完整性、裂隙發(fā)育等問題均會造成圍巖構造的變形。

1.3 深埋深度以及高地應力的影響

通過監(jiān)理地應力測試發(fā)現(xiàn)，在一些隧道深埋地段，深埋巖段的地應力會隨著深度的增加而增大，實踐中當隧道深度超過一定限度時，就會造成巖段的大變形。部分地區(qū)數(shù)據(jù)分析顯示，如果隧道深埋的深度>800 m時，就有可能發(fā)生輕度的變形；當這一深度達到1 000 m時，就有可能發(fā)生中度的變形；當這一深度達到1 400 m時，就有可能發(fā)生嚴重的變形。當然這一數(shù)據(jù)針對不同的巖種，產生的變形也會不同，圍巖性狀也會導致數(shù)據(jù)的差別。比如對于一塊碎裂的千枚巖，由于抗壓強度的影響，可能在800 m時就有可能發(fā)生中度，甚至是嚴重的變形。具體如表1所示。

表1 深埋深度與變形強度位移關系一覽表

1.4 自然災害的影響

在自然災害中，以地震對公路隧道施工影響為最大。我國汶川大地震以及其后的余震中，震區(qū)的隧址區(qū)受到嚴重影響，直接導致千枚巖巖層運動的加劇，加上構造應力較為復雜，使圍巖的整體性下降較快，地下水也導致了斷裂層以及剪切區(qū)域圍巖的軟化甚至是泥化，不穩(wěn)定性增強。

2 隧道軟弱圍巖段施工影響因素分析

2.1 施工開挖方法

隧道開挖后，隧道體應力必將重新分布，應力場也將發(fā)生變化，所以對其應力狀態(tài)的影響明顯。開挖方式一般可以區(qū)分為爆破和非爆破兩種，開挖也可以區(qū)分為全斷面開挖和分斷面開挖兩種，應力的影響主要體現(xiàn)為位移場的影響。開挖方式不一樣，其區(qū)域穩(wěn)定也表現(xiàn)不同，比如對于同一類型的圍巖，全斷面要比臺階法開挖變形小。

2.2 支護結構

支護結構對于圍巖的變形和應力有著直接影響，也較好地限制了隧道開挖帶來的圍巖變形，使得收斂變形逐步減小。

2.3 鄰近施工

實施初期支護后，圍巖的變形一般會趨于穩(wěn)定，圍巖處于相對平衡，但受到后期施工影響，圍巖也會表現(xiàn)為小范圍的震蕩變化。

2.4 施工工序

通常情況下，施工工序為開挖、初期支護、設置仰拱、二次襯砌，施工工序主要以變形曲線為依據(jù)，施工開挖的變形量占總變形量的30%，初期支護的變形量占總變形量的40%，設置仰拱產生的變形量占總變形量的20%以上，二次襯砌時圍巖變形量已經趨于穩(wěn)定，僅僅占5%左右，所以圍巖進入了相對穩(wěn)定期。

3 隧道軟弱圍巖大變形處理措施研究

隧道軟弱圍巖大變形機理的分析較為復雜，其中有構成較為復雜的因素，也有逐步演化的客觀因素，因此對其系統(tǒng)分析首先要認識到這是一個系統(tǒng)工程，必須根據(jù)具體變形特點制定針對性的方案，必要的情況下還要制定相關輔助方案。本文結合施工監(jiān)理實踐，提出如下原則性的控制措施供相關施工單位參考。

3.1 控制初始變形量

對于初始變形量的控制一般采取預支護的方式，如可以在公路隧道的不同位置采取不同的超前預支護舉措，同時要加強地質情況的預報和研判。一般來說，對于平行導洞全洞的預報可以選擇紅外和雷達預報兩種，也可兩種結合使用。對于主洞全洞可以采取紅外探水和TSP(多波多分量高分辨率地震反射法)，必要時也可兩者結合使用。實踐中，也可以采用平行導洞預先開挖揭露圍巖基本情況，以實施后續(xù)主洞地段工程的準確預測。

3.2 工程開挖要盡量減少對周邊圍巖的干擾

開挖方式和爆破方式是直接影響圍巖穩(wěn)定性的主要方面，不同的方式對于圍巖的擾動程度各異，實踐中應具體情況具體分析。常見的開挖方式有上下臺階法、CD法、全斷面法、CRD法4種。施工要注重掌子面和仰拱、初期支護、全環(huán)襯砌間的距離，要保持信息預報的及時性，根據(jù)信息反饋及時調整施工工藝。對于工程爆破來說，要盡量減小爆破對周邊圍巖的影響和破壞，要根據(jù)具體巖層的性狀確定爆破的進尺。如實施臺階施工法時，Ⅴ類圍巖上半斷面要≤1.2 m，Ⅳ類圍巖上半斷面要≤1.5 m，下半斷面要≤2.0～2.4 m。在實施全斷面工藝時，Ⅳ類圍巖的爆破進度要≤3.5 m，且每次均要實施爆破后的檢查和評估，作為是否進行下一次爆破的主要依據(jù)。一般來說，如果爆破設計的進尺為2 m時，通常采取斜眼復合楔形掏槽，具體如圖1所示。當進尺>2 m時，通常采取直眼掏槽，具體如圖2所示。在每次爆破后，均要對孔痕跡率、平整度、爆渣集中度、爆渣塊度、殘眼長度等數(shù)據(jù)實施分析，以此來確定圍巖的穩(wěn)定性，這些參數(shù)的描述和測量是判斷下一次實施爆破的循環(huán)進尺、內圈孔間距、周邊孔、炸藥用量、掏槽孔布置的主要依據(jù)。

(A)斜眼楔形掏槽

(B)斜眼復合楔形掏槽

(A)菱形布置 (B)矩形布置 (C)三角形布置

圖2直眼掏槽示意圖

3.3 加強量測監(jiān)控，注重施工的動態(tài)調整

實施量測監(jiān)控是實施險情預報和監(jiān)控圍巖變形的主要依據(jù)。通過監(jiān)控可以較好地掌握圍巖和支護的工作情況，以便下一步實施支護和結構設計，也能為隧道施工積累相關數(shù)據(jù)資料，作為今后實施工程監(jiān)理和施工的依據(jù)。一般來說，監(jiān)測內容包括兩類：(1)水平收斂；(2)拱頂下沉。對于Ⅴ級圍巖來說，及時封閉仰拱可以使斷面早形成閉合環(huán)，達到減小變形和提升圍巖穩(wěn)定性的目的。同時還可以根據(jù)監(jiān)測情況來確定二次襯砌的時機，因為此項工藝如果實施過早將會導致承載負荷過大，時機過晚又會造成支護被破壞。同時對于高應力地段，要充分考慮高地應力的影響，由于二次襯砌使得圍巖承受部分壓力，所以除了初期支護的厚度、剛度和強度外，還要適度加大二次襯砌的厚度和強度。通過監(jiān)控數(shù)據(jù)，還能較好地揭示原設計初期支護數(shù)據(jù)能否滿足圍巖變形的要求。

3.4 強化治水舉措

上文提到圍巖在受到水的長期侵蝕后，會出現(xiàn)圍巖軟化和泥化的問題，導致其工程性能急劇下降，使原有的支護穩(wěn)定性下降較快，變形量急劇增大，導致初期支護的掉塊，嚴重的甚至造成拱架的變形。所以治水尤其是富水段的治水尤其重要。應根據(jù)地下水的富集情況進行預先注漿操作，對于地下水發(fā)育地區(qū)和不發(fā)育地區(qū)一般采取不同的工藝舉措，前者通常采取水泥單液注漿，后者通常采取水泥、水玻璃雙液注漿，同時開挖后對其還要實施地下水的疏導、引排以及主動封堵等舉措。對于圍巖變形較大、穩(wěn)定性較差的地域，可以實施提前二次襯砌，加強施工質量的監(jiān)管，提升支護的效果，在變形完成和襯砌施工后，要根據(jù)情況對發(fā)育段實施回填注漿。

3.5 實施施工變形大數(shù)據(jù)分析

雖然本文也給出了一定的數(shù)據(jù)，但由于其變形規(guī)律不易掌握，給分析也帶來了一定的困難，實施大數(shù)據(jù)分析在過去是不可能實現(xiàn)的，但如今隨著信息科技的發(fā)展，可以根據(jù)不同巖種、不同地質環(huán)境構設相應的大數(shù)據(jù)庫，并實施具體分析和比對，在此基礎上采取針對性的控制舉措，盡最大可能控制因圍巖大變形而帶來的工程事故。

4 結語

綜上所述，作為監(jiān)理單位，在實施監(jiān)理指導時要高度重視當?shù)貛r種、地質環(huán)境條件的影響，對于隧道深度給軟弱圍巖施工造成的大變形要進一步加強研究，本文最后還提出了大數(shù)據(jù)分析理念，是一個較好的探索方向。同時作為施工方，還要高度重視鄰近施工、支護結構和施工工序對圍巖的影響，進一步增強施工的科學性。

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