软弱地质围岩隧道施工工艺研究

【摘要】 随着软弱地质围岩施工环境的不断出现，研究其隧道施工工艺凸显出重要意义。本文首先介绍了软弱围岩工程地质特性，分析了软岩隧道变形机理。在探讨软弱围岩地质隧道富水区防排水的同时，研究了其相应的施工方法。

【关键词】软弱地质围岩；隧道施工；工艺；研究

一、前言

作为一种特殊性较强的施工环境，软弱地质围岩隧道施工工艺在近期得到了长足的发展和进步。该项课题的研究，将会更好地提升软弱地质围岩隧道施工的实践水平，从而有效优化该项工作的整体效果。

二、软弱围岩工程地质特性

软岩，主要是指第四系全新、中更新、更新统的坡残积土部分。范围包括江河湖岸和池塘冲积、淤积层，人工杂填土、水田、溶洞充填物、新老黄土、风积砂等。普遍具有内磨擦角小，粘聚力弱及流滑、蠕变、膨胀、湿陷等不稳定的特点。一般南方地区软土含水量偏大，扰动易液化呈液态流动，北方地区软土含水量较小，失水后易呈固态流动，扰动易崩坍。北方地区软土浸水饱和，极易流失并很快失去承载力。围岩是指受隧道开挖影响而发生应力状态改变的周围岩土体。根据岩土体的强度可将围岩分为坚硬围岩和软弱围岩两大类。按照围岩级别划分，软弱围岩多划分为Ⅳ～Ⅵ级围岩。软弱围岩一般有以下突出特点：

1.岩石强度低。

根据我国《工程岩体分级标准》、《铁路隧道设计规范》等规范标准，一般将单轴饱和抗压强度低于30MPa的岩石称为软质岩或软岩。软质岩主要包括未成岩的岩石、已风化的岩石以及含有软弱矿物的岩石。典型岩石有泥岩、砂岩、千枚岩、炭质板岩及绢云母片岩等。

2.岩体破碎。

受地质构造影响严重的坚硬岩石也可称为软弱围岩。若硬质岩石受到强烈的构造运动影响，导致节理、裂隙、断层等结构面发育，造成围岩强度降低、自稳性变差。

3.围岩赋存环境差。

隧道围岩一旦赋存于富水、高地应力等不良地质环境中将极易引起涌水、塌方等地质灾害。赋存于这些不良地质环境下的围岩也可称为软弱围岩。

三、软岩隧道变形机理

由于隧道开挖不可避免要对围岩产生扰动，隧道开挖打破了原有的应力平衡状态，会出现应力重新分布和动态调整。由于软岩强度低、对工程扰动及其敏感，在受拉和受压条件下将产生塑性区，使围岩和支护结构产生变形。软弱围岩隧道开挖后突出表现在围岩松弛压力大，初期支护承受压力大。

按照结构力学的基本原理，我们不妨把隧道初期支护看作是由锚杆、钢筋网、喷射砼、钢架等支护手段组成的复合体。该复合体是具有一定强度和刚度的承载结构。软岩隧道的开挖过程同时也是扰动围岩对初期支护结构的逐级逐次加载过程。当作用在初期支护上的围岩扰动荷载未超出结构本身的极限承载力的时候，结构将处于稳定状态，同时支护结构会因为荷载的不断增加发生变形。一旦围岩扰动产生的荷载超出初期支护结构极限承载力，支护结构将会失稳破坏，突出表现在钢架扭曲、喷层开裂掉块，结构变形出现突变等。

由以上分析可以看出，软弱围岩大变形是指在隧道开挖形成凌空面以后围岩受自重应力及构造应力的影响发生朝向隧道净空的变形。这是复杂应力条件下软弱围岩本身固有的特性，属于客观因素。隧道支护结构大变形是指由于支护参数、施工方法选择不当，结构强度和刚度不足以抵抗较高的围岩压力而出现大变形和结构破坏，属于主观因素。

四、软弱围岩地质隧道富水区防排水研究

隧道通过区，围岩为全风化砂岩夹泥岩，炭质页岩，属强透水层，围岩风化程度十分严重，遇水后产生脱落坍塌并且初期支护完成后，隧道渗淋水又十分严重，对初期支护反复冲蚀，这样就对初期支护的强度造成了较大的影响，给施工也带来了极大的安全隐患，并且因地下水的不断作用，使初期支护沉降速度超出规范要求（大于0.5mm/d，峰值达0.8mm/d），虽然预留量根据实际测设采用35cm，但沉降速度仍有不可控的趋势，而且渗水分散不集中，造成洞内积水，因此就基岩裂隙水的基本情况，现场选择以超前泄水，注浆加固堵水的施工方案。主要采用超前水平探孔远距离超前集中泄水，4.0m注浆小导管对初期支护进行注浆加固堵水，使初期支护背后形成加固拱堵水，施工中开挖临时排水沟引排。

通过实践施工的效果来看，当隧道施工通过富水区段时，针对基岩裂隙水秉承着以超前泄水，注浆堵水的原则，采用超前水平孔超前泄水，小导管注浆进行堵水的方法，可以极大地降低施工难度，保证施工安全顺利地进行。隧道富水区段的施工优化设计，在实践中应该针对实际情况，在原防排水系统设计的基础上，进行对富水区段的专项优化设计，以确保富水区段安全高效的施工作业，及减少隧道工程施工期间的潜在隐患。

五、施工方法

1.开挖断面的判断

围岩应力以及变形调整时，会出现围岩失稳破坏现象，这种现象对围岩硬度强的岩石影响不大，但是对于软弱围岩来讲，这样种破坏对其的影响将是非常严重的，所以在软弱围岩隧道施工时，必须要对围岩的应力以及变形情况进行了解，掌握其变化的规律，使其结果不影响软弱围岩的稳定性。在实际施工中，要根据围岩的应力以及变形的规律，选择相应的开挖方式，开挖的进尺度等。

2.提高超前支护的质量

由于软弱围岩的变形快，所以在实际施工中，软弱围岩变形会发生在掌子前不远处，所以必须对其进行超前支护否则将会出现坍塌现象。在软弱围岩隧道施工中，超前支护是为了更好地控制掌子前的变形现象，这也是软弱围岩隧道施工的重要环节。

3.开挖方式的选择

在对软弱围岩隧道进行开挖时，应该选择大尺度且开挖时少分布的方式进行。在传统的隧道施工中，多数都是多分布、每一次开挖的进度都较短，这样便造成循环的频率大，造成临时的支护多，使得工程变得复杂，最后导致施工工期延长。将预支护工作做好，在开挖时便可以减少分布，并将开挖的进尺度加大，这样可以减少开挖的循环次数，减少支护面施工，提高施工速度，极大地缩短工期，同时还可以降低施工的复杂程度。在对隧道进行施工时，简化施工步骤，提高施工安全是目前应该重视的研究方向。

4.增强管制

对隧道开展建筑过程中，因为其特殊具备的工作环境，因此在开展建筑时地区环境不好，工作空间不大，对建筑施工将产生一定的影响。因此在开展建筑过程中，要在保证顺利的建筑时间和速度的状态下，对建筑环节开展科学的布置，把每一个建筑程序进行质量监测。在运用设备的建筑环节中，充分使用设备的性能，进而提升项目建筑时间。并且还要开展建筑项目的安全监管，防止安全事故的出现。

六、结束语

通过对软弱地质围岩隧道施工工艺的相关研究，我们可以发现，该项工作的顺利开展有赖于对多想影响因素的掌控，有关人员应该从软弱地质围岩的客观实际情况出发，充分利用优势条件，研究制定最为符合实际的隧道孙施工工艺实施策略。

参考文献

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