摘要 ：文章分析软弱围岩隧道施工中出现围岩变形的机理及原因，并基于对机理和原因的分析提出软弱围岩隧道变形施工与控制技术，以供参考。
关键词：软弱围岩；隧道工程；变形特征；施工技术
1引言
随着我国经济的快速发展和各项基础设施建设的不断推进，交通事业也取得较大进步。其中在公路、铁路以及地下工程中，隧道工程数量逐渐增多且施工水平不断提高，但是在新建的隧道工程中，软弱围岩的隧道工程也占有较大的比例，增加了隧道工程施工的难度，如果不对其变形特征进行研究，并采取相应的控制技术进行处理和控制，就容易引发地质灾害其其他对隧洞工程造成危害的问题，影响隧道工程的施工质量和安全。
2软弱围岩隧道变形机理及原因分析
2.1从岩体蠕变发展过程进行分析
在对具有软弱围岩性质的隧道工程进行施工过程中，引起围岩位移的重要因素就是在进行隧道开挖时导致软弱围岩具有流变的性质。所以在对软弱围岩进行性能以及隧道变形机理分析时，除了需要对软弱围岩隧道的受力情况和稳定性进行分析之外，还需要对软弱围岩的流变性进行分析。根据岩体蠕变的机理，其蠕变过程主要分为三个过程，分别为初始蠕变、等速蠕变和加速蠕变。在初始蠕变的过程中，岩体蠕变的速度会逐渐变慢，此时的岩体变形问题则主要是以向开挖方向移动为特点，且移动的速度较慢。但是随着初始蠕变阶段的进行，尤其是进行最后的初始蠕变阶段，这是的蠕变速度就会变得较为稳定，此时就会逐渐进入等速蠕变阶段。在此阶段中，蠕变速度保持不变，但是随着时间的推移就会出现裂缝问题，且此裂缝会在此阶段中出现稳定的扩展现象。如果此扩展现象逐渐过渡到最后的加速蠕变阶段，随着蠕变速度的不断增加，此裂缝也会加速扩展，直至出现围岩遭到破坏而出现失稳问题。
2.2从长期强度观点进行分析
根据上文分析围岩蠕变时会具有一定的流变属性，而随着岩体蠕变的不断进行，就会逐渐降低岩体的强度，所以岩体的强度与时间变化存在某种关系。且经过试验以及实际施工证明，围岩的长期强度对其稳定性有着重要的作用。从长期强度的观点上进行分析，由于岩体强度会随着时间的推移而逐渐降低，且岩体会遭到一定程度的破坏，所以说岩体蠕变时所出现的损伤则可以看作是变形损伤和时间损伤共同作用的结果。其中，前者主要是岩体逐渐发生变形的过程中，会出现裂缝的不断扩展，从而导致围岩出现损伤的问题。而对于后者来说，随着时间的推移，损伤问题会不断出现且不断加剧，从而对围岩的损伤也会不断增加。二者在不同的阶段表现出不同的特点，这主要表现在当围岩内部的应力水平较低时，且通常比长期强度要低的多时，此时围岩所发生的损伤则主要是时间损伤，否则会出现蠕变变形量增加速度较快的现象，即在加速蠕变阶段，此时则主要表现为变形损伤，最后会对围岩产生不可逆的破坏作用。
2.3从岩体能量释放角度进行分析
根据岩石的流变特征能够看出，岩体蠕变回弹能量会随着时间的推移而逐渐降低，即随着时间的推移而不断释放，且在进行隧道开挖的初期其释放的速率较快，而到某一个时间段时，能量释放的速率就会逐渐减慢并趋于稳定。根据上文分析可知，整个能量释放速率变化的点也就是等速蠕变和加速蠕变的分界点。根据岩体的蠕变特征，当围岩发生蠕变流动时会导致其内部出现新的裂纹且此裂纹会不断扩展，此时会导致围岩强度较低，且长时间处于低于长期强度的现象，从而对围岩造成破坏。
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3软弱围岩隧道变形施工与控制技术
3.1加强超前地质预报工作
在隧道工程的施工之前，都需要进行相应地质勘查，并根据勘查结果进行工程施工图纸的设计以及施工方案的制定，但是在实际的软弱围岩隧洞工程施工过程中，却容易出现随着隧道开挖作业的进行，实际的地质情况与之前勘查的结果存在较大的差异的问题，这也是容易导致隧洞工程施工中出现变形问题的原因之一。针对此问题，不仅需要不断提升地质勘查技术和水平，确保地质勘查结果的准备性，而且还要提高对超前地质预报工作的重视，加强在隧道施工阶段进行地质超前预报工作，并根据准确的超前地质预报结果来进行施工方案的制定，针对超前地质预报中提出的问题制定相应的预防措施，有效避免在实际隧道施工中出现隧道变形问题。
此外，如果隧道工程所在地区的地质情况较为简单，在隧道施工中还可以采用以地质编录为主的施工方式，在掌子面开挖施工中，根据其显示出的地层岩性、地质构造以及节理裂缝发育情况来对此地区围岩的稳定性等性质进行分析和判断。而如果隧道工程所在地区的地质情况较为复杂，则需要在进行地质编录工作之后还要进行相应的物探超前地质预报工作，且确保地质预报结果的准确性以及预报工作定质量，对掌子面前方对地质情况做出准备预测和判断，然后根据预报情况来确定所要采取的开挖方式，有效避免开挖过程中出现变形的问题。
3.2提高对超前预加固作用的重视
根据软弱围岩隧道工程施工中出现变形的特征进行分析可知，其中最主要的特征就是掌子面纵向挤出变形较大。所以为了对此种变形问题采取有效的预防措施，重点对掌子面前方的先行位移情况进行控制，就需要采用超前导管或者采用超前预注浆的方式对此变形问题进行超前预加固处理。此外，采用此方法不仅可以起到对掌子面纵向挤出变形起到有效地预防作用，而且还可以对掌子面坍塌的现象起到很好的控制作用。尤其是对于断层破碎带以及软弱地层中含水量较高时，则需要采取此方法进行预加固处理，对地层性质进行改善，确保隧道工程施工的安全。
3.3选择合理的隧道开挖施工方法
在软弱围岩隧道开挖施工过程中，根据不同的地质特点和性质进行不同施工方法的选择，以有利于对围岩起到更好的保护作用，并减少塑性区域范围，起到更好的提高围岩自承载能力的作用。针对软弱围岩所采用的不同的隧道开挖施工方法主要有预留核心法、土台阶法、单侧壁法、CD法、CAD法、双侧壁法等。在进行不同施工法的选择时，首先要根据不同的地质与地层加固的具体情况进行选择，而且要在实际的施工过程中对地质情况以及变形量进行实时监控，并根据实时测量结果进行施工方法的调整。此外，当采用爆破法进行掘进施工时，对爆破施工中的炮眼数量、深度以及装药量等进行合理控制，在确保尽量减少对围岩进行破坏的前提下，尽量满足爆破施工要求。
3.4多重支护变形控制技术
在对软弱围岩隧道进行开挖施工的过程中，根据对隧道变形量的计算来采用相应的支护方式，并且在支护时预留出比计算值更大的充分的变形富余量，这样可以确保在隧道开挖过程中能够对围岩释放的应力进行抵御和保护，但是由于留有的变形富余量比计算值大，所以会造成一定量的变形，所以需要采用多重支护的方式。就是在当隧道开挖过程中出现一定量的变形时进行第一次支护，随着围岩变形的继续发展，当变形量达到某一数值时再进行第二次支护，且根据实际情况确定是否需要进行第三次支护。其最终目的都是将围岩变形量控制在允许的范围之内。该方法的特点是：不需要进行反复扩挖和反复支护，就是说没有拆除顶替已经承载的支护构件和对围岩的多次扰动的问题。
4结语
在软弱围岩隧道工程施工中，由于施工所在地区的地质方面的原因、隧道开挖出现的应力重分布的原因、以及在支护过程中出现的设计强度不足以及预留变形量偏小等原因而导致出现的隧道变形问题，应在软弱围岩隧道施工过程中，加强超前地质预报工作、提高对超前预加固作用的重视、选择合理的隧道开挖施工方法、采用多重支护变形控制技术，此外，还可以在隧道初期支护进行混凝土喷射时，采取高性能的混凝土，并提高锚杆以及钢架的承载力，以此来有效预防软弱围岩隧道施工中的围岩变形问题，确保施工质量和安全。
参考文献：
[1] 冷国均. 隧道软弱围岩变形处理施工技术浅析[J]. 工程技术:引文版, 2016(8):00197-00197.
[2] 范鹏. 浅谈浅埋隧道软弱围岩施工技术[J]. 建筑建材装饰, 2017(7).
论文作者:刘宇龙
论文发表刊物:《科技中国》2018年5期
论文发表时间:2018/8/10
标签：围岩论文; 隧道论文; 软弱论文; 地质论文; 超前论文; 过程中论文; 强度论文; 《科技中国》2018年5期论文;