摘要：随着国家大开发战略的逐步展开，作为经济命脉的公路和铁路建设也自然而然被放在首位来考虑。面对我国北方多山地丘陵的实际情况，隧道工程也是整个工程中的重点和难点，合理设计，精确施工，这是对施工单位的巨大考验。本文结合实际的施工案例和隧道施工工艺，重点围绕软弱围岩条件下山岭隧道新奥法施工地层变层机理进行了研究，研究将理论与实际相结合，重点分析了挖掘施工过程中隧道受力和变形沉降等情况，并得出了具体的结论。本研究为解决工程中的实际问题，做了大量的工作，具有一定的参考价值。
关键词：山岭隧道；新奥法施工；软弱围岩条件；变层机理
对于像我国北方这样多山地丘陵的地区，修建公路是一种费时费力费钱的工程，过去施工的做法是修建盘山公路，其弱点显而易见，路线长，路况也不好，受天气影响大，交通运输业非常不便。相对而言，建设隧道的好处就凸显出来：一是有效缩短了路线，二是大量减少陡坡，三是受天气影响不大，基于此，对于山地丘陵地域来说，山岭隧道是建设首选。但山岭隧道对施工水平要求更高，技术难度更大，同时，对于不同地质环境的围岩条件，进行隧道施工的方案选择也要随之发生改变。在实际的建设过程中，新奥法是隧道施工采用的最主要的方法，新奥法充分利用软弱地质围岩自身的稳定能力，并采取必要的支护手段把锚杆与喷射混凝土牢固结合起来，施行对围岩变形松弛等情况的控制。新奥法具有考虑全面的优点，其最终的目标就是令混凝土、锚杆和围岩凝固成一体，一起承载隧道上方山体产生的巨大压力。
1．软弱围岩的特性和施工技术
软弱围岩指的是围岩组成不是固体的岩石，而是由泥土、碎石等构成的混合体。在软弱围岩施工条件下，对山体进行挖掘作业不可避免会造成土体扰动，围岩变形，隧道因而可能产生位移变形，发生各种应力互相作用并重新分布的严重问题。要是位移变形达到某一限定值，这时对于地面建筑或隧道就会发生事故或造成隐患，导致危及人们生命财产的重大安全问题。所以，软弱围岩隧道施工要对隧道的形变等情况实时进行监测，采取切实有效的防止和控制方法。
1.1 软弱围岩特性
软弱围岩简称软岩，一般包括两大类：地质软岩和工程软岩。具体来说，工程软岩就是指因工程作用发生明显变形的岩体，如果按照软岩的性质进行划分，也可以将胶结度低，强度差，内含大量松散粘性土质的软弱岩层来指代工程软岩，这一类岩石的机械性能较差，其抗压强度一般要小于26.5MPa，应该属于天然复杂地质分类。隧道工程施工工作对于围岩的硬度有着较高的要求，按照围岩实际硬度的级别差异，需要研究制作更符合实际情况的支护措施。
对隧道工程进行施工时，先要确定隧道围岩的具体类型和实际的岩性分布。按照岩体不同的可塑性以及变形的机理，可以把工程软岩大致确定为四类：节理化软岩、高应力软岩、膨胀性软岩和复合型软岩。当隧道进行挖掘后，山体原有的应力被破坏，岩石的应力要进行重新分布，如此就会造成隧道洞口变形，继而，工程软性围岩产生扩容等情况，隧道的力学性质持续恶化，当恶化产生的裂缝解理倾角达270°以上时，就会爆发危险。这种情况尤其多的发生在当隧道通过软弱岩石的断层带时，此时，难以保证隧道的稳定性，属于隧道工程的不良施工地段。软岩坍塌就是因施工中应力重新分布而坍塌强度大于围岩强度所导致，软岩坍塌有三种方式：一是隧道底板出现底鼓现象的破坏形式，二是侧帮出现溃曲现象的破坏形式，三是顶部出现塌落的破坏形式。
1.2 隧道工程的施工技术
下面具体以延崇高速公路在建隧道工程为例，详细分析隧道工程的施工技术。该隧道所处地域的地质条件比较复杂，地层的种类较为多样。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆其中主要包括：残破碎石、冲积黄土、黑麻岩、泥质灰岩等，属于比较典型的软岩地质情况。在这样的地域进行隧道施工，工程实际需要重点考虑的内容包括隧道形状、隧道方位、隧道断面大小，以及开挖方式和支护形式等因素。基本构想如下：隧道的洞口设计成椭圆形，这主要是由于椭圆形或圆形洞口在岩体边缘有效分散应力。断面大小的影响就是实际跨度对于隧道支护稳定性产生的影响，越大的跨度，意味着施工中需要穿过越多的结构面，对围岩的天然应力造成较为严重的破坏。开挖隧道时，通过对软岩特性的力学分析，决定采用台阶法完成隧道施工过程，整个工况过程分为5个具体的操作步骤：（1）对上台阶进行挖掘；（2）对上台阶实施喷射混凝土并进行锚固操作；（3）对下台阶进行开挖；（4）对下台阶实施喷射混凝土并进行锚固操作；（5）进行二次加固衬砌操作。需要特别强调的是，对隧道进行开挖和掘进的过程中，要同时实施支护操作，以避免软性围岩因长时间未支护而产生过大的塑性区，及时支护可有效提升围岩的稳定性。对软岩实施的支护形式要及时采取锚喷进一步加固支护，完成锚喷支护后再实施二次加固衬砌。
2．对工程变形的监测
为了确保工程的质量，确保施工安全，在隧道施工进程中，要对隧道围岩的变形情况进行实时的数据监控和准确测量，并要将监测数据及时送交施工设计单位，对各种情况都充分了解，及时处置，杜绝坍塌等事故和隐患的存在和发生。按照经验，监测到以下情况时，要马上暂停施工，并立即采取应急措施，这些情况是：（1）混凝土支护发生较大的开裂；（2）对隧道结构采取的支护其变形实际大于设计基准值；（3）长时间监测的数据有持续增大的趋势；（4）时态的变化曲线在较长时间内逐渐变缓。
2.1 对拱顶下沉进行监测
在该隧道施工过程中，必须对拱顶的下沉情况充分掌握，实际操作是通过拱顶开孔作为采样观测点，布设的观测点其间距保持在20 厘米，孔内插入预埋件后灌注水泥砂浆，令预埋件的穿孔处位于实际的铅锤位置，同时做好必要的保护帽，当砂浆完全凝固后就可以进行测量了。本工程监测选用的测量仪器为全站仪，同时，进行数据采集的仪器是JSR320型收敛计。
具体监测结果与施工进度保持一致，都分为5个阶段，当工程进行到上台阶的开挖阶段，拱顶沉降5.3毫米。当工程进行到上台阶的喷射混凝土锚固阶段，拱顶沉降3.4毫米。当工程进行下台阶的开挖阶段，拱顶沉降2.99 毫米。当工程进行到下台阶喷射混凝土锚固阶段，拱顶沉降2.08 毫米，此时拱顶沉降已经基本完毕，可继续实施二次衬砌施工。在二次衬砌施工阶段，拱顶沉降0.06毫米，整个沉降监测的结果和设计计算值以及变化趋势基本吻合。
2.2 对地表沉降进行监测
对地表沉降进行监测，要完成两种监测点的布设，一种是基点布设，另一种是测点布设。在本隧道工程中，共设6个基点监测点，均匀设置在隧道施工段上方的地表15米两侧，所有6个基点与近旁的水准点保持联测，进而获得基点监测点的高程。测点布设先要选取合适的位置，一般都将隧道正上方处设为第一个监测点，监测点间左右间隔3 米，实际监测范围为半径15米的圆形区域，每个工程断面需要平均布设11个测点。当施工进程至挖掘下方隧道时就能实施监测，监测通过精密水准仪完成。在软岩施工条件下，隧道上方地表10 米内均有一定程度的沉降，监测沉降值沿两侧缓慢递减，未发生突升的情况，最大沉降约18 毫米，处于安全可控范围内。
3．结束语
本文结合延崇高速公路隧道工程的具体施工技术，基于目前常见的施工工艺做以深入细致的分析，针对地质条件复杂的隧道施工，尤其是软岩地质多变等情况，充分做好预想预测，把安全施工当作头等大事。为此，要认真完成监测工作，将实时的监测数据及时反馈给设计和施工单位，根据监测结果采取适当的施工和设计调整，杜绝事故和安全隐患的发生。
参考文献
[1]李文江，孙明磊，朱永全，等.软弱围岩隧道台阶法施工中拱脚稳定性及其控制技术[J]. 岩石力学与工程学报，2012（S1）：2729-2737.
[2]徐新兴. 软弱围岩条件下山岭隧道新奥法施工地层变形机理的研究[D].北京：北京交通大学，2012.
[3]李君君，石文广，吕学科，等.连拱隧道下穿既有建筑物爆破方案优化动力研究[J]. 公路工程，2015（06）：165-169+177.
论文作者:袁鹏
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第29期
论文发表时间:2018/3/8
标签：隧道论文; 围岩论文; 工程论文; 拱顶论文; 软弱论文; 情况论文; 应力论文; 《建筑学研究前沿》2017年第29期论文;