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摘要：软弱围岩是隧道施工中常常碰到的地质情况，在该情况下，隧道保证正常施工需要对围岩首先有个比较全面的认识，并尽可能做好围岩的超前支护措施，实际开挖过程中要根据工程的实际特点选择正确的施工方法，对矿山法与新奥法进行有选择的运用，保证隧道围岩的自稳能力和抗变形能力。围岩在施工扰动后，为了抵抗其松弛变形尽可能综合运用柔性支护与刚性衬砌结合的支护手段，同时做好围岩的实时监测与控制措施。
关键词：矿山法；隧道软弱围岩；施工技术
引言：
软弱围岩隧道施工应根据围岩实际情况，工程实际进程，合理安排施工方法和技术。施工中应重点做好三个方面：第一，预先加固围岩，优化围岩地质条件，增强围岩自稳性能；第二，隧道开挖施工中，保护好围岩，尽量不破坏围岩自稳性能；第三，隧道开挖后，做好围岩的支护，尤其是在围岩变形前，将围岩变形程度控制在合理范围内。另外，我们应加强对隧道开挖设备、支护材料、施工技术上的研究开发力度，以此促进软弱围岩隧道施工水平的不断提升。
1.工程概况
蛤地站—陈屋站区间中间风井—陈屋站段，线路大体呈东北—西南走向；线路出中间风井后，下穿环莞路，再下穿大片厂房或商业用房区，在陈屋站前约300m，沿莞太路敷设。区间中部设置的明挖竖井包括中间风井、临时施工竖井以及盾构吊出井。区间隧道顶板埋深：右线矿山法施工段隧道顶板埋深18.7～49.0米；左线矿山法施工段隧道顶板埋深19.0～49.0米。
中间风井～陈屋站段区间起止里程为：左线：ZDK22+169.243～ZDK24+841.324，长链0.866，长2672.947m；右线：YDK22+164.215～YDK24+841.324，长链1.369m，长2678.478m。
中间风井～陈屋站区间暗挖隧道洞身范围总体上处于具有较强自稳能力的中、微风化花岗闪长岩地层中，地下水十分丰富。由于盾构吊出井至临时施工竖井段地表房屋密集，部分详勘孔不具备勘察条件，再加上花岗闪长岩具有风化发育无规律、同一开挖断面存在上下左右软硬不均的特性，也加大了施工风险。
2.软弱围岩的地质特征和变形
2.1 软弱围岩地质特点
隧道工程是一种地下工程，其多修建在岩土体中，其设计及施工应以工程岩体（围岩）的工程地质、水文地质条件为主要依据。这类围岩工程地质特点主要有以下几点：（1）岩体破碎、粘结力较弱，由土层、岩体风化层组成的围岩，破碎严重，呈相互交织状，方向性不明显，洞室开挖后，仅凭借微弱的胶结与颗粒摩擦作用成拱，这样岩体不稳定，特别是在浅埋地段极易引发坍塌。（2）在诸如片岩、泥岩、页岩、炭质岩等软质岩中，因这种岩质地较软、强度低、遇风、遇水极易软化，同时稳定性不高，特别是在深埋层，在高应力作用下极易引起变形，导致洞室内挤。（3）结构面切割后的块状岩体，由于其结构面软，
抗压度低、受拉应力弱，易滑塌，粘性低，开挖洞室后，开挖周围的岩体结构面极易滑动、松弛，出现变形。鉴于上述工程地质特点，隧道工程建设时，应密切关注围岩动态，把握掘进时的地质状况，根据地质状况对特殊地段加固防护措施。施工方案的制定及设计应以工程厂区地质条件和岩体条件为依据，明确场区地质条件和岩体特点是保证隧道工程施工质量安全的基础。
2.2 软弱围岩变形
隧道施工过程中，围岩通常情况下会经历以下几个阶段：弹性变形；塑性和弹性变形共存；蠕变为主，存在塑性变形，处于此阶段时围岩容易发生断裂和损伤。软弱围岩与坚硬围岩不同，其变形主要体现在以下几点：（1）变形量较大，在隧道开挖后，软弱围岩的一个最明显特征就是塑性变形显著。（2）变形速度快，软弱围岩在发生形变后会快速的发生变形。（3）变形时间长，软弱围岩在隧道开挖过程中，不仅会出现发生较快的变化，而且会持续很长一段时间，并且蠕变特性比较明显。（4）软弱围岩扰动范围更大，软弱围岩隧道周围塑性区扩大，尤其是结构强度不当或支护不及时，扰动范围将会进一步扩大，从而导致锚杆长度无法回到弹性区，由此造成喷锚支护失去其应有的效果。
3.矿山法隧道富水软弱围岩施工重难点及风险控制措施
3.1施工重难点
（1）控制开挖对围岩的影响。暗挖区间穿越大片的厂房，选择适当的施工方法减少围岩变形将对地面建筑物保护至关重要。（2）周边建（构）筑物、管线多，对其保护和监测是重点。（3）地下水的防治。因暗挖区间强风化花岗岩遇水崩解的特性，在开挖过程中，地下水对暗挖隧道施工安全和质量至关重要，在施工过程中，需要针对不同的富水环境，在“防排截堵”等处理方法中，选择适当的方法。
3.2施工重难点及风险控制对策
经过对工程特点的分析、认真研究招标文件、设计文件、施工图纸踏勘现场及借鉴我单位以往施工经验，采取以下控制措施。
（1）做好超前地质预报工作。通过地质素描及超前地质探孔等多种方式，提前揭示出前方地质变化情况，及时调整支护参数。
（2）加强施工监测，指导施工。通过监测隧道拱顶沉降、洞身收敛及加强地表巡查及房屋沉降变形监测，分析原因，采取有针对性的措施。
（3）对富水软弱围岩地层进行超前注浆加固，以防止地下水及提高围岩的稳定性。
4.矿山法隧道富水软弱围岩施工
4.1开挖面超前地质探测
为确保暗挖隧道的安全优质、快速顺利施工，有效地采取施工方案，选择合理的注浆方法，在隧道施工中采取了多种地质超前预测预报手段，如超前探水孔钻探和地为确保暗挖隧道的安全优质、快速顺利施工，有效地采取施工方案，选择合理的注浆方法，在隧道施工中采取了多种地质超前预测预报手段，如超前探水孔钻探和地质素描等手段，通过对地质预报信息的综合分析，可以比较准确地判明前方地质情况。
由于地质情况复杂多变，我们在施工过程中采用了比较简单易行探测方式来预测前方地质情况。在开挖面中部采用MKD-5S潜孔钻每20m进行一次超前钻孔，以探明前方地质及涌水情况，每个开挖施工循环在开挖轮廓线上打3个深度为5m加深炮孔来进一步探明前方地质情况。超前探孔布置如图所示。
4.2施工原则
（1）坚持以量测资料进行反馈指导施工。由于隧道下穿厂房及商业用房区，施工中必须确保安全，考虑到浅埋暗挖和地层软弱的特点，采用较强的初期支护手段，在围岩变形稳定后，进行二次模筑衬混凝土，坚持信息化指导施工，是本项施工的基点。（2）坚持先加固，后开挖。由于该地区地下水十分丰富，开挖后岩层遇水软化，松散易坍落，围岩几乎没有自稳能力，因此应根据洞内围岩、涌水量及地表沉降要求采用深孔、前进式劈裂注浆加固围岩，再应用小导管超前注浆来稳定地层，做到万无一失，防塌防沉。由于本工程中软弱围岩主要包括<9-1>、<9-2>全、强风化花岗闪长岩，该地层在无水环境下自稳性较好，但是在地下水的作用下自稳能力急剧下降，因此富含地下水的软弱围岩地层的施工主要一个控制因素就是地下水，把水封堵在开挖面以外就是我们的工作中心，那么如何能够将无孔不入、无弱不侵的地下水控制住，考虑到进度以及经济等相关因素，注浆作为一个最直接、最廉价的一种止水加固方法成为了我们的首选。项目部经反复试验后，发现深浅结合的复合式注浆对掌子面加固止水有很好的效果。
4.3施工方法
由于Ⅴ级围岩施工风险大，开挖施工中应尽量减少开挖施工扰动，采取环形台阶发开挖。开挖、施工顺序（见下图，拱顶I部开挖高度2.2米，顺着拱外弧线进行环状开挖并留核心，将钢拱架嵌入，挂网喷护，其优点是便于操作，围岩扰动范围小，一旦发生坍塌，容易进行处理，也便于网构拱架快速架上，能在较短时间内将顶部支护完毕，从而创造一个安全的洞内施工环境。
Ⅱ部开挖是在距Ⅰ部约5～7米处进行，拱圈两侧成“品”字形开挖，同时将网构拱架接至起拱线处，并在该处装2米的钢花锚管成45°角向下打入地层，进行管口注浆，加强拱脚与围岩的联结，以防止落底时发生掉拱事故。
Ⅲ部开挖包括两侧边墙，仰拱及中部核心的全部开挖，系采用S-50型单臂掘进机配备2立万米砂车作业，落底纵向长度每次1米，要求及时开挖，快速支护，尽早封闭。
4.4控制围岩变形措施
在施工中一定要在地质资料详实的基础上科学分析并加上超前预报，才有可能避免事件发生。在软弱围岩中，支护结构和围岩共同构成了承载的支护体系，而控制围岩发生形变的关键就在于对支护体系的利用。在隧道施工过程中应重视前方封堵及后方加固，以对塌方区域进行合围，从而有效的避免塌方恶化，提高施工安全性。开挖创造条件，有利于控制先行和后期围岩、支护变形，隧道开挖后应及时进行初期支护，包括喷射混凝土、锚杆、钢拱架等，从而有效的对围岩变形情况进行控制。另外施工过程中还应尽量减少开挖的断面及跨度，以有效的对围岩及支护变形情况进行控制，避免塌方。另外，对于软弱围岩地段应保证掌子面有足够的稳定性，可通过对拱顶超前支护、稳定拱脚的锁脚锚管等进行维护的方式提高其稳定性。在对支护结构进行设计时应确保其可更好的进行支护结构封闭，且应有利于整体稳定的封闭环状结构形成，进而尽可能减小支护自身变形。此外，还可利用超前支护方式，这种支护方式主要利用超前小导管，在隧道施工中，支护前方围岩，加固周边地层，利用双层小导管加固松散地段，进而有效扩大加固圈范围。
结束语：
弱围岩隧道施工需要依据工程的实际情况，对施工技术和施工方法进行重点控制。在确保施工安全的基础下，尽量发挥施工机械和施工人员的技术水平，实现效益和技术双赢的局面。随着科技的发展，相信会有更多的更好的防塌方、爆破技术被应用到软弱围岩隧道施工中，提高软弱围岩隧道施工质量。
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（1）：2729-2737．
［2］臧福．浅埋、偏压及软弱围岩隧道施工技术分析［J］．门窗，2014（4）：145-146．
［3］张健儒．山岭隧道软弱围岩工程地质特性及施工对策［J］．隧道建设，2014（8）：749-753．
论文作者:刘琨
论文发表刊物:《基层建设》2017年第18期
论文发表时间:2017/10/13
标签：围岩论文; 隧道论文; 软弱论文; 地质论文; 超前论文; 地下水论文; 地层论文; 《基层建设》2017年第18期论文;