馮仲彬，羅德銀

(中國電建集團(tuán)貴陽勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，貴州 貴陽 550081)

1 軟巖大變形隧道施工發(fā)展歷程

早在九五計(jì)劃期間，我國就已經(jīng)開始面臨軟巖大變形隧道的工程修建，且在建設(shè)能源基地期間也先后出現(xiàn)了軟巖大變形而影響工程建設(shè)的問題。軟巖大變形促使我國在道路修建方面遭遇困難，也影響國家能源基地建設(shè)工作，阻礙國家礦產(chǎn)事業(yè)發(fā)展。隨著經(jīng)濟(jì)水平的不斷提升和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，我國已經(jīng)有了很多成功修建軟巖大變形工程的實(shí)踐案例，這些案例當(dāng)中所采用的各種控制變形技術(shù)成功解決了軟巖變形的問題，為后續(xù)其他工程的開展提供了諸多經(jīng)驗(yàn)借鑒。從理論角度考慮，軟巖大變形的施工理論一直是世界建筑領(lǐng)域所討論的難點(diǎn)話題。而事實(shí)上，在淺埋軟弱圍巖隧道工程施工期間，很難避免出現(xiàn)大變形的問題，只有合理評估支護(hù)參數(shù)，并完成支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，才能夠改善軟巖變形的狀態(tài)，對軟巖大變形進(jìn)行控制。

2 軟巖大變形隧道工程概況

某隧道項(xiàng)目位于貴州省內(nèi)，是軟巖地質(zhì)嚴(yán)重影響區(qū)域，在對該隧道進(jìn)行施工期間遭遇嚴(yán)重的軟巖大變形問題。本次研究將就該工程項(xiàng)目進(jìn)行數(shù)據(jù)觀測，最終選擇合適的軟巖變形控制技術(shù)。據(jù)悉，該工程項(xiàng)目所施工的隧道長度為14 528 m，最大埋深超過1 000 m，而隧道的進(jìn)口階段是三層系統(tǒng)板巖的薄層板狀構(gòu)造，每層厚度小于5 cm，層次之間的結(jié)合力比較差，巖層質(zhì)地松軟，且地下水含量豐富，巖層的走向和隧道挖掘的方向基本持平。依據(jù)《工程巖體分級標(biāo)準(zhǔn)》，了解到該隧道工程洞身部位最大水平主應(yīng)力為21.28 MPa，該數(shù)值和板巖單軸抗壓強(qiáng)度的30 MPa相比，處于較高的應(yīng)力狀態(tài)。

本項(xiàng)目在隧道采用以弧形導(dǎo)坑預(yù)留核心土的方式進(jìn)行開挖，為避免巖層坍塌情況，在工程開挖之前就做好支護(hù)鋼架的設(shè)計(jì)，以Ⅰ20b的鋼架進(jìn)行支護(hù)。從支護(hù)結(jié)構(gòu)完成以后的圍巖變化情況來看，此刻圍巖變形明顯，且變形的速度還在加快，拱頂位置已經(jīng)出現(xiàn)沉降，沉降位移達(dá)到45 cm，而收斂最大值則達(dá)到了85 cm。此時(shí)的圍巖變形對初期支護(hù)工程產(chǎn)生影響，混凝土出現(xiàn)嚴(yán)重開裂及剝落問題，原本所支護(hù)的鋼拱架已經(jīng)斷裂，隧道工程經(jīng)受重大經(jīng)濟(jì)損失，施工安全性也受到干擾。

3 隧道工程變形特點(diǎn)

本項(xiàng)目隧道工程中軟巖層發(fā)生變形的幅度很大且變形的速度也非?？?，尤其是在隧道開發(fā)以后，巖石結(jié)構(gòu)變化非常明顯?？偨Y(jié)該隧道工程的變形情況，發(fā)現(xiàn)其具備下述變形特點(diǎn)：

首先，本項(xiàng)目隧道工程的變形速度比較快，尤其是在隧道開挖以后，巖石變形比較強(qiáng)烈，拱頂?shù)某两捣缺容^大，水位移動變化效率也明顯增加，對隧道工程積壓非常明顯。

其次，隧道工程中巖石變形呈現(xiàn)出了不均勻的情況，變形不對稱且開挖部分的局部遭受侵染。依據(jù)工程檢測數(shù)據(jù)顯示，整個隧道都呈現(xiàn)出的左右側(cè)變形不均勻的情況。且在完成初期支護(hù)工作以后，對隧道的不同段落進(jìn)行測量，發(fā)現(xiàn)巖石變形不對稱現(xiàn)象差異明顯。

最后，巖石變形持續(xù)的周期比較長且越是到后期，巖石變形的幅度就越大，對隧道工程施工的影響越大。根據(jù)工程監(jiān)測中心所收集的數(shù)據(jù)顯示，隧道的拱頂位置沉降以及水平移動情況都處于長時(shí)間勻速增長的狀態(tài)。如果繼續(xù)進(jìn)行隧道施工，那么在完成拱頂施工以后，也會因?yàn)楣绊敵两岛妥冃螁栴}而對拱頂施工質(zhì)量產(chǎn)生影響，如果變形幅度過大，還有可能直接造成拱頂塌方。

4 隧道工程變形原因分析

4.1 地質(zhì)因素

本項(xiàng)目隧道工程所在地點(diǎn)是貴州省，當(dāng)?shù)亟涤炅勘容^充沛且地下水位豐富，在巖石碰到水以后會出現(xiàn)膨脹情況，且產(chǎn)生比較大的膨脹力。而隧道所在區(qū)域安慰內(nèi)的巖石主要以碳質(zhì)板巖為主，該種巖石在遇到水以后會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而快速崩解，一旦將該種巖石暴露到水中，其體積會不斷增大，且產(chǎn)生對應(yīng)的膨脹力，這種壓力會作用到初期支護(hù)結(jié)構(gòu)當(dāng)中。不僅是水會對巖石產(chǎn)生影響，隧道所處的位置也會對巖石的產(chǎn)生其他不利產(chǎn)生影響。本項(xiàng)目隧道工程所處地點(diǎn)為高原地帶，其高地應(yīng)力本身就比較明顯，且?guī)r石質(zhì)地松軟很容易出現(xiàn)變形，在發(fā)生吸水問題以后，繼續(xù)開挖隧道很容易產(chǎn)生松動圈。而設(shè)計(jì)的支護(hù)結(jié)構(gòu)無法抵御巖石變形所造成的壓力和巖石吸水后所產(chǎn)生的膨脹力，如此支護(hù)工程也會隨之遭受破壞。除上述情況以外，圍巖的性質(zhì)也會受到時(shí)空效應(yīng)的影響，原本施工期間巖石就會受到開挖行為的影響出現(xiàn)蠕變位移的情況，且該種變化會隨著時(shí)間的變化而逐漸增加，在力學(xué)性質(zhì)作用下，巖石的強(qiáng)度會在時(shí)間的流逝中逐漸降低，而隧道工程中的支護(hù)體系除了要支護(hù)巖石的自重，還需要承受時(shí)間變化而產(chǎn)生的變形壓力。

4.2 設(shè)計(jì)因素

隧道工程的周邊巖石都屬于軟巖地質(zhì)，其是受到自然環(huán)境影響所形成的天然地質(zhì)環(huán)境。在開展隧道工程的情況下，很容易因?yàn)楣こ淌┕ば袨閷r石產(chǎn)生塑性變形影響，有些工程行為對巖石所產(chǎn)生的影響甚至是超過了設(shè)計(jì)預(yù)期的影響。在該種情況下初期支護(hù)體系自然無法承擔(dān)巖石變形的壓力，而巖石變形的速度也會因此而無法控制。為此，只有注重控制工程施工行為對巖石產(chǎn)生的影響，并且調(diào)整支護(hù)體系的剛性，才能夠有效控制軟巖變形。

4.3 施工因素

施工期間如果支護(hù)體系本身封閉不夠及時(shí)或者是對巖石外露封閉不夠及時(shí)都會對巖石的特性產(chǎn)生影響。首先，在開挖隧道期間會不可避免的促使巖石被暴露出來，而該地區(qū)地下水位非常高，一旦巖石和水進(jìn)行接觸，很有可能會出現(xiàn)膨脹變形的情況。且開挖隧道后巖面不及時(shí)封閉，巖面會出現(xiàn)風(fēng)化或者是崩解的情況，從而造成超挖的問題，促使松動圈的范圍不斷擴(kuò)大。此時(shí)的巖石在強(qiáng)度上無法滿足隧道工程施工要求，且支護(hù)體系也難以支撐巖石變形所產(chǎn)生的壓力。

5 隧道工程變形控制技術(shù)

針對上述原因，對本項(xiàng)目道工程進(jìn)行反復(fù)勘測，了解施工現(xiàn)場的實(shí)際情況，依據(jù)隧道周邊巖石結(jié)構(gòu)情況，選擇采取下述施工技術(shù)來控制軟巖變形問題。經(jīng)過多方控制與調(diào)整，最終隧道工程得以順利進(jìn)行，原本比較困難的作業(yè)在時(shí)間上有所縮短，巖石變形的幅度也逐漸減小，支護(hù)變形的問題得以解決。

5.1 控制施工損毀情況

本次施工需要秉承著不破壞圍巖的施工理念，施工期間盡量減少對周邊巖石的破壞，避免對巖石變形產(chǎn)生不利干擾，控制巖石變形程度。首先，通過輔助施工的方法在開挖隧道之前就做好超前支護(hù)，針對軟弱巖石進(jìn)行加固處理。其次，在巖石爆破環(huán)節(jié)控制好爆破力度，減少對周邊巖石的擾動。最后，針對破碎狀態(tài)的巖石盡量利用鐵锨進(jìn)行挖掘，不要促使其受到爆破的影響。

5.2 管理開挖行為

在開挖環(huán)節(jié)需要注重對短進(jìn)尺的管理，確保初步支護(hù)能夠形成閉環(huán)，減少單循環(huán)開挖的長度，避免因?yàn)閱窝h(huán)開發(fā)過程而對拱架承受壓力產(chǎn)生影響。開挖行為的管理還要注重對單循環(huán)作業(yè)時(shí)間的控制，減少軟巖變形的時(shí)間，在快速形成巖面閉環(huán)時(shí)，每當(dāng)出現(xiàn)巖石碎渣，就立即通過噴射混凝土進(jìn)行封閉，減少巖石在空氣當(dāng)中暴露的時(shí)間，避免巖石出現(xiàn)崩解的情況。在了解到軟巖變形因素的情況下，需要在每個臺階挖掘完成以后都通過臨時(shí)支護(hù)的方式來加強(qiáng)支護(hù)力量，形成完善的支護(hù)體系。

5.3 注重臨時(shí)支護(hù)

在臨時(shí)支護(hù)施工期間需要考慮到支護(hù)的注漿情況，采取徑向注漿的方式，不斷對松動圈進(jìn)行加固。在每個支護(hù)循環(huán)完成以后，立刻向拱頂?shù)奈恢眠M(jìn)行注漿，設(shè)置好注漿參數(shù)，確定好注漿支護(hù)的間距，避免因?yàn)槌休d力不足而無法呈現(xiàn)出注漿支護(hù)的作用。

6 結(jié)束語

本次探究軟巖大變形隧道工程，結(jié)合工程實(shí)際情況，從辯證的角度看待軟巖大變形問題，了解到在修建該類別工程項(xiàng)目時(shí)需要結(jié)合工程所在地的地方經(jīng)濟(jì)情況、政府政策情況、自然環(huán)境情況、地理地質(zhì)情況以及施工技術(shù)水平等多種因素，制定完善的施工方案。在了解軟巖隧道工程變形的特點(diǎn)及變形原因情況下，選擇合適的變形控制技術(shù)，能夠有效改善軟巖隧道變形對隧道工程所造成的破壞力，進(jìn)而追趕中國高鐵的發(fā)展角度，成為高鐵發(fā)展的有力基礎(chǔ)支撐。