软弱围岩隧道变形及其控制探讨

【摘要】由于各种因素的影响，隧道结构容易发生变形，引发严重的安全事故，因此要结合软弱围岩隧道变形特点和隧道施工特点，积极采取相应措施，确保软弱围岩隧道的安全施工。本文分析了软弱围岩的地质特征和软弱围岩隧道变形特点分析，阐述了软弱围岩隧道变形控制措施。

【关键词】软弱围岩；隧道变形；控制

客运专线铁路具有较高的舒适性、稳定性和平顺性，但是其线路隧道通过的地方地质条件更加复杂，很多线路隧道都属于软弱围岩地质，这种隧道承受的断面更大，容易发生局部的变形，给施工建设带来很大的困难，通过深入分析和研究软弱围岩隧道变形特征，积极采取有效措施，不断提高隧道的安全性。

一、软弱围岩的地质特征

软弱围岩主要是指围岩赋存性能差、结构破碎、裂隙节理发育、岩体承载能力差以及岩质软弱的岩体。软弱围岩通常具有以下特点。

1、围岩容易风化，强度较低

软弱围岩主要的岩地层有千枚岩、炭质岩、片岩、泥岩、片岩等[1]，其稳定性很差，强度低，围岩层被暴露后容易软化，遇水风化，特别是在高地应力的深埋地段，软弱围岩地质层会产生塑性的变形，在塑性的地质层深度和范围都很大。

2、岩体粘结力差，松散破碎

通常情况下，由破碎挤压带、风化岩体层、土层等构成的软弱围岩，围岩结构粘结力很差，统一松散破碎，隧道在施工建设过程中，仅仅依靠岩体颗粒之间的胶结作用和摩擦力构成拱形，特别是在隧道的签埋地段，这些岩体的结构非常不稳定，很容易发生冒顶坍塌事故。

3、岩体结构面软弱，容易滑塌

在隧道岩体结构面切割严重的地方，一些块状的岩体结构，由于结构面软弱，粘结性很差，在开挖隧道的过程中，隧道周围岩体结构面容易发生坠落、滑移和松弛等变形，严重破坏隧道的结构。

二、软弱围岩隧道变形特点分析

1、变形量大

隧道施工建设完成后，软弱围岩隧道会发生明显的塑性变形，这是软弱围岩最主要的特征，其变形的长度和深度有可能达到几十或者几百厘米，隧道支护结构往往表现为混凝土二衬开裂和支护初期严重开裂。

2、变形速度快

软弱围岩隧道施工建设过程中，其变形速度很快，在隧道的支护初期，其变形速率更大。

3、变形时间长

软弱围岩在隧道的支护初期不仅变形速度很快，在隧道的施工建设过程中，其变形持续的时间也很长，软弱围岩具有显著的蠕变变形特点，在软弱围岩隧道施工建设的很长一段时间里都会发生变形。

4、围岩扰动明显

隧道在施工开挖过程中，围岩在纵向应力重的影响下，隧道周围的软弱围岩的塑性变形区不断扩大，当隧道支护结构强度和刚度不够或者支护结构不稳定时，软弱围岩的扰动明显。

5、径向变形范围大

软弱围岩隧道的径向并行通常表现为隧底隆起、边墙收敛、拱顶下沉，拱顶下沉的变形量最大[2]。软弱围岩隧道施工开挖过程中，经常会出现隧道掌子面上方的软弱围岩下沉，在浅埋隧道的掌子面周围出现沉降槽，造成地表下沉，并且在隧道开挖之后，纵向的掌子面挤压变形，软弱围岩临空产生应力，在围岩纵水平力和纵向力作用下，发生位移，软弱围岩隧道掌子面被挤出变形，随着不断开挖隧道掌子面，在掌子面周围位置会产生不断扩大的水平水平收敛和拱顶下沉，并且下沉速度较快。

三、软弱围岩隧道变形控制措施

1、重视超前工作

（1）加强隧道地质预报工作

在软弱围岩隧道施工开挖过程中，经常会遇到围岩隧道实际的地质情况和施工设计图纸提供的地质情况严重不符的问题，因此，施工单位不仅要在隧道设计阶段进行全面的地质勘察，还在要隧道施工开挖过程中进行隧道地质预报工作，结合隧道地质预报的实际方案，编制详细的地质预报计划，积极进行超前地质预报工作。对于隧道经过的地质条件比较简单的区域，可以进行地质编录，根据隧道掌子面的地下水质、裂隙节理发育、地质构造、地层岩性等情况[3]，判断和分析软弱岩层的可靠性和稳定性。对于地质情况相对比较复杂的区域，在编录地质情况的基础上，进行隧道地质超前预报工作，及时和勘察的资料进行分析比对，提高隧道地质预报工作的精度和质量，在隧道浅埋地质区域，利用水平钻孔勘察隧道掌子面的地质情况，结合实际的地质情况积极采取相应措施，提高隧道施工的安全性。

（2）加强超前预加固

软弱围岩隧道变形主要表现在隧道掌子面水平方向和纵向挤压变形，可以此采用超前注浆灌注或者超前导管的方式对隧道掌子面进行控制变形预加固技术。另外，要注意控制隧道掌子面的位移，对于软弱底层和破碎断层带的围岩进行超前预加固，控制掌子面围岩的变形。

2、严格落实施工环节

（1）选择科学合理的施工方法

软弱围岩隧道的施工开挖方法必须全面考虑软弱围岩的承载能力，减小隧道掌子面塑性变形范围，保护软弱围岩岩层和岩体，控制软弱围岩的变形量。软弱围岩隧道的施工方法，首先要确保施工安全，其次，要尽量简化施工步骤和施工流程，提高施工质量和施工效率。在隧道的施工开挖过程中，施工人员要根据软弱岩层的加固情况和地质情况，选择科学合理的施工方法，在施工开挖过程中，根据监测的实际的地质情况，有针对地调整施工方案，如果需要使用爆破法进行开挖，要严格控制装药量、深度以及炮眼数量，提高控制爆破的技术，最大限度地降低爆破对软弱岩层的扰动影响。

（2）快速施工初期支护

隧道施工初期的支护能够在软弱围岩变形范围较小，隧道施工开挖时间较短的阶段，通过初期支护措施和软弱岩层共同承受岩体的变形压力，避免隧道坍塌。如果施工初期的支护不及时或者支护效果较差，变形量不断扩大，软弱岩层容易松动破碎，导致荷载加大，施工初期的支护完成变成被动的承受岩层压力，很容易导致初期支护结构变形，引起隧道坍塌。因此，施工人员要注意在施工开挖初期要迅速进行支护措施，确保支护结构的刚度和强度，控制变形，及时支护。当前，软弱岩层隧道主要有联合锚网喷支护、钢拱架支护和锚网喷支护这三种初期支护技术，在一些特殊的地质环境下，也可以采用玻璃纤维混凝土或者纤维喷钢混凝土。在隧道支护结构没有封闭时，要积极采取支撑拱脚、大拱脚、锁脚锚杆等工具，加固支护结构，避免隧道掌子面的整体下沉。

3、加强软弱围岩变形监测工作

在软弱围岩隧道施工开挖过程中，软弱围岩变形监测工作是一项非常重要的工序，能够有效判断隧道掌子面支护结构是否可靠稳定，指导软弱围岩隧道进行安全施工开挖，提高了软弱围岩隧道施工的安全性。软弱围岩隧道变形监测主要的监测对象是水平收敛和拱顶下沉，在隧道的浅埋区域，使用沉降地表量测。软弱围岩隧道的掌子面范围较大，如果采用有尺量测方式，精度低、耗时长、干扰大，影响施工质量和效率，因此可以使用无尺量测。在进行监控量测时，要加强专业化管理，构建科学合理的报告制度、信息反馈和登记管理，实时监测软弱围岩隧道的动态信息，科学评价支护结构和软弱围岩的稳定性和可靠性状态，进行隧道施工设计，确保软弱围岩隧道的安全施工。

结束语：

由于软弱围岩的结构面软弱、结构松散破碎、围岩硬度和强度较低，隧道施工开挖过程中，隧道掌子面由于受力过大会发生变形，结合软弱围岩隧道变形的特点，积极采取控制隧道变形的措施，提高隧道施工的安全性，减少和避免隧道安全事故。

参考文献：

[1]关宝树.软弱围岩隧道变形及其控制技术[J].隧道建设，2011，01：1-17.

[2]张端良，王剑，张运良.软弱围岩隧道变形规律与施工安全控制技术[J].公路工程，2011，02：124-128.

[3]张伟.软弱围岩隧道变形分析及应对措施[J].现代城市轨道交通，2013，02：39-41.