摘要：本文以国外某隧道工程为例，在深入剖析隧道软弱围岩变形破坏原因的基础上，从施工工艺改善、支护参数优化、加强地质预测、增加预留变形量、增强钢拱架强度、加强拱部锁脚护理等方面，对该隧道工程软弱围岩变形施工控制技术进行深入探讨，为工程软弱围岩变形的有效控制和工程的顺利完工提供了保障。
关键词：隧道；软弱围岩；变形；施工
引言
公路隧道修建中，软弱围岩施工是一大重难点，由于围岩自身的承载能力较差，抗压能力较弱，若支护不到位或是开挖施工方案选择不当，则极易出现变形问题，对安全生产和工程质量产生严重的影响，甚至引发塌方等事故，带来较大损失。基于此，软弱围岩大变形的防治及控制已成为隧道工程界普遍关注的热点问题之一，加强此方面研究具有重要意义。
一、软弱围岩地质特征与变形特征
1.地质特征软弱围岩
主要包括软弱、破碎、裂隙发育、富水等不良地质条件下的围岩，基本都属于Ⅴ、Ⅳ级围岩。相比一般的地质，软弱围岩的强度低、稳定性差，对工程施工中的扰动非常敏感。按照工程岩体标准来看，软弱围岩的单轴饱和抗压强度低于 30MPa，其岩质软弱、承载力低、节理裂隙发育、结构破碎。软弱围岩以流滑、膨胀为主，并且存在较小的内摩擦角，其主要特征有：第一，岩体强度低、遇水易软化成泥质：一般以泥岩、页岩、片岩、千枚岩、炭质岩等为代表的软质岩地质，由于其稳定性差、强度低，开挖后遇水易软化，暴露易风化，尤其是深埋地段受高应力影响易发生塑性形变，从而造成隧道断面变形位移及洞室内挤。第二，围岩粘结力差、破碎松散：一般为泥土层、岩体极度风化层、破碎带受挤压等形成的围岩，由于其结构松散破碎，岩体之间的粘结力小，洞室开挖后，依靠岩层间的摩擦效应和微弱胶结作用支撑，这类围岩很不稳定，在浅埋偏压地段容易发生坍塌冒顶等情况。围岩结构面软弱且易滑塌：由于结构面的粘结力强度较小，受结构面切割力影响严重的块状岩体中经常出现。开挖后周边岩体极易沿结构面产生松弛、滑移和坠落等变形破坏现象。
2.变形特征
在针对软弱围岩施工时，需要经历弹性变形、塑性与弹性变形共存、蠕变为主且存在塑性变形等几个阶段，导致围岩结构出现损伤甚至断裂。软弱围岩变形量大，对隧道进行开挖后，其塑性变形更为严重，变形速度加快，且整个变形时间较长，蠕变特性非常明显。另外，软弱围岩扰动范围较大，周围塑性区扩大，尤其是对于部分工程未进行支护处理，短时间内扰动范围会持续扩大，导致锚杆长度无法回到弹性区，喷锚支护效果无法体现，难以维持隧道结构稳定性与可靠性。
二、软弱围岩变形的危害
围岩大变形是隧道工程建设中的常见工程地质问题，内昆线曾家坪大跨隧道在导洞开挖过程中内壁出现严重变形。由于隧道施工所在地域，地质条件复杂，构造应力偏高，富水，断层褶皱发育，岩体软弱破碎，隧道基底强度低，围岩自稳能力极差。当隧道开挖后，围岩产生强烈变形、拱顶沉降大，支护结构被严重破坏，喷射混凝土层出现开裂和剥落，工字钢拱架被压变形；仰拱出现上拱现象，并伴随较大面积的裂缝出现；同一隧道段，二次衬砌还发生了严重的纵向和横向开裂。在施工过程中，隧道围岩岩性与地质构造多变，初期支护剧烈变形并破坏，隧道净空侵限，给施工带来很大的困难，严重制约了工程进度。当隧道施工遭遇到围岩大变形时，如果处治不当，将导致围岩持续变形，直至失稳，发生坍塌、冒顶，或者造成初期支护严重侵限，压缩二次衬砌的空间，造成二次衬砌储备的强度不足。围岩大变形对于隧道的危害不仅仅存在于施工期，前期处治不当会给运营养护造成很大后遗症。二次衬砌是隧道施工的最后一道安全储备，当遭遇到较大变形时，为了及早消除风险，往往要求在变形尚未稳定时施作二次衬砌，致使二次衬砌受力过大导致二次衬砌发生开裂、仰拱出现底鼓，严重影响了运营安全。
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三、软弱围岩变形隧道施工分析
1.制定科学合理的施工方案
隧道施工遇软弱围岩时，选择合适的开挖方法是保证安全生产的前提。首先应以围岩地质为主要参考依据，结合隧道施工环境、断面尺寸、施工设备能力和施工技术水平等因素综合考虑。其次应尽量采用新工艺、新技术、新设备，以提高施工进度，保证施工质量，提高施工效率，改善劳动条件。第三要考虑到围岩情况发生变化时，开挖方法的适应性和可行性。所选的开挖方法应以安全为第一前提，既要满足工期要求，又能降低措施费用。目前针对软弱围岩隧道主要的开挖方法有：上台阶临时仰拱法、“眼镜法”、CD 法、CRD 法等。
2.土石方开挖
在针对软弱围岩隧道施工时，为达到预期的施工效果，需要基于其具有的结构特点，来制定科学可行的施工方案，并选择最为合适的施工工艺，为正式施工打好基础。土石方开挖为初步阶段，为避免开挖对围岩结构带来的扰动出现变形，需要对整个开挖过程进行严格控制，将扰动控制到最小，提高作业安全性。施工前需要对现场进行地质勘察，针对软弱围岩进行分析，预测可行的施工方法，采取科学方法控制开挖过程，控制施工带来的扰动。一般在正式开挖时，需要科学控制开挖步距，提高开挖质量与作业效率，为初期支护提供保障。
3.合理应用围岩支护技术
结合工程现场变形破坏严重及支护失效等问题，围岩支护应满足以下要求：第一，适当增加顶板的支护表面积。支护材料可选用锚索梁，其可以有效扩大锚杆预应力压缩区域，并形成各锚杆顶端压应力场叠加，避免顶板岩层受拉，从而有效控制顶板下沉变形。第二，注浆加固。深部高地应力软弱围岩巷道破碎时，支护构件很难发挥其应有的支护效果，因此需采取注浆加固的方式，改善围岩条件，增加界面黏结强度，从而增强软弱围岩的完整性和强度。第三，施加高预紧力。为提高支护构建的主动支护效果，在对围岩进行注浆加固的基础上还需要对锚杆、锚索施加高预紧力。第四，关键部位补强或增加巩固技术，在整个围岩断面结构中，各个位置受力情况不同，巷道两肩与帮底位置容易出现应力集中的情况并产生塑形区，发生严重的变形破坏，支护设计中应对此关键区域进行补强支护。
4.发挥信息化施工的作用
“超前地质预报 + 监控量测”是隧道信息化施工的主要手段。超前地质预报能够“超前的”反映前方围岩的变化情况，从而提前做好围岩变更的准备。以实际工程案例为例，隧道经历断层破碎带，但是在断层破碎带之前围岩掌子面都是非常好的，如果及时采取措施对围岩预加固，隧道施工到断层破碎带时，能够避免围岩发生大变形。监控量测能评价当前施工的安全状况，监控量测常常被称为施工的“眼睛和耳朵”。监控量测的工作主要有 两个 方面：第一，洞内外观察。主要用来观察已支护段衬砌及掌子面围岩的情况。第二、量测。通过实时监测数据来反映围岩的变形及应力变化情况。
结 语
最后，我们应该充分了解在隧道施工中可能出现的风险，做好预测与预防。隧道施工建设固然重要，但人员的生命安全更加重要，在隧道软弱围岩的施工过程中，如果临时出现安全隐患，例如塌方，颤动等不利条件下，不能以牺牲施工人员的生命来换取隧道施工进度，这样才能在保证安全质量的同时提高经济效益，使双方的利益都可以得到很好的保证。
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论文作者:姚养科,杨成刚
论文发表刊物:《基层建设》2019年第27期
论文发表时间:2020/1/16
标签：围岩论文; 隧道论文; 软弱论文; 地质论文; 结构论文; 工程论文; 应力论文; 《基层建设》2019年第27期论文;