摘要：在我国经济不断发展的大环境下，对高速公路的隧道工程建设提出了道路建设要求。保证隧道工程建设的安全稳定性是十分重要的。所以道路施工单位应当加强对高速公路隧道不同围岩施工工艺与对策的深入探究与分析，从而实现工艺优化与完善，保证高速公路隧道建设的安全稳定，保障人民的生命财产安全。本文就当前隧道在不同围岩施工过程中所面临的问题进行分析，从而提出相应的施工工艺与相关对策。以期为我国高速公路隧道工程建设的不断优化提供参考。
关键词：高速公路隧道；不同围岩；施工工艺；施工对策
引言
为保证高速公路隧道建设的安全稳定性逐渐增强，相关施工单位与技术人员有必要就隧道不同为岩施工技术进行分析与提高。从当前所面临的建设问题出发，制定详细的施工方案与对策，不断加强施工技术与工艺的优化与提升。只有这样，才能实现我国高速公路隧道建设的长足发展，保证工程安全性，从而实现最大经济效益。
1隧道围岩的基本特性
通过采取不同的加固方式和施工对策，解决隧道围岩在掌子面前方发生失稳和破坏。但由于其破坏过程、变形机制和发展程度及范围的不同，对隧道施工安全的影响具有显著差异。
1.1 隧道围岩在掌子面前方已发生较大变形
随着隧道的开挖，原始平衡被破坏，在应力调整过程中隧道周围的地层发生变形并逐渐向前方和地表方向传递，超前变形范围和变形量因地层条件、开挖尺度和开挖方法的不同而在较大幅度内变化，超前变形范围从前方数米到数十米不等，超前变形量则从数厘米到数十厘米。超前变形过程一般可分为 3 个阶段，即起始变形、加速变形和急剧变形。如在厦门翔安海底隧道陆域段(开挖跨度约 14 m) ，受到施工扰动的影响，在掌子面前方 40 m 即监测到地表变形，而在 30 m 的位置监测到拱顶下沉，拱顶部位的超前变形量超过 60 mm，如图 1 所示。
1.2隧道围岩在掌子面前方已发生显著破坏
随着应力释放和变形的持续发生，进入急剧变形范围以后围岩发生强度破坏，隧道接近开挖面，由于实际无支护空间的扩大，围岩的破坏和结构失稳不断加剧，造成上方冒顶和开挖面的鼓出，如果控制不当则诱发开挖面前方大范围的破坏，即为超前破坏。按照破坏程度不同，随着接近开挖面可依次分为原岩应力区、土拱承载区和松动破碎区(见图 2 )，松动破碎区的范围以及是否采取有效的及时支护即决定了工作面的状况。
2影响围岩稳定性的因素
这在围岩条件下进行隧道开挖，需要对围岩完整状态和结构组合状态等方面综合分析，并按照分析结果确定不同级别围岩下隧道施工技术。就目前来看，大多数隧道在开挖过程中会出现坍塌现象，发生这种现象的根本原因在于围岩状态不够完整。众所周知，围岩稳定性直接决定隧道开挖质量和安全性，稳定性高的围岩能够在一定程度上降低隧道开挖过程中对其他岩体造成的影响，这也从侧面说明保证围岩稳定性对于提升隧道开挖效果起到不可忽视的作用。除了这两方面因素之外，隧道附近初始应力、岩石强度和地下水位变化趋势等方面对围岩稳定性也有不可忽视的影响。因此，在进行隧道开挖施工时，需要相关施工人员对上述因素综合分析，并按照综合分析结果在适当的位置进行隧道开挖施工，避免上述因素对围岩稳定性产生影响，从根本的角度上提升围岩条件下隧道施工的安全性和稳定性。
3施工阶段的围岩分级
3.1地质雷达探测
在施工前一定要探明隧道施工过程中，出现的软弱围岩、断层破碎带、涌水等不良地质现象，如果不能发现，将会给施工带来严重的安全隐患。因此，为了在施工过程中对隧道围岩情况做全面准确的了解，现场采用美国ＧＳＳＩ公司生产的ＳＩＲ－３０００型雷达对隧道围岩进行检测。地质雷达检测技术运用的是瞬态电磁场的基本原理，利用高频电磁波以宽频带短脉冲形式，由地面通过天线发射纳秒级宽频域无载波载脉冲，通过在时域上接收雷达的散射及被测目标的反射信号区分不同的介质层面。其原理如图１所示：
图3：地质雷达探测原理图
3.2点荷载试验
通过点荷载强度试验，可以测出岩石破坏时的荷载，再通过公式换算成岩石的单轴饱和抗压强度，按照《公路隧道设计规范》中对岩石的分类标准，从而确定围岩的级别。随着岩土工程测试技术的日益发展和逐步完善，作为间接测定岩石强度指标的点荷载强度试验，已在隧道围岩级别判断中得到广泛应用。与岩石的单轴抗压强度试验相比，点荷载强度试验具有操作简便、速度快捷、试验成本低、对试样规格要求低和可大批量重复试验等优点，特别是在工期要求严而工作量较大，以及在要求进行孔底岩石鉴别等情况下，点荷载强度试验的优越性更能充分展示。
4高速公路隧道不同围岩施工工艺及对策研究
4.1公路隧道工程中软弱围岩施工技术的实际应用
4.1.1超前小导管灌注施工
从隧道实际特点出发，施工方决定应用灌浆加固法对围岩进行加固处理，这一过程中，需要对超前小导管等进行应用。该隧道工程支护施工中，应选用3m长、42mm外径的小导管，0.4m应为导管之间的间距，37支导管应被应用于环形套管内部，在对环形套管进行设置的过程中，两管之间应当拥有1.5m的距离，而1m是最低纵向连接长度，10°-15°为外插角度，在施工中，应在钢筋架上焊接导管末端。在对水泥砂浆进行配置的过程中，应保证相同的用量存在与石灰与水泥之间，同时对5%总重的水玻璃掺入其中[3]。压浆前应科学设置注浆孔，岩体会快速吸收受压后的浆液，从而充分粘结岩体破碎结构，最终确保整体结构抗渗能力增加。
4.1.2微台阶法，将微台阶法应用于开挖施工中，需要从3层开挖整个断面，通常情况下，4.8m的高度和4-5m的长度存在于上层台阶上；每进尺1.0m可以实现对两榀的开挖；在开挖下层台阶时，首先应对右侧雏形进行开挖，一级为两榀，实现分级进尺，左侧开挖的进度应比右侧缓慢，通常情况下成为三榀，同右侧共同进尺；进行仰拱开挖时，应促使其仅仅跟随台阶的进度。开挖时，必须精确控制爆破进尺，基础标准应为上层台阶进尺，同步推进台阶开挖施工；对交错距离进行有效控制，保证在对拱架进行应用的过程中，一只拱脚处于触地状态，从而预防掉拱发生的概率。
4.1.3初期支护
初期支护在开挖完成后进行，要想缩短围岩暴露的时间，并对出渣扰动进行预防，施工中应对初喷浆法进行应用，通常情况下，5cm是初喷厚度。该隧道工程在施工过程中，锚喷法被应用于初期支护中，施工中，对钢拱架按照50cm的距离进行设置，串接Ф22钢筋时可以形成拱架，100cm是环向距离在串接钢筋中的具体体现；串接钢筋同锚杆都为3m在布设中以梅花形为主，并形成1m的间距；两层钢筋网应被设置于钢拱架后方，在编制钢筋网的过程中，需要对Ф8钢筋进行应用，同时形成20cm的网格；在喷射的过程中，需要对26cm厚度的C20混凝土进行应用。在安装钢拱架时，应分节制作，制作的依据为每榀五节，其中三节应分布于上层台阶中，剩下的都为一节。在落底封闭隧道多段钢拱架时，应确保垂直状态存在于地面与拱脚之间，这种方法可以促进受力面积的增加，但是会产生较小的收敛阻力，这一阻力位于水平方向上。当较大的压力施加在隧道围岩中时，明显的移动将产生于拱架上，从而导致开裂的现象存在于混凝土结构中。在维持脚板现状的基础上，可以将小型拱架设置在拱架内部，其应当拥有1m的长度，同时对脚板进行配备，促进水平作用力的提升，同时还应当将锁定锚杆加设在拱脚位置，从实现对收敛的有效控制。在严重漏水的隧道位置，应对Ф42导管是锚杆进行应用，在促使围岩形成统一整体的过程中，对径向注浆法进行应用，从而有效提升防水效果，促使围岩受压力降低。
4.1.4底部仰拱
为了有效的杜绝收敛和沉降的产生，在对微台阶法进行应用的过程中，可以实现早日成环，而要想快速构建稳定的早期结构，应确保封闭成环在落底中形成。值得注意的是，开挖掌子面应同仰拱初期支护施工时间保持抑制，严禁产生较大的单次开挖长度，开挖完成以后，应将钢拱架设置于开挖后路段，在实现有效封闭的过程中，应对混凝土进行喷射。在开挖以后，如果没有对以上处理方法进行应用，那么暴露过长时间的背景下，将导致收敛、沉降和失稳现象的产生。部分隧道施工过程中是没有仰拱段的，那么下层台阶应高出仰拱15-20m，从而为出渣奠定良好的基础。
4.1.5衬砌
该隧道工程在进行衬砌施工的过程中，对复合式防水衬砌进行了应用。浇筑C25防水混凝土后形成衬砌结构，最大可以达到S8的抗渗等级。排水是防水设计的核心，在对排水和防水进行结合的过程中，在提升结构自身防水功能的基础上，促使抗渗性能以及防水性能得以在混凝土结构中得到强化，而重点防范对象应为变形缝和伸缩缝。一定的空隙会存在于一衬与二衬之间，透水管应设置于这一缝隙中，排水管应铺设在外墙侧。在稳定的隧道围岩状态下才可以进行衬砌施工，在衬浇筑砌混凝土时，应注意以下几点：第一，应保证拥有稳定的量测内容变化，同时拥有平稳的围岩；第二，此时位移已经到达了预期限度的90%；第三，0.1-0.2mm/d为位移速度在衬砌周边中的体现，而0.07-0.15mm/d为最大拱部沉降速度，第一时间展开封闭成环操作。
4.2高速公路隧道浅埋段特殊围岩的施工
使用TSP超前地质预测的方式，能够有效探测不良地质体，这样避免了影响工程安全的情况出现，使隧道的地质情况进一步判断出来。例如对隧道进口左右侧的地质发育情况都要详细地进行了解和分析，对有无小坍塌和掉块的情况要予以明确，看有无风化、裂隙、节理等等发育不良的情况出现在其中，对围岩的渗水量、强度和破碎度在进行挖掘以前都要进行详细的调查和分析，在勘察的过程中为了能够提升其准确性，我们可以使用GPS、GIS等技术，与地震折射法结合起来，将施工地隧道的横纵断面绘制出来，对工程施工中可能会遇见的不良地质发育情况进行初步的判定。
4.2.1下硬上软的特殊部位
4.2.1.1开挖上台阶
上下台阶留核心土法施工为此围岩段开挖的主要施工方法，首先，将拱顶120°的范围开挖出来，在10m左右对上台阶长度进行控制，同样在10m左右控制下台阶的长度，开挖的时候要严格根据每循环50cm去做，施工时全部使用机械的方式，绝对不能使用爆破。
4.2.1.2初喷上台阶
在开挖出每循环之后，8cm厚的C20喷射混凝土要立刻进行初喷，进而有效地加固和稳定围岩。在实验室提供的配合比的基础上来拌制各种掺料，在10min之内控制终凝的时间。一旦有水在开挖之后流出，要将扁形的排水盲沟设置在初喷之前，将水引入拱脚两侧的圆形盲沟排水管中，根据数量准定扁形排水盲沟的间距。
4.2.1.3施工上台阶锚杆
完成初喷之后，对于锚杆的钻孔施工就能够迅速开展起来，可以将中空注浆的锚杆设置在围岩加强段中，在1m左右控制环向的间距，为了能够有效去固结上层土体，可以用环向间距为1m、中空锚杆为4.5m的注浆小导管来取代拱顶120°范围内的中空锚杆。没有水存在于围岩中，或者有少量的水存在于围岩中，可以使用单液浆进，一旦有较大的出水量可以使用双液浆，可以将一定的比例的水玻璃掺入其中。
4.2.1.4施工上台阶的钢筋网
选择一定型号的钢筋，在合适的范围内控制其间距，通常为20cm×20cm，在30d的范围内控制网片的搭接长度，在注浆的小导管上对其进行固定。
4.2.1.5施工上台阶拱架
对I20b工字钢进行使用作为钢架，0.5为纵向的间距，用纵向的拉杆将两个钢架焊接在一起，控制拉杆钢筋的环向距离在1m左右。交错布置内外缘，在连接分节板钢筋的时候，可以使用厚度15mm、27cm×24cm的钢板。原设计不将锁脚锚杆设计在上台阶处，因为需要考虑一些围岩的特殊性，可以将2根4mm长的锁脚钢筋设置在拱脚前后。
4.2.1.6复喷上台阶
在安装完成钢架之后，必须立刻开展复喷工作，使用强度为C20的混凝土进行喷射。完成喷射之后，确保厚度控制在30cm，按照初喷时的要求对混凝土进行喷射。在2h的终凝之后，喷水养护混凝土，须将2cm的钢架覆盖在复喷的混凝土上面，并确保有平顺的外观。
4.2.1.7施工下台阶
将掌子面二衬面的间距控制在60m以内，下台阶和核心土之间要有10m的长度，对下台阶比较薄弱的部位先进行开挖，每次开挖控制在3m以内。要依据上台阶的方式对其他工序进行施工。将和上台阶拱脚相同的锁脚方式布置在拱脚处，在完成了该侧的初支施工以后，再对另一侧进行施工。
4.2.1.8施工仰拱
将仰拱的开挖控制在3m以内，先对软弱的一侧进行施工，在完成了混凝土的喷射和终凝之后再对另一侧进行开挖。
4.2.2处理未坍塌施工
4.2.2.1处理地表
对地表的塌方区域进行覆盖，将一定型号的钢筋布置在塌陷区四周边线的2m处位置，控制钢筋长度在1m范围内，其埋入土层的深度为80cm，有20cm外露，向外将钢筋倾斜10°。在已经施工的钢筋上固定铁丝，构造铁丝网；在铁丝网上覆盖一层防水布，在1m以上对防水布的长度进行搭接，打造鱼鳞状，在铺设好防水布之后，将一层铁丝网覆盖在上面，并将
一些小碎石适当的放置在上面，将防水布压住，防止风将其吹干。用土填埋防水布的四周，避免雨水进入塌陷的区域中。
4.2.2.2处理洞内
将塌方流出来的杂物和泥浆清理干净，将4-6根钢管和6-8根排水盲管留设在塌腔处，然后用洞渣反压回填掌子面，要在1m以下覆盖整个掌子面的厚度，并构建低于45°的坡。为了能够有效防护加固回填物，可以使用C20，将其厚度控制在10cm左右，不能封堵拱脚的两侧，方便排水。将长度为4.5m的注浆小导管布设在塌腔面的布设间距中，确保能够有效加固塌腔里面的杂物，一旦有较大的水量存在其中，可以掺入一定的双液浆。支护要超前进行，在完成了塌腔面的注浆之后，对部分回填料进行开挖，再开展超前支护；掘进开挖，在超前支护完成后，对四周的围岩进行详细检查，当它们的厚度满足了要求之后，在施工时就可以根据未塌方的方案去做，对每循环50cm要严格遵循。施工时选择机械的方式，避免应用爆破的方式。
4.3处理裂隙发育位置
4.3.1合理的排水
因为会有一定量的地下水存在于大部分裂隙发育阶段中，在对掌子面进行挖掘的时候，在向发育阶段步入前，利用钻机施工完成水平孔，将小导管布置在其中，排出前方裂隙发育中的水。
4.3.2处理注浆
当没有明显的水从排水小导管中流出来的时候，将1.5cm×1.5cm的注浆小导管布置在掌子面中，根据掌子面距已经查明的裂隙发育部位来控制其长度，并加入一定的水玻璃双液浆，在初始压力的基础上进行注浆，终止压力为1.5-2.0MP，进而对前方裂隙发育区内的空隙进行有效的填充，并且将软弱的填充物固结到其中，保证围岩稳固。
4.3.3加强施工过程中的安全保护措施
实现安全建设施工，对于高速公路隧道施工工作来说，是十分重要的工艺要求之一。首先，认真贯彻执行“安全第一，预防为主，综合治理”的方针，正确处理好安全、质量、进度三者之间的关系，做好开挖面施工安全保证措施，杜绝塌方。其次，做好超前地质预报工作，采用TSP、地质雷达、超前探空等综合预报手段对开挖面前方的地质情况作出详细的预报。每个开挖工班配一名工程师跟班作业，确保各种措施、技术交底的落实，保证标准化作业。再次，现场施工管理人员必须严格遵守“管生产必须管安全”的原则，层层落实安全生产制度。认真落实各类突发事故的应急处理方案，不定期的进行各种应急演练，安全有效的促进隧道的施工。最后，隧道内各种应急材料、设备等专门配备，以备不时之需。
结语
总之，隧道工程的围岩稳定性对隧道的正常施工发挥着重要的作用，因此对影响隧道围岩稳定性的因素分析就显得尤为重要了。在实际隧道施工环节中，要保证隧道安全稳定性提高，避免出现工程塌方事故。只有这样，才能保证隧道施工的质量优化与安全性能，同时还可有效提高施工进度，获取最大的经济效益。
参考文献:
[1]张功波.浅谈高速公路隧道不同围岩施工中采取的工艺与措施[J].中国建材科技,2014,(S1):7-8.
[2]兰宇.高速公路隧道维护加固对策的模型试验研究[D].西南交通大学,2005.
[3]李鹏.高速公路复杂地层双联拱隧道施工工艺控制与优化[D].中国地质大学,2003.
论文作者:景德文
论文发表刊物:《防护工程》2018年第3期
论文发表时间:2018/6/11
标签：围岩论文; 隧道论文; 导管论文; 过程中论文; 钢筋论文; 超前论文; 台阶论文; 《防护工程》2018年第3期论文;