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摘要：论文借助具体案例阐述了公路建设项目当中，在软岩条件下进行的现场建设方法和发生形变的原因分析，讨论了导致掌子面后围岩和前期防护支撑形变、滑塌，以及发生关门性垮塌的缘由，指出了使用台阶法进行作业时导致这种情况所关联到的施工及地质等原因，论述了台阶高度和挖掘进尺、台阶长和高尺寸同地质状况、隧道前期支撑防护数据的关联性。
关键词：软岩隧道；台阶法；施工安全；关键 因素
1 引 言
建造现场的地址条件复杂，风险性高的隧道非常多，尤其是云南某段公路当中的隧道，其围岩土质主要有炭化板岩、泥化岩、断层角砾岩、黄土、三系多水流沙层等等。由于台阶法的具有较强的适用性以及非常灵活的实际操作性，所以开始挖掘隧道的初期都运用台阶法进行作业。隧道在软岩条件下运用台阶法进行作业时，掌子面出现的塌方及滑坡、掌子面后围岩不稳定和前期防护形变损坏，给工程作业造成非常危险的隐患，稍有不慎就会导致安全事故的发生。所以，在建设软岩性隧道过程中，尽快发现台阶法作业当中的关键的安全隐患原因，从而避免形变及塌方，成为在软岩性地质条件下建设隧道并使用台阶法进行作业的重点问题。
2 建设软岩地质隧道过程中的安全性所关联到的力学问题
2.1软岩所包含的地质种类
包括了炭化板岩、炭化千枚岩、志留千枚岩、二叠板岩、三叠板岩、砂泥混合岩、断层角砾岩、第三多水流沙层等。
2.2运用台阶法作业较多见的形变方式
台阶法作业当中发生较多的形变主要有两种，包括掌子面滑坡塌方以及掌子面后先期的支护设施形变以及爆发的关门性坍塌。分析后得到结论，出现这两类事故都是由于选择了错误建造方案，重点体现于使用台阶法作业的时候，技术员没有根据现场地质条件对台阶长度和高度科学预估，使得施工中台阶长、高不适应现场的围岩地质状况。
3 运用台阶法进行作业的重点条件
台阶法作业当中掌子面塌方与否、掌子面背部的先期防护形变与否，重点就在于上台阶的高度H及长度 L、单循环进尺距离l1 等相关的几何数据的预估，和这些数据的估算同隧道围岩现场地质状况、前期防护有效长度l2 等关联性。换言之，围岩的地质状况和前期防护支撑距离直接确定了运用台阶法作业时台阶的高度长度和单循环的进尺量。事实说明，在建造软岩地质隧道中正确运用台阶法的适当方式进行作业是确保成功的关键环节。
3.1掌子面发生塌方或滑坡的缘由
（1）围岩是由疏松型岩体构成时，使用台阶法作业后建立的纵向掌子面非常不稳，按照土壤力学分析：砂质土坡本身的安全性滑动系数将会处于稳定状态，疏松的地质构造的边坡夹角脚不大于疏松地质物本身的摩擦角即可处于稳定状态。否则，将处于失稳状态。据此得出，疏松型岩体达到稳定状态的平衡要求是疏松体坡脚与其自身内的摩擦角相等，顺着坡脚产生的斜坡本身属于非稳定性的滑动面，斜坡的上部岩体转变成了滑动体。而建造隧道时运用台阶法作业得到的纵向掌子面的坡脚几乎为90º角，比疏松岩体本身的内摩擦角要大很多，这样出现的掌子面不具有稳定特性，如果解决不好会导致掌子面发生滑坡或是崩塌情况。掌子面要想足够安全其坡脚就必须足够大，也就要求内摩擦角要足够大。所以，疏松岩体的内摩擦角不佳是导致其发生滑坡或塌方的一个因素。（2）观察掌子面塌方滑坡现场情况，多数的滑塌面是出现在水平面和掌子面交叉的坡脚周边，形成斜面向上倾斜（产生的倾斜角与疏松岩体的内摩擦角相等，见图2所示）。相同的地质情况下，疏松岩体水平面同其滑动面坡角相同，建造台阶的高度越大，产生的滑动体的体积就越大，并且，滑塌部分的纵向尺寸l3 也就跟大。所以，产生的滑塌部分的高度以及其上表面长度同掌子面建造的高度H密切相关，台阶建设的高度H的确定，也就成为决定了台阶法作业当中出现掌子面滑塌体的体积大小的一个因素。
（3）拱顶部分的超前防护措施的长度同台阶建设的高度的配合情况，也可以影响到掌子面的滑塌情况。土质疏松的地方建设隧道项目，运用台阶法作业时，滑塌体本身的高度将决定了其自身的体积大小，同时就决定了滑塌体向隧道内延伸的横向距离。
4.2探究掌子面后部发生的关门性塌方产生的缘由
在掌子面的后部构建的前期防护支撑发生形变或损毁，乃至出现了关门性形变失稳的情况，大多发生在具有很高的地质应力的炭性板岩、泥岩、软硬交互性的软岩里。关门性塌方，通常是因为使用了长台阶作业方案导致。分析其缘由，主要是由于隧道建设台阶上下层结合位置的围岩承受作用力差异太大，部分边墙的围岩不稳定、防护支撑形变或损毁产生的。假如是上部断面的底部周围被水长久浸泡，塌方的速度会更快，其程度也将更加剧烈。运用台阶法作业工程中，在挖掘上部台阶的时候会对下部围岩和防护支撑设施产生压力，但是，下部台阶建造完成后，这些围岩及防护支撑结构就成为了隧道的中部，其作用力发生改变，支撑防护设施及围岩处于拉伸应力作用下。尤其是那些具有较高地质作用力的软岩层里面，强大的作用力加强了相邻台阶结合位置周边围岩承受的作用力的差异程度。
图1：台阶高度与超前支护的关系
5 对 策
5.1针对疏松岩体的地质类型
例如角砾破碎带以及疏松砂土岩等处出现的掌子面滑坡塌方（1）降低台阶建造的高度。可将上部台阶设定为2.5m，而将超前支护所使用的小导管尺寸设定为台阶设定高度加1m。还可以按照现场地质条件运用三部台阶法或是七步三台阶法进行作业施工。（2）缩短上部台阶表面的纵向距离，单循环的进尺距离设定为拱架间距即可，就是将yi一级围岩单循环的进尺距离设定为不超过100cm到120cm、二级围岩的单循环进尺距离不超过60cm到80cm。（3）运用留置中心土的环形导坑方式进行作业，借助于中心土的稳定滑动岩体的向下滑动应力。
5.2处于较高地质作用力
炭性板岩、炭性千枚岩、志留类千枚岩、二盈类板岩、三盈类板岩等，多见情况是发生前期防护支撑产生严重形变。（1）降低上部台阶长度，进行台阶建造作业的时候，台阶设定长度最优化的比例是洞径的1到1.5倍。（2）为符合高度机械化作业的需要，上部台阶设定长度较大时，必须在台阶顶面增加暂时性防护仰拱，就是所谓的临时性大拱脚仰拱作业模式。（3）尽可能的减小台阶纵向尺寸，从而可以及早完成仰拱及下部的作业活动，产生一个闭合的环形防护支撑构造，以此防止围岩产生形变。
6 结 语
考察分析了隧道建设中运用台阶法作业的实地情况，掌握了台阶法作业当中安全性有关的几个关键性条件，使得台阶法作业形式的选择有了较为科学性的根据。事实验证了文章中确立的各项措施效果非常显著，对在疏松性岩土的地质状态下进行的隧道建造作业发挥了技术上的保障意义，大大的缩减了台阶法作业当中安全威胁爆发的几率。
参考文献：
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[5]忻保高速公路芦芽山隧道浅埋段灾害预防技术研究[D].黄正涛.长安大学 2010
论文作者:张开良
论文发表刊物:《基层建设》2018年第9期
论文发表时间:2018/6/1
标签：台阶论文; 作业论文; 围岩论文; 隧道论文; 地质论文; 疏松论文; 板岩论文; 《基层建设》2018年第9期论文;