软弱围岩公路隧道施工方法

摘 要：本文首先介绍了软弱围岩隧道地质工程特点，然后介绍了软弱围岩隧道施工方法，最后分析了软弱围岩隧道施工技术的重点控制。供相关人士参考。

关键词：软弱围岩；公路；隧道施工

中图分类号：U455.4 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）21-0180-02

引 言

软弱围岩公路隧道的施工兼具复杂性与困难性，公路交通的施工安全性以及其质量与进度等均能够在不同程度上受到此工程施工的影响。同时，软弱围岩隧道的施工能够极大地促进整个公路工程项目建设的顺利开展。鉴于此，施工单位需要采取一定的措施，不断优化相应的施工技术，从而为软弱围岩公路隧道工程的施工提供技术上的支撑。

1 软弱围岩隧道的地质工程特性

软弱围岩隧道是一项难度大的工程，影响到施工的安全、质量、进度和效益。隧道围岩的划分，无论是铁路隧道、水工隧洞还是公路隧道围岩分类，主要是根据围岩状态的完整性和稳定性等基本因素，考虑围岩岩石强度、地下水作用及风化程度等因素，将围岩划分成不同的等级，编制成具有定性定量指标的隧道围岩分类表。实际施工中，通过各种地质勘探手段取得的资料，与围岩分类表比较以确定围岩类别。

1.1 地质特征

隧道施工中软弱围岩多划分为Ⅳ～Ⅵ级围岩。软弱围岩，主要是指第四系全新、中更新、更新统的残坡积土部份，包括冲积河岸和池塘、淤积层、人工杂填土、喀斯特洞穴填土、水田、风积砂和新旧黄土等。软弱围岩的特点是：内摩擦角小、粘聚力弱；易发生蠕变、滑移、湿陷或膨胀、坍塌等。中国北、南地区软弱围岩特征不同，北部地区软弱围岩含水率较低，经过浸水饱和，易坍塌、丧失承载力；南部地区软弱围岩含水率较高，经施工扰动易液化呈流动状。简单地说，软弱围岩就是整体强度不高、完整性又不太好、结构相对松散、RQD值（岩石质量指标）低的围岩。

1.2 工程特性

软弱围岩隧道施工的特点主要表现在以下三个方面：

（1）由于软弱围岩扰动后的稳定能力较差，需采用逐步施工和化大为小的施工方法，但工艺是多种多样的，如CD法、CRD法、双侧壁导坑法等，形成闭环时间长，可能影响工程进度；

（2）由于软弱围岩的地质情况复杂多变，难以一次性明确地质情况，施工方法和设计参数可能会伴随施工过程发生改变，增加了施工难度；

（3）隧道施工中遇到薄弱岩层及其影响带时，存在较大的安全风险。这无疑会给企业管理者和作业人员带来更大的压力，检验其对施工技术和施工质量的把控能力。

2 软弱围岩隧道施工方法

隧道一般采用新奥法施工技术，它是岩土力学原理的基础，尽量减小隧道开挖过程中对围岩的扰动，将围岩支护体系成为围岩的重要组成部分。通过监控量测及超前地质预报指导隧道的设计和施工。

施工中必须遵循的原则是：

（1）利用围岩的自稳能力来保持围岩的稳定性。

（2）隧道二衬施工前以初期支护主要支撑手段，使周围环境得以稳定。初期支护在超前小导管预支护后及时施作，采用喷射混凝土、系统锚杆、钢筋网片以及钢拱架进行全环封闭。

（3）在开挖时，尽量不要干扰围岩，隧道开挖周边轮廓应圆顺，避免应力集中。应按设计要求预留变形量，且预留变形量大小应根据监控量测信息进行调整。

（4）在初期支护和围岩稳定后才能进行二次衬砌。

2.1 洞口段施工

隧道洞口段通常具有围岩埋深浅，覆盖层薄，地质状况差，围岩等级低的特点。洞口段的施工是整个隧道工程的重点，也是难点。洞口段的施工对隧道施工质量的全面提高有着重要的影响。

洞门型式综合考虑地形、地貌、洞口地质条件及附近建筑物和周边自然环境等因素，按照“安全、经济、和谐、自然”的原则确定。为保证安全进洞，洞口一般都采用套拱+超前大管棚进洞。以达到稳定洞口、加固地层，确保洞口围岩稳定的目的。具体施工方法为：

（1）首先进行边坡危石清理及主被动防护网的施工。

（2）根据洞口边仰坡放线结果，在距边仰坡开挖线边缘5m处设置截水沟。

（3）截水沟施工完后，进行洞口临时开挖边仰坡的锚喷防护，对边仰坡进行封闭，自上而下，每开挖一级，防护一级。另外，针对洞口地段的地下水、地表水富集及边坡岩体松散的情况，可以使用超前注浆小导管对洞口围岩及洞頂地表进行预加固，确保下一步隧道施工安全。

（4）洞口边仰坡开挖及防护完成后，开始进行套拱开挖。套拱土石方开挖遵循由上至下开挖，在确立护拱中、边线后，在拱架内侧预留核心土（填筑工作平台），以方便护拱钢架的安装及导向墙内模的支撑及加固。

（5）待洞口上断面开挖完成后，及时施工套拱。套拱底部设置混凝土扩大基础，以保证其基础的稳定性。套拱内设工字钢架，钢架外缘预设导向钢管。套拱施工完毕后，应及时进行超前大管棚钻孔及注浆预支护。

2.2 隧道洞身施工

在软弱围岩的施工中，隧道开挖以减少对围岩的扰动，保证开挖过程中围岩的稳定性为原则，采用短台阶，分步平行开挖，开挖前应先施作超前支护。初期支护应配合开挖作业同步进行，及时进行初期支护（锚杆+钢筋网+钢拱架+喷射混凝土）及二衬的封闭成环，确保围岩稳定及施工安全。

洞身施工中，需设置辅助防排水措施。隧道防排水原则：防、排、截、堵相结合，因地制宜，综合治理，达到排水畅通、防水可靠、经济合理、不留后患的目的。对导水断层破碎带可能发生地下水大量流失的地段“以堵为主，限量排放”防排水系统，由EVA排水板+无纺布、止水带、拱墙背后环向排水管、集中股水引排环向排水管、边墙纵向排水管、电缆沟至中心水沟横向排水管、隧底横向排水管、横通道交叉口预埋管、路面排水浅槽、中心水沟及检查井等组成。

若基底围岩软化或围岩松动破碎，可对基底进行注浆预加固，固结基底破碎围岩，提高其整体性，以确保基底稳固。有效控制沉降量，确保隧道的安全。

根据超前地质预报，当断层围岩出现富水情况，可能产生突涌水时，则设止浆墙对掌子面前方进行全断面深孔预注浆；当掌子面为岩质较好的断层破碎带及大的溶缝，且地下水发育时，可对掌子面前方进行深孔周边预注浆。在确定实施前，应在超前地质预报（物探）指引下钻3～5个超前钻孔以探明地下水发育情况、岩体完整程度等地质情况，各探水孔至少应有三孔出水。最终是否实施预注浆应结合物探结果、探水孔水量及围岩条件等综合判断。

实际施工中情况会有较大的差异，在选择具体施工方法时应充分结合围岩的特点，对隧道洞身开挖、支护等关键工序进行多种施工方案的综合比选，在技术可行的前提下，优选最佳方案。此外，还应借鉴以往的施工经验，对方案进行可行性论证，避免出现重复性错误。

3 软弱围岩隧道施工技术关键控制

3.1 软弱围岩支护作用机理分析

从地质工程的角度看，软弱围岩因强度小而不稳定，必须对其进行改造，以满足隧道工程的安全要求。支护物理力学参数表如表1。支护物理力学参数所示。

3.1.1 预注浆加固

超前小导管注浆及隧道径向预注浆加固对于支护结构的稳定性、完整性以及其承载力的提高有着十分重要的作用。能够使支撑结构的承载力以及其适应性得以极大地提升。在注浆之后，原本相对疏散的岩体能够固结在一起，这对于岩体的内摩擦角以及内聚力的提升十分重要，有利于提高岩体自身强度。

3.1.2 锚杆加固围岩

初喷混凝土施工完成后，沿隧道环向设置系统锚杆，钢筋网随岩面的起伏进行铺设，与锚杆联络牢固，确保初期支护不失稳。锚杆是利用自身的强度来支撑围岩的。通过锚固接头周围的节理、裂隙或软弱围岩来提高岩体的强度。

3.1.3 钢拱架

隧道初期支护喷射混凝土施工前须架立支撑钢拱架，钢架通常由多个单元组成，各单元由工字钢、连接板焊接成型、钢筋加工场集中制作，各单元间采用螺栓连接，主筋、角钢、连接钢板均采用焊接，焊缝等级为二级；钢架间设纵向连接筋。钢架在初喷混凝土4cm后架设，架设完毕后复喷混凝土至设计厚度。工字钢钢架必须与围岩及初喷面紧密接触，有间隙时应采用混凝土垫块楔紧。钢架安装应确保两侧拱脚必须放在牢固的基础上，拱脚严禁悬空。

钢拱架的作用机理概括如下：在开挖软弱围岩地下工程的时候，由于围岩的稳定性、锚喷混凝土支护阻力相对来说无法满足实际需要，而在进行开挖之后，需要在较短的时间内对围岩进行支撑，因此，在此过程中，对于钢支撑的方式应用的比较多。这是因为钢支架具备较高的刚度与强度，能够在很大程度上对围岩的松动与变形压力进行承受。从施工方面来说，钢支架的施工相对便捷，在较短的时间内能够提供较强的支护作用给软弱围岩地下工程围岩，并且其能够在很大程度上使地下工程的围岩变形问题得以切实有效的避免。

3.1.4 喷射混凝土

隧道喷射混凝土采用湿喷技术施工。通常分二次喷够设计厚度，初喷厚度4～6cm，钢筋网、钢架安装就位后，钢架与围岩之间的间隙应用喷射混凝土充填密实，并使钢架与喷射混凝土形成整体。

喷射混凝土的作用机理概括如下：改变围岩的应力状态。由于喷射层可以紧密地附着在围岩上，并能对围岩表面提供阻力和剪切力，围岩处于三向受力的有利状态，防止围岩强度恶化。通过填充围岩，分布外力，防止围岩松动，间接提高围岩的圆周力，提高复合式衬砌的质量，可以提高复合式衬砌的支护能力。喷混凝土层直接附着、覆盖在岩石表面上，形成风化、保水的保护层，并阻止节理裂隙中充填物流失。

3.1.5 二次衬砌

隧道二衬应在围岩变形基本稳定后施作，变相趋势稳定应符合以下要求：

（1）隧道周边变形速率明显下降并趋于缓和。

（2）水平收敛<0.2mm/d、拱顶下沉速率<0.15mm/d。

（3）施作二衬前的累计位移值达到设计预留变形量的80%以上。

其中软弱围岩段可能产生大变形，变形长期不能趋稳，计位移值达到设计预留变形量的80%，二次衬砌可提前施作。

二次衬砌距掌子面的安全步距按相关规范要求执行。

3.1.6 超前地质预报及监控量测

隧道超前地质预报以工程地质分析为核心，坚持粗查与精查相结合、隧道洞内探测与洞外地质勘探相结合、地质方法与物探方法相结合、多种物探方法相结合、物探与超前水平钻探相结合，开展多层次、多手段的综合超前地质预报，并贯穿于施工全过程。其目的为：

（1）超前地质预报工作可进一步查清因前期地质勘察工作的局限而难以探查的、隐伏的重大地质问题，根据掌握的地质灾害前兆和超前预测预报地质灾害，及时改进施工方法，调整施工工艺，确定防灾预案，进而指导工程施工的顺利进行。

（2）超前地质预报工作可降低地质灾害发生的机率。

（3）通过开展超前地质预报工作，为变更设计提供地质依据。

监控量测主要包括洞内外观察、周边位移量测、地表沉降观测，其目的为：

（1）地掌握围岩和支护的动态信息并及时反馈，指导施工作业。

（2）通过对围岩的变形、应力量测，为调整设计提供依据。

3.2 隧道塌方的预防

在软弱围岩隧道施工中容易出現坍塌现象，坍塌会给施工带来很大的困难和一定的经济及工期损失，严重的还会造成人员伤亡，因此在施工过程中必须预防安全事故的发生。施工队在确认软弱围岩后，首先要充分了解软弱围岩的特点，通过勘探取样，然后根据其特点定性优选方案，确保施工进度计划，避免发生坍塌事故。同时，在隧道施工过程中，应充分利用超前地质预报查明地质情况，及时改进施工工艺，降低坍塌的发生概率，以更好地保证工程顺利推进。

3.3 爆破超欠挖控制

超欠挖控制是软弱围岩隧道施工的一个重要环节，对整个工程的质量和安全运行有着重要的影响。因此，在这一环节中必须高度重视，以保证施工质量。隧道开挖过程中，挖的过多或过少都会影响整个隧道开挖工程的正常有序施工，造成围岩稳定性的损失，同时也可能造成成本增加，因此，在开挖过程中，应严格控制超欠挖，超挖部位必须采用喷射混凝土回填或用同强度等级的混凝土模筑，严禁人为预留空腔或掺填片石。特别在钻爆法施工中，只有良好的控制爆破范围和程度，才能从根本上控制超挖，确保工程顺利进行。

3.4 衬砌排水

与防坍塌事故一样，预防为主，防治结合是衬砌防排水下作的重要原则，做好防排水对于衬砌具有重要的意义。这就要求在初期支护完成后将波纹渗透管设置好，并将水引至中央排水沟中排出。在初期支护和二次衬砌中，有必要采用防水板进行精确铺设，以保证水不能深入到衬砌中。其次，防水混凝土应用于二次衬砌的施工中。在钢筋的焊接过程中，要在周围放置石棉板，更好地阻断火花进入防水层，一旦人们溅到防水层很可能会导致不同程度的防水层损坏。焊接后取出石棉板。同时，在混凝土施工过程中，还应注意混凝土振动作业的布置与防水层的接触，避免防水层的损坏，从而影响正常的施工工作。

4 结束语

首先，加强公路隧道软弱围岩施工技术，确保公路隧道施工质量的科学有效应用，对安全和进度有着重要的影响，这就要求施工企业能够从目前的条件出发。在工程建设方面，从隧道塌方防治、超限控制爆破、衬砌施工难点等方面，加强了防排水标准施工技术的应用，同时要规范工序、规范施工工艺，才能从根本上保证公路隧道施工质量，降低安全隐患，为顺利完成公路隧道工程在软弱围岩中的施工提供重要的质量保，对我国隧道工程的施工提供技术上的补充。

参考文献

[1]郑联伟，罗雪峰.软弱围岩隧道施工技术[J].中国水运，2010（13）.

[2]郭永雄.软弱围岩隧道的施工技术[J].中国新技术新产品，2010（7）.

[3]赵艳峰.软弱围岩隧道施工技术探析[J].黑龙江交通科技，2012（7）.

收稿日期：2018-6-22

作者簡介：任小勇（1976-），男，汉族，四川盐亭人，工程师，本科，主要长期从事公路工程施工和管理工作。