李成業(yè)

摘要：隧道軟弱圍巖強度低、自穩(wěn)能力差，開挖后隧道周邊產(chǎn)生較大的松動圈，常因工程措施和施工方法不當引發(fā)初期支護變形侵限和隧道坍方等工程問題。尚崗一號隧道軟巖地層主要有泥巖、砂巖等，有微膨脹性。軟巖隧道施工中存在的主要問題是變形大、易坍塌、進度慢，軟巖變形侵限、塌方處理時間長、安全隱患大。因此軟巖隧道施工首先是控制變形和預防坍塌，其次是加快施工進度。

Absrtact： The weak surrounding rock of the tunnel has low strength and poor self-stability. After the excavation， there is a large loose circle around the tunnel. Engineering problems such as initial support deformation and tunnel collapse are often caused by improper engineering measures and construction methods. The soft rock strata of Shanggang No. 1 Tunnel are mainly mudstone， sandstone and so on.The main problems in soft rock tunnel construction are large deformation， easy to collapse， slow progress， soft rock deformation， long time to deal with collapse and large hidden danger of safety.Therefore， the construction of soft rock tunnel is to control deformation and prevent collapse first， and then to accelerate the construction progress.

關鍵詞：軟弱圍巖；變形；坍塌；預防

Key words： soft surrounding rock；deformation；collapse；prevention

中圖分類號：U45 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）16-0139-03

0 引言

當前，隨著一輪一輪鐵路建設項目的開工，長大隧道和高風險隧道的修建將會越來越多，西南地區(qū)隧道軟巖地層頻繁出現(xiàn)，隧道施工中存在的安全隱患應引起施工設計的高度重視，采取有效的管理和技術措施避免事故的發(fā)生是隧道工作者最為關心的問題，本文針對尚崗一號隧道隧道的施工，僅從施工技術方案選擇、施工措施方面談一些建議，以期對軟弱圍巖的施工設計起到指導作用。

1 工程概況

玉磨鐵路21標段位于云南省勐臘縣勐臘鎮(zhèn)及尚勇鎮(zhèn)內(nèi)，工程所承擔的隧道施工主要工程量為單線隧道5座15003延長米。最長隧道尚崗一號隧道長5790m，是標段的控制性工程，隧道最大埋深480m。地層巖性主要為砂巖、泥巖，巖層節(jié)理發(fā)育、擠壓破碎、斷裂構造及牽引褶曲較發(fā)育、整體性差圍巖富含水，巖體遇水軟化嚴重，隧道涌水量12000m3/d，雨季最大涌水量14400m3/d，圍巖等級為Ⅳ、Ⅴ級圍巖。隧道主要的不良地質為滑坡、坍塌、順層偏壓、，特殊巖土為軟土（巖）、膨脹巖、石膏及鹽巖。

2 軟巖大變形的原因和定義

尚崗一號隧道軟弱圍巖強度低，遇水軟化膨脹，施工中圍巖發(fā)生膨脹過渡松弛是發(fā)生大變形的基本原因，超過容許變形值的變形都可以定義為大變形或過度松弛變形。一般Ⅳ級及其以下的深埋軟弱圍巖地段，當洞周水平相對收斂值大于2%時，可認為發(fā)生了軟巖大變形。

3 軟巖變形的危害

根據(jù)觀察，該隧道軟弱圍巖發(fā)生大變形的段落，一般出現(xiàn)在掌子面后方25～30m處。主要表現(xiàn)在初期變形位移速度非常大，變形的絕對值也大，如果不采取措施加以控制，極易出現(xiàn)坍塌、“關門”等事故，造成不可預計的后果。大變形的危害：斷面收斂、拱腳拱頂下沉、拱腰出現(xiàn)縱向開裂、基底鼓起等，往往導致支護結構的失效、侵限和圍巖塌方，威脅施工人員安全，影響工程質量，增加工程造價，后序的處治難度非常大，給隧道襯砌結構長期穩(wěn)定留下隱患，并可能引發(fā)隧道滲漏。

4 軟巖大變形施工措施

4.1 施工遵循的原則

“變形”控制，實質上是“圍巖松弛”控制，是必須通過開挖和支護兩大技術來實現(xiàn)的。因此，首先要做好地質超前預報，探明地質情況；二是要做好超前支護，加固補強掌子面前方圍巖；三是選擇合適的開挖工藝工法；四是初期支護及時和仰拱盡早封閉成環(huán)；五是圍巖量測正確，數(shù)據(jù)分析合理；六是適時施做二襯，確保安全質量?？傊谲泿r大變形段施工應采用“加固圍巖、預留變形、先柔后剛、先放后抗、剛柔并舉、分次支護、及早封閉、底部加強、信息化施工”的綜合治理措施，采用噴錨支護復合結構。軟巖大變形襯砌支護采取主動式（柔性）與被動式（剛性）相結合的綜合處置方法，在適當控制下產(chǎn)生一個合理的塑性圈，允許變形，有控制地釋放圍巖變形能，且盡可能保護圍巖的強度不致快速下降，不產(chǎn)生大的松動圈。

4.2 隧道大變形處理措施

主要有以下幾種：

①開挖前，主要有超前支護、超前加固，采用接近圓形的斷面等。

②開挖中，小斷面開挖，加大預留變形量，臨時支護及仰拱等。

③初期支護，加大鋼架規(guī)格型號、采用可縮式鋼架、增加噴層厚度、雙層初期支護、長錨桿等。

針對不同情況，采用一種或幾種措施組合就可有效抑制變形的發(fā)展，保證施工及結構的安全。

4.3 軟巖大變形地段施工控制要點

4.3.1 控制超前支護施工質量

易于發(fā)生大變形的圍巖，必然伴隨發(fā)生較大的掌子面擠出變形，兩者是密切相關的。一般情況下小導管的外插角在5～10°之間，大變形軟弱圍巖的超前小導管長度為4.0m左右，每兩到三榀拱架施作一次，搭接長度1.6～2.4m，安裝后按設計要求進行注漿。軟弱圍巖大變形其中一個重要的原因是圍巖節(jié)理以張性為主，空隙很大，開挖之后應力圈很快釋放成為松散圈，在圍巖本身自重及相鄰圍巖的擠壓作用下即產(chǎn)生變形，且松散圈順法線方向逐步向外圍擴展，從而導致圍巖長期變形而不能穩(wěn)定；另一個重要原因是圍巖易受裂隙水侵入軟化而導致自穩(wěn)能力降低、自重增加。因此，超前小導管安裝后必須要按設計要求做好注漿工作，并加大注漿壓力（一般控制在2MPa以上），對周邊圍巖起到提前加固和堵水作用，以提高圍巖自承能力。

4.3.2 選擇安全合理的開挖工法

大變形軟弱圍巖段落的施工，選擇合理的開挖工法至關重要，尚崗一號隧道斷面形式采用三臺階臨時仰拱施工方法。

4.3.3 控制開挖進尺

由于軟巖地段多數(shù)圍巖地應力較大，減小臨空面是有效控制圍巖應力釋放的最好方法。實踐證明：掌子面每循環(huán)進尺一榀鋼架長度，中下臺階落底不能超過2榀鋼架長度，仰拱開挖長度最大控制在3m，可有效控制初支的開裂變形。

4.3.4 做好隧道鉆爆設計

減少擾動，控制超欠挖，避免應力集中。軟巖隧道開挖掘進采用微震光面爆破技術，盡量減弱減少對圍巖擾動，提高開挖質量，確保施工安全。

4.3.5 確定合理施工安全步距

施工步距是控制安全的關鍵，步距過長，則圍巖收斂發(fā)展速度快，且變形時間長；如步距過短，則各工序相互干擾，施工無法正常快速開展。一句話，安全步距既滿足施工需要，又要初支及早封閉成環(huán)。經(jīng)過實踐證明，仰拱與掌子面距離一般控制在15m以內(nèi)，二襯與掌子面的距離控制在50m以內(nèi)，是軟巖大變形隧道比較合理的步距。

4.3.6 控制型鋼鋼架施工質量

嚴格按照設計及驗標要求進行拱架的制作和安裝。鋼架（工字鋼）底部加設槽鋼（I18鋼架采用[20槽鋼墊實，以增大鋼架持力層面積。噴射混凝土前槽鋼底部以上15cm左右高度范圍內(nèi)用砂或虛土回填，槽鋼每榀布置一節(jié)，節(jié)長30～40cm，這樣既可控制鋼架下沉，又可保證上下臺階鋼架的連接質量，并為下臺階施工提拱方便，如圖1所示。

在圍巖破碎地段加強每榀鋼支撐的縱向連接，將連接鋼筋的環(huán)向間距加密為每50cm一道，以提高鋼架間支撐剛度及強度。

4.3.7 拱部組合注漿錨桿施工質量控制

上斷面開挖后形成臨空面，臨空的圍巖體存在坍塌區(qū)、松弛區(qū)及穩(wěn)固區(qū)呈發(fā)散狀分布，因此必須嚴格控制拱部中空錨桿的施作質量：其長度必須按設計長度（打入穩(wěn)固區(qū)）施作；嚴格按照施工工藝施作；控制注漿壓力，確保固結周邊圍巖。

4.3.8 噴射混凝土質量控制

噴射混凝土的主要目的是使噴射混凝土能與基層結合緊密，密實和牢固并盡可能的減少回彈量。噴混凝土采用濕噴工藝，噴射砼要嚴格遵循分片噴射、從下到上、拱部閉合的噴射順序，噴頭作連續(xù)不斷的螺旋形運動，后一圈壓前一圈1/3。噴射線自上而下呈“S“形運動，使噴層厚度均勻，嚴禁將噴頭靜止對著一個地方噴射。操作人員操作噴嘴時保持噴嘴和底面的合適的距離，噴頭必須盡量保持與巖面垂直，才能保證砼的密實性，鋼筋保護層厚度大于3cm。噴射過程中發(fā)現(xiàn)有脫落的石塊或混凝土塊被鋼筋網(wǎng)卡住時要及時進行清除。在一般地段，可以不要求一次就能噴到設計厚度，當噴混凝土厚度不夠時進行補噴即可。在軟巖變形較嚴重地段，圍巖開挖后變形較快，一次噴射厚度不足或質量不佳時，無法提供有效的結構抗力，同時二次噴射混凝土與第一次噴射混凝土粘接效果受到影響，因不密實而形成縫隙，容易造成混凝土剝落、掉塊，故必須設法一次噴射到位，并針對拱頂回彈大的情況，采取在拱頂2m范圍縱向增設網(wǎng)片，這樣能明顯增加網(wǎng)噴的有效性，在一定程度上避免了支護后的變形。

4.3.9 加強監(jiān)控量測

施工過程要切實加強監(jiān)控量測，隨時掌握圍巖的變形情況，以指導下一步施工。隧道監(jiān)控測量工作緊跟開挖、支護作業(yè)進行布點和監(jiān)測。量測數(shù)據(jù)運用工程類比法及時分析反饋，根據(jù)分析結果及時調(diào)整下一步支護參數(shù)，若發(fā)現(xiàn)預留沉降量不能滿足要求時，要及時采取加固措施，控制變形，主要方法是施作臨時套拱，加做徑向注漿，即加強初支（二次補強），以穩(wěn)固周邊圍巖，確保施工安全。

5 施工過程中產(chǎn)生大變形地段可采取的應急措施

①如相鄰段初支尚未發(fā)生變形，掌子面穩(wěn)定，應停止開挖，未施工二襯段進行二次初支，采用型鋼臨時加固（含仰拱部位），加快二襯施工進度。

②如相鄰段初支尚未發(fā)生變形，或變形尚輕微，掌子面存在不穩(wěn)跡象，應立即采用沙袋回填坑道，回填長度不小于10m，對未施工二襯段初支采用5m長自進式長錨桿（間距1.5m×1.5m）結合工20型鋼（間距0.5m）加固，加固范圍包括墻腳部位，錨桿應與原有加固鋼架焊牢固，并加快二襯施工進度。

③如相鄰初支變形加大存在坍塌危險時，應立即將施工人員和機械設備撤退到安全區(qū)域，并向危險區(qū)域拋填沙袋。

④提前澆筑相鄰段。

6 結束語

綜上所述，對于控制軟巖大變形只要做到超前預判、超前支護、超前加固到位，選擇合適的開挖工藝工法，預留合適的變形量，初支及時緊跟到位，圍巖量測及時準確，仰拱及時封閉成環(huán)，嚴格工藝標準，切實抓好過程控制，必要時進行二次初支加固，就能避免變形超限侵限、避免二次開挖換拱、避免塌方，就能保證安全、保證質量、保證進度，避免效益流失。

參考文獻：

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