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摘要：在隧道的建设中，人们比较关注其质量的情况，因此，要完善好隧道施工的工作，其中，做好软弱围岩隧道施工技术是其中的重要影响因素之一。本文主要通过自己从事隧道施工中得到相关工作经验论述了软弱围岩的地质特征和变形特征；隧道变形控制的基本理念和原则；软弱围岩控制变形的措施以及施工中应该注意的相关环节，以供参考。
关键词：隧道施工；软弱围岩；地质特征；变形特征；变形控制；控制变形措施; 超前支护；深孔注浆；隧道开挖；监控量测。
前言：
在隧道施工建设中，经常会遇到软弱围岩，给施工带来很大的困难，对施工技术来说是一个极大的考验。如果处理不当，有可能会引发安全事故，降低工程的质量，提高工程成本，甚至还可能导致工程无法按时交付。因此，针对不同的地形条件和不同的软岩的特点，要采取不同的施工方法，施工技术控制的重点也有所不同。
一、软弱围岩的地质特征和变形特征
1. 软弱围岩隧道的特点
（1）岩石强度低
根据我国岩体规范的基本要求，软土围岩其单轴饱和抗压强度小于30 MPa，承载能力低，岩土土质具有较小的内磨擦角、较低的黏聚力，且具有不稳定的流滑、蠕变、膨胀、湿陷等特征。在我国南方，软土土质中含水量较高，在地质受到扰动破坏后，容易产生液态流动现象；而北方地区软土中含水量较低，且软土土质在失水后易出现固结流动现象，发生剧烈破坏后易发生坍塌破坏。
（2）岩体破碎
软弱围岩在强烈的地质灾害后，造成岩石结构出现断层、裂缝、节理等破坏，且在软土地质中含有较多的填充物，大大降低了围岩结构的稳定性。
（3）围岩赋存环境差
软弱围岩常出现在地下水丰富、地应力不良的岩石结构中，在隧道施工中很容易引起塌方、涌水等地质破坏问题。
2. 软弱围岩的变形特征
在隧道开挖施工过程中，围岩变形主要可以分为以下3 中状态：弹性变形阶段；弹性变形和塑性变形共存阶段；以蠕变为主，蠕变、塑性变形共存，同时围岩发生损伤、断裂、挤出及膨胀的耦合作用阶段。
根据自身多年施工经验可知，若隧道施工区域地质为坚硬围岩，则隧道围岩在施工过程中主要经历弹性变形和塑性变形两阶段；若隧道施工区域地质为软弱围岩，则隧道围岩在施工阶段主要以塑性变形和蠕变变形为主。软弱围岩变形具有以下几项特点：
（1）变形量大
软弱围岩由于岩土结构稳定性差，在隧道开挖后，上部岩土结构处于悬空受力状态，其发生较明显的塑性沉降变形，易引发地质灾害。
（2）变形速度快
若在隧道施工区域岩石特性为坚硬围岩，则在隧道开挖施工中周围围岩可以在较短时间内达到稳定状态；若隧道施工区域岩石特性为软弱围岩，则在隧道开挖施工中，由于围岩稳定性较差，其达到变形稳定的时间较长，且围岩变形速度较大。
（3）变形时间长
软弱围岩在隧道开挖施工过程中，其初期变形速率较快，持续时间较稳定围岩长，并且具有非常明显的蠕变变形特征。
（4）围岩变形范围大
在进行软弱围岩隧道开挖施工后，由于隧道围岩结构处于悬空状态，尤其是围岩顶部受重力作用导致其严重受力不平衡，若隧道内不及时进行支护，或支护结构的承载力不足，则很大程度上会导致围岩结构处于失稳状态，且围岩变形范围较大。
（5）径向变形特征明显
在软弱围岩隧道施工后，一般径向变形表现为隧底隆起、边墙内挤、拱顶下沉，且围岩位移方向基本指向隧道开挖圆心。
二、软弱围岩隧道变形控制的基本理念和原则
在我国隧道施工中，广泛应用新奥法施工技术，它通过适当的支护时机与合理的支护形式，确保软弱围岩在隧道施工中保持稳定性，从而充分发挥围岩的承载能力。而预应力锚索加固围岩主要用于浅埋暗挖隧道施工中，其主要有预应力锚索和全长粘接型锚杆两种加固形式，根据围岩地质水文状态与隧道的高度选取适宜的加固方式。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆根据工程中软弱围岩的形式，在隧道围岩加固中选用预应力锚索加固方式具有明显的加固效果。喷射混凝土护壁，主要是针对岩石稳定程度较低的部位，可以起到较好的隧道护壁加固效果。其利用高压将水泥浆液喷射到岩石的缝隙中，利用水泥浆液的物理性能对隧道岩石加固成整体，从而有效地加固隧道开挖后的侧壁。其施工工艺简单、加固效果较明显，且其加固岩石深度较大。
三、软弱围岩控制变形的措施
1.超前地质预报
超前预报：现场时常会遇到实际开挖揭示的地质与设计提供的地质存在较大差异，引起技术措施和施工方法的变化。因此，除设计阶段加强地质勘察外，施工阶段也必须进行超前地质预报工作，这一点尤为重要。对隧道进行超前预报是确保施工安全有效措施。
2.超前加固
超前加固：在断层破碎带和软弱地层，特别是富含水时，对围岩进行超前固，改良地层，配备专业队伍、专业设备，进行专项设计，确保隧道安全施工。采用的加固方法是注浆法，注浆法又分为全断面注浆和局部注浆两种。在富水断层地带，常采取全断面注浆。
3.超前支护
超前支护：隧道施工中超前支护是避免隧道拱顶岩石崩塌的有效措施，由于软弱围岩结构破碎、节理裂隙等，需要进行超前支护，并与注浆相结合，实现了掌子面前方的围岩结构加固效果，从而很大程度上避免了在掌子面施工后拱顶出现崩塌危害。按围岩级别及围岩自稳能力不同分别进行了大管棚注浆、注浆小导管、早强水泥砂浆锚杆等超前支护设计。根据围岩开挖净宽和净空，结合围岩级别及围岩自稳能力不同沿洞身开挖轮廓线分别进行了系统锚杆加固设计。根据围岩破碎程度及自稳能力的明显差异，系统锚杆分别采用中空注浆锚杆和早强水泥砂浆锚杆。
4. 根据围岩调整开挖方式，确保少扰动围岩
在软弱围岩地段，为了防止塌方，必须采取正确的开挖方法，通常采用两台阶法、三台阶法、两台阶预留核心土法。
两台阶预留核心土法弥补了台阶法施工的不足，在开挖过程中采用环形预留核心土开挖，且岩石开挖区域小，爆破围岩需药量小，并且两个台阶只需要进行一次接腿施工，从而很大程度上降低了接腿时围岩坍塌的概率。因此，两台阶预留核心土法广泛应用在软弱围岩隧道施工中。但根据隧道的地质情况和相关施工条件因素，在实际施工过程中，根据地质情况和监控量测成果，也进行了局部调整施工工法，比如CD法、CRD法等，以确保施工安全。
5. 合理控制开挖步距，及时封闭
在隧道施工中，为了确保隧道开挖过程中围岩结构的稳定性，应用两台阶、三台阶开挖施工时都需要控制隧道的开挖长度，尤其是要控制仰拱、下台阶的开挖长度。在隧道的围岩结构变形监控量测数据中，在仰拱施工完毕后隧道大部分围岩沉降变形明显减慢的特点。因此，在软弱围岩隧道施工中，选取合适的开挖方法，并合理控制隧道开挖的步距，确保软弱围岩变形量控制规范允许的范围内。
根据多年的施工经验可知：（1）一般Ⅴ级围岩二衬与掌子面的距离不得大于30 m，Ⅳ级围岩二衬与掌子面的距离不得大于50 m。（2）在隧道施工中，以20 d 为一个周期，在初期支护结束后20 d 内，需及时进行二衬施工，确保围岩结构的稳定性。而增加初支支护的刚度可以确保软弱围岩隧道开挖的稳定性，增加支护刚度措施如下：增大钢拱架的刚度，如增大工字钢的截面尺寸等；及时进行二衬施工，以二衬增加围岩的承载能力。
6. 建立监控量测预警机制
监控量测：监控量测是软弱围岩隧道安全施工的“眼睛”，是判断结构稳定性、指导软弱围岩隧道安全施工“最重要”的信息化手段。监控量测是隧道设计与施工的重要组成部分，是隧道施工管理中不可缺少的重要环节。根据本隧道围岩组成特点，选择了地质及支护状态观测、周边位移量测、拱顶下沉量测、地表下沉量测、锚杆轴力及抗拔力量测五个必测项目；围岩内部位移、围岩压力、钢支撑内力及外力、喷射混凝土轴向应力、复合式衬砌围岩压力及接触压力五个选择项目。通过对现场量测结果的分析，可以正确地判断围岩的稳定状态，控制施工顺序以及支护结构的承载能力等。
大量的实践证明在隧道施工过程中，需要对支护结构、地下水状况、围岩结构沉降变形等进行监测，确保在隧道施工中软弱围岩处于稳定状态，减少危害事故的发生。
四、结语
综上所述，软弱围岩固结程度低，承载能力不足，常造成隧道开挖施工中出现塌方事故。因此为了确保软弱围岩的稳定性，需要加强初期支护、合理设置开挖步长，并采取超前支护措施，确保铁路隧道建设的可持续发展。
参考文献：
[1]刘振良，张行茂，张健明，王意平.软弱围岩隧道施工技术研究[J]. 桥隧工程， 2013(8) ：176-180.
[2]张健明，李茂廷，李刚.软弱围岩隧道施工技术研究[J].公路，2013(10)：236-239.
论文作者:刘维听
论文发表刊物:《基层建设》2017年3期
论文发表时间:2017/5/2
标签：围岩论文; 隧道论文; 软弱论文; 地质论文; 超前论文; 结构论文; 岩石论文; 《基层建设》2017年3期论文;