摘 要：本文首先介紹了軟弱圍巖隧道地質工程特點，然后介紹了軟弱圍巖隧道施工方法，最后分析了軟弱圍巖隧道施工技術的重點控制。供相關人士參考。

關鍵詞：軟弱圍巖；公路；隧道施工

中圖分類號：U455.4 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）21-0180-02

引 言

軟弱圍巖公路隧道的施工兼具復雜性與困難性，公路交通的施工安全性以及其質量與進度等均能夠在不同程度上受到此工程施工的影響。同時，軟弱圍巖隧道的施工能夠極大地促進整個公路工程項目建設的順利開展。鑒于此，施工單位需要采取一定的措施，不斷優(yōu)化相應的施工技術，從而為軟弱圍巖公路隧道工程的施工提供技術上的支撐。

1 軟弱圍巖隧道的地質工程特性

軟弱圍巖隧道是一項難度大的工程，影響到施工的安全、質量、進度和效益。隧道圍巖的劃分，無論是鐵路隧道、水工隧洞還是公路隧道圍巖分類，主要是根據圍巖狀態(tài)的完整性和穩(wěn)定性等基本因素，考慮圍巖巖石強度、地下水作用及風化程度等因素，將圍巖劃分成不同的等級，編制成具有定性定量指標的隧道圍巖分類表。實際施工中，通過各種地質勘探手段取得的資料，與圍巖分類表比較以確定圍巖類別。

1.1 地質特征

隧道施工中軟弱圍巖多劃分為Ⅳ～Ⅵ級圍巖。軟弱圍巖，主要是指第四系全新、中更新、更新統的殘坡積土部份，包括沖積河岸和池塘、淤積層、人工雜填土、喀斯特洞穴填土、水田、風積砂和新舊黃土等。軟弱圍巖的特點是：內摩擦角小、粘聚力弱；易發(fā)生蠕變、滑移、濕陷或膨脹、坍塌等。中國北、南地區(qū)軟弱圍巖特征不同，北部地區(qū)軟弱圍巖含水率較低，經過浸水飽和，易坍塌、喪失承載力；南部地區(qū)軟弱圍巖含水率較高，經施工擾動易液化呈流動狀。簡單地說，軟弱圍巖就是整體強度不高、完整性又不太好、結構相對松散、RQD值（巖石質量指標）低的圍巖。

1.2 工程特性

軟弱圍巖隧道施工的特點主要表現在以下三個方面：

（1）由于軟弱圍巖擾動后的穩(wěn)定能力較差，需采用逐步施工和化大為小的施工方法，但工藝是多種多樣的，如CD法、CRD法、雙側壁導坑法等，形成閉環(huán)時間長，可能影響工程進度；

（2）由于軟弱圍巖的地質情況復雜多變，難以一次性明確地質情況，施工方法和設計參數可能會伴隨施工過程發(fā)生改變，增加了施工難度；

（3）隧道施工中遇到薄弱巖層及其影響帶時，存在較大的安全風險。這無疑會給企業(yè)管理者和作業(yè)人員帶來更大的壓力，檢驗其對施工技術和施工質量的把控能力。

2 軟弱圍巖隧道施工方法

隧道一般采用新奧法施工技術，它是巖土力學原理的基礎，盡量減小隧道開挖過程中對圍巖的擾動，將圍巖支護體系成為圍巖的重要組成部分。通過監(jiān)控量測及超前地質預報指導隧道的設計和施工。

施工中必須遵循的原則是：

（1）利用圍巖的自穩(wěn)能力來保持圍巖的穩(wěn)定性。

（2）隧道二襯施工前以初期支護主要支撐手段，使周圍環(huán)境得以穩(wěn)定。初期支護在超前小導管預支護后及時施作，采用噴射混凝土、系統錨桿、鋼筋網片以及鋼拱架進行全環(huán)封閉。

（3）在開挖時，盡量不要干擾圍巖，隧道開挖周邊輪廓應圓順，避免應力集中。應按設計要求預留變形量，且預留變形量大小應根據監(jiān)控量測信息進行調整。

（4）在初期支護和圍巖穩(wěn)定后才能進行二次襯砌。

2.1 洞口段施工

隧道洞口段通常具有圍巖埋深淺，覆蓋層薄，地質狀況差，圍巖等級低的特點。洞口段的施工是整個隧道工程的重點，也是難點。洞口段的施工對隧道施工質量的全面提高有著重要的影響。

洞門型式綜合考慮地形、地貌、洞口地質條件及附近建筑物和周邊自然環(huán)境等因素，按照“安全、經濟、和諧、自然”的原則確定。為保證安全進洞，洞口一般都采用套拱+超前大管棚進洞。以達到穩(wěn)定洞口、加固地層，確保洞口圍巖穩(wěn)定的目的。具體施工方法為：

（1）首先進行邊坡危石清理及主被動防護網的施工。

（2）根據洞口邊仰坡放線結果，在距邊仰坡開挖線邊緣5m處設置截水溝。

（3）截水溝施工完后，進行洞口臨時開挖邊仰坡的錨噴防護，對邊仰坡進行封閉，自上而下，每開挖一級，防護一級。另外，針對洞口地段的地下水、地表水富集及邊坡巖體松散的情況，可以使用超前注漿小導管對洞口圍巖及洞頂地表進行預加固，確保下一步隧道施工安全。

（4）洞口邊仰坡開挖及防護完成后，開始進行套拱開挖。套拱土石方開挖遵循由上至下開挖，在確立護拱中、邊線后，在拱架內側預留核心土（填筑工作平臺），以方便護拱鋼架的安裝及導向墻內模的支撐及加固。

（5）待洞口上斷面開挖完成后，及時施工套拱。套拱底部設置混凝土擴大基礎，以保證其基礎的穩(wěn)定性。套拱內設工字鋼架，鋼架外緣預設導向鋼管。套拱施工完畢后，應及時進行超前大管棚鉆孔及注漿預支護。

2.2 隧道洞身施工

在軟弱圍巖的施工中，隧道開挖以減少對圍巖的擾動，保證開挖過程中圍巖的穩(wěn)定性為原則，采用短臺階，分步平行開挖，開挖前應先施作超前支護。初期支護應配合開挖作業(yè)同步進行，及時進行初期支護（錨桿+鋼筋網+鋼拱架+噴射混凝土）及二襯的封閉成環(huán)，確保圍巖穩(wěn)定及施工安全。

洞身施工中，需設置輔助防排水措施。隧道防排水原則：防、排、截、堵相結合，因地制宜，綜合治理，達到排水暢通、防水可靠、經濟合理、不留后患的目的。對導水斷層破碎帶可能發(fā)生地下水大量流失的地段“以堵為主，限量排放”防排水系統，由EVA排水板+無紡布、止水帶、拱墻背后環(huán)向排水管、集中股水引排環(huán)向排水管、邊墻縱向排水管、電纜溝至中心水溝橫向排水管、隧底橫向排水管、橫通道交叉口預埋管、路面排水淺槽、中心水溝及檢查井等組成。

若基底圍巖軟化或圍巖松動破碎，可對基底進行注漿預加固，固結基底破碎圍巖，提高其整體性，以確?；追€(wěn)固。有效控制沉降量，確保隧道的安全。

根據超前地質預報，當斷層圍巖出現富水情況，可能產生突涌水時，則設止?jié){墻對掌子面前方進行全斷面深孔預注漿；當掌子面為巖質較好的斷層破碎帶及大的溶縫，且地下水發(fā)育時，可對掌子面前方進行深孔周邊預注漿。在確定實施前，應在超前地質預報（物探）指引下鉆3～5個超前鉆孔以探明地下水發(fā)育情況、巖體完整程度等地質情況，各探水孔至少應有三孔出水。最終是否實施預注漿應結合物探結果、探水孔水量及圍巖條件等綜合判斷。

實際施工中情況會有較大的差異，在選擇具體施工方法時應充分結合圍巖的特點，對隧道洞身開挖、支護等關鍵工序進行多種施工方案的綜合比選，在技術可行的前提下，優(yōu)選最佳方案。此外，還應借鑒以往的施工經驗，對方案進行可行性論證，避免出現重復性錯誤。

3 軟弱圍巖隧道施工技術關鍵控制

3.1 軟弱圍巖支護作用機理分析

從地質工程的角度看，軟弱圍巖因強度小而不穩(wěn)定，必須對其進行改造，以滿足隧道工程的安全要求。支護物理力學參數表如表1。支護物理力學參數所示。

3.1.1 預注漿加固

超前小導管注漿及隧道徑向預注漿加固對于支護結構的穩(wěn)定性、完整性以及其承載力的提高有著十分重要的作用。能夠使支撐結構的承載力以及其適應性得以極大地提升。在注漿之后，原本相對疏散的巖體能夠固結在一起，這對于巖體的內摩擦角以及內聚力的提升十分重要，有利于提高巖體自身強度。

3.1.2 錨桿加固圍巖

初噴混凝土施工完成后，沿隧道環(huán)向設置系統錨桿，鋼筋網隨巖面的起伏進行鋪設，與錨桿聯絡牢固，確保初期支護不失穩(wěn)。錨桿是利用自身的強度來支撐圍巖的。通過錨固接頭周圍的節(jié)理、裂隙或軟弱圍巖來提高巖體的強度。

3.1.3 鋼拱架

隧道初期支護噴射混凝土施工前須架立支撐鋼拱架，鋼架通常由多個單元組成，各單元由工字鋼、連接板焊接成型、鋼筋加工場集中制作，各單元間采用螺栓連接，主筋、角鋼、連接鋼板均采用焊接，焊縫等級為二級；鋼架間設縱向連接筋。鋼架在初噴混凝土4cm后架設，架設完畢后復噴混凝土至設計厚度。工字鋼鋼架必須與圍巖及初噴面緊密接觸，有間隙時應采用混凝土墊塊楔緊。鋼架安裝應確保兩側拱腳必須放在牢固的基礎上，拱腳嚴禁懸空。

鋼拱架的作用機理概括如下：在開挖軟弱圍巖地下工程的時候，由于圍巖的穩(wěn)定性、錨噴混凝土支護阻力相對來說無法滿足實際需要，而在進行開挖之后，需要在較短的時間內對圍巖進行支撐，因此，在此過程中，對于鋼支撐的方式應用的比較多。這是因為鋼支架具備較高的剛度與強度，能夠在很大程度上對圍巖的松動與變形壓力進行承受。從施工方面來說，鋼支架的施工相對便捷，在較短的時間內能夠提供較強的支護作用給軟弱圍巖地下工程圍巖，并且其能夠在很大程度上使地下工程的圍巖變形問題得以切實有效的避免。

3.1.4 噴射混凝土

隧道噴射混凝土采用濕噴技術施工。通常分二次噴夠設計厚度，初噴厚度4～6cm，鋼筋網、鋼架安裝就位后，鋼架與圍巖之間的間隙應用噴射混凝土充填密實，并使鋼架與噴射混凝土形成整體。

噴射混凝土的作用機理概括如下：改變圍巖的應力狀態(tài)。由于噴射層可以緊密地附著在圍巖上，并能對圍巖表面提供阻力和剪切力，圍巖處于三向受力的有利狀態(tài)，防止圍巖強度惡化。通過填充圍巖，分布外力，防止圍巖松動，間接提高圍巖的圓周力，提高復合式襯砌的質量，可以提高復合式襯砌的支護能力。噴混凝土層直接附著、覆蓋在巖石表面上，形成風化、保水的保護層，并阻止節(jié)理裂隙中充填物流失。

3.1.5 二次襯砌

隧道二襯應在圍巖變形基本穩(wěn)定后施作，變相趨勢穩(wěn)定應符合以下要求：

（1）隧道周邊變形速率明顯下降并趨于緩和。

（2）水平收斂<0.2mm/d、拱頂下沉速率<0.15mm/d。

（3）施作二襯前的累計位移值達到設計預留變形量的80%以上。

其中軟弱圍巖段可能產生大變形，變形長期不能趨穩(wěn)，計位移值達到設計預留變形量的80%，二次襯砌可提前施作。

二次襯砌距掌子面的安全步距按相關規(guī)范要求執(zhí)行。

3.1.6 超前地質預報及監(jiān)控量測

隧道超前地質預報以工程地質分析為核心，堅持粗查與精查相結合、隧道洞內探測與洞外地質勘探相結合、地質方法與物探方法相結合、多種物探方法相結合、物探與超前水平鉆探相結合，開展多層次、多手段的綜合超前地質預報，并貫穿于施工全過程。其目的為：

（1）超前地質預報工作可進一步查清因前期地質勘察工作的局限而難以探查的、隱伏的重大地質問題，根據掌握的地質災害前兆和超前預測預報地質災害，及時改進施工方法，調整施工工藝，確定防災預案，進而指導工程施工的順利進行。

（2）超前地質預報工作可降低地質災害發(fā)生的機率。

（3）通過開展超前地質預報工作，為變更設計提供地質依據。

監(jiān)控量測主要包括洞內外觀察、周邊位移量測、地表沉降觀測，其目的為：

（1）地掌握圍巖和支護的動態(tài)信息并及時反饋，指導施工作業(yè)。

（2）通過對圍巖的變形、應力量測，為調整設計提供依據。

3.2 隧道塌方的預防

在軟弱圍巖隧道施工中容易出現坍塌現象，坍塌會給施工帶來很大的困難和一定的經濟及工期損失，嚴重的還會造成人員傷亡，因此在施工過程中必須預防安全事故的發(fā)生。施工隊在確認軟弱圍巖后，首先要充分了解軟弱圍巖的特點，通過勘探取樣，然后根據其特點定性優(yōu)選方案，確保施工進度計劃，避免發(fā)生坍塌事故。同時，在隧道施工過程中，應充分利用超前地質預報查明地質情況，及時改進施工工藝，降低坍塌的發(fā)生概率，以更好地保證工程順利推進。

3.3 爆破超欠挖控制

超欠挖控制是軟弱圍巖隧道施工的一個重要環(huán)節(jié)，對整個工程的質量和安全運行有著重要的影響。因此，在這一環(huán)節(jié)中必須高度重視，以保證施工質量。隧道開挖過程中，挖的過多或過少都會影響整個隧道開挖工程的正常有序施工，造成圍巖穩(wěn)定性的損失，同時也可能造成成本增加，因此，在開挖過程中，應嚴格控制超欠挖，超挖部位必須采用噴射混凝土回填或用同強度等級的混凝土模筑，嚴禁人為預留空腔或摻填片石。特別在鉆爆法施工中，只有良好的控制爆破范圍和程度，才能從根本上控制超挖，確保工程順利進行。

3.4 襯砌排水

與防坍塌事故一樣，預防為主，防治結合是襯砌防排水下作的重要原則，做好防排水對于襯砌具有重要的意義。這就要求在初期支護完成后將波紋滲透管設置好，并將水引至中央排水溝中排出。在初期支護和二次襯砌中，有必要采用防水板進行精確鋪設，以保證水不能深入到襯砌中。其次，防水混凝土應用于二次襯砌的施工中。在鋼筋的焊接過程中，要在周圍放置石棉板，更好地阻斷火花進入防水層，一旦人們?yōu)R到防水層很可能會導致不同程度的防水層損壞。焊接后取出石棉板。同時，在混凝土施工過程中，還應注意混凝土振動作業(yè)的布置與防水層的接觸，避免防水層的損壞，從而影響正常的施工工作。

4 結束語

首先，加強公路隧道軟弱圍巖施工技術，確保公路隧道施工質量的科學有效應用，對安全和進度有著重要的影響，這就要求施工企業(yè)能夠從目前的條件出發(fā)。在工程建設方面，從隧道塌方防治、超限控制爆破、襯砌施工難點等方面，加強了防排水標準施工技術的應用，同時要規(guī)范工序、規(guī)范施工工藝，才能從根本上保證公路隧道施工質量，降低安全隱患，為順利完成公路隧道工程在軟弱圍巖中的施工提供重要的質量保，對我國隧道工程的施工提供技術上的補充。

參考文獻

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收稿日期：2018-6-22

作者簡介：任小勇（1976-），男，漢族，四川鹽亭人，工程師，本科，主要長期從事公路工程施工和管理工作。