軟弱圍巖隧道開挖支護(hù)施工過程分析

摘要：由于大部分地區(qū)的隧道都建立在特殊地形中，具有非常多干擾因素，比如地形險峻因素、地表面有軟弱殘留物、軟弱圍巖等。因為許多干擾的因素，從而影響了隧道工程施工的質(zhì)量以及隧道使用的安全性。根據(jù)隧道所處地區(qū)地質(zhì)的影響，在進(jìn)行隧道開挖工程施工中，要采用適當(dāng)?shù)拈_挖支護(hù)方法，保證隧道的質(zhì)量和安全性。巖石力學(xué)學(xué)會把強度低、風(fēng)化、破碎的巖層通稱為軟弱圍巖，在這種巖層中的隧道開挖稱為軟弱圍巖隧道。

關(guān)鍵詞：軟弱圍巖;隧道;開挖支護(hù)施工

跟隨隧道建設(shè)工程規(guī)模的漸漸擴(kuò)大，在城鄉(xiāng)建設(shè)、水電、交通礦山等等領(lǐng)域都會出現(xiàn)軟弱圍巖問題，尤其是我國西部大開發(fā)的策略實施開始，大量的交通、能源在國家西部慢慢建設(shè)起來，軟弱圍巖隧道開挖的支護(hù)施工越來越引起重視，是當(dāng)前急迫要解決的問題。軟弱圍巖施工過程中，要以巖石力學(xué)作為施工的原理基礎(chǔ)，再與圍巖承載力進(jìn)行科學(xué)的結(jié)合利用，在隧道開挖的過程中最大限度的保護(hù)圍巖不受到擾動破壞，最后就是讓圍巖稱為支護(hù)體系的一部分。

一、軟弱圍巖隧道施工的現(xiàn)狀和發(fā)展方向

（一）軟弱圍巖施工的現(xiàn)狀

隧道是存在于復(fù)雜地形下的建設(shè)工程，是結(jié)合了天然的地質(zhì)形態(tài)和人工開挖技術(shù)而形成的，因為隧道所處的環(huán)境不同，圍巖的種類和穩(wěn)定性也不相同，所以采用的開挖支護(hù)方法也不一樣。

常用的軟弱圍巖隧道開挖方法基本有五種，有臺階法、臺階分布部開挖法、導(dǎo)坑法、單側(cè)和雙側(cè)壁導(dǎo)坑法。臺階開挖方法適合IV～I(xiàn)I類圍巖，能夠?qū)浫鯂鷰r的施工更加完善從而降低翻渣量。臺階分部開挖方法適合III～I(xiàn)I類圍巖，環(huán)形開挖進(jìn)尺的距離大概在0.5～1.5m之間最佳[1]。導(dǎo)坑法適用于圍巖質(zhì)量較差從而隧道需要控制支撐的工程，支護(hù)的方式一般采用錨網(wǎng)噴、錨噴架、鋼架支護(hù)和鋼筋混凝土支護(hù)等方法。

（二）軟弱圍巖隧道施工的發(fā)展方向

根據(jù)目前我國的圍巖施工工程存在的問題，要采取積極的措施進(jìn)行完善。對圍巖進(jìn)行改善是隧道施工的基礎(chǔ)，因此要堅持愛護(hù)圍巖和動態(tài)施工的理念。因為圍巖是隧道的主要組成部分，所以要愛護(hù)圍巖，在隧道施工過程中最大能力的保護(hù)圍巖。所謂動態(tài)施工就是說索道施工方法因為不斷變化的地質(zhì)和力學(xué)變化進(jìn)行同步的改變。在軟弱圍巖隧道開挖支護(hù)工程中，從原來單一的支護(hù)方式轉(zhuǎn)變?yōu)槎鄬哟蔚?、?lián)合支護(hù)方式，發(fā)展一系列支護(hù)技術(shù)，尤其是近幾年發(fā)展的預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)，如今預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)已經(jīng)是軟弱圍巖隧道開挖支護(hù)技術(shù)中重要的技術(shù)之一，預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)能夠把深程度圍巖的強度和淺部支護(hù)巖體結(jié)合共同發(fā)揮作用，以此來保證隧道的穩(wěn)定性，該技術(shù)將是未來支護(hù)技術(shù)中的主導(dǎo)技術(shù)[2]。

二、影響圍巖隧道穩(wěn)定性的因素

（一）地質(zhì)因素對軟弱圍巖的影響

1、巖性。在進(jìn)行軟弱圍巖隧道施工的時候，要先對該地區(qū)的圍巖類型和巖石類型進(jìn)行勘察分析，有一個準(zhǔn)確的了解，對巖性的判斷可以直接了解面臨的是什么樣巖石力學(xué)的問題，從而采取正確的措施。同時，通過對巖性的認(rèn)識可知性還能判斷出一些與自然特征相關(guān)的因素。

2、巖性結(jié)構(gòu)和裂隙。巖石強度一般情況下，是受地質(zhì)結(jié)構(gòu)不斷運動形成的結(jié)構(gòu)面所控制，裂隙部位分部均不同，因為裂隙的分布不均從而會對圍巖帶來不穩(wěn)定的危害，當(dāng)裂隙角大于30°的時候，走向與隧道軸線交角小于45°的時候，就會出現(xiàn)危險。巖石在裂隙不斷增加的情況下，因為裂隙而形成的結(jié)構(gòu)塊是影響地下工程不穩(wěn)定的重要因素[3]。

3、特殊地質(zhì)。隧道建設(shè)經(jīng)常會建立在險峻的地形上，所處位置可能會穿過破碎帶、強化風(fēng)帶、巖溶等地方，為施工帶來困難同時隧道的穩(wěn)定性受到極大的影響，很難盡心隧道維護(hù)，這種地形下的地下水的活動劇烈，有明顯的低壓現(xiàn)象，周圍的圍巖結(jié)構(gòu)都屬于松軟易破碎型。

（二）地應(yīng)力對軟弱圍巖的影響

軟弱圍巖隧道失去穩(wěn)定性，主要原因就因為隧道在開挖施工中應(yīng)力重超過了圍巖強度，從而圍巖變形引起的。但是不是所有的應(yīng)力重都會產(chǎn)生危險因素，要根據(jù)應(yīng)力場的方向和量值以及其性質(zhì)判斷。地應(yīng)力主要包括自重應(yīng)力和構(gòu)建運動中產(chǎn)生的殘留應(yīng)力兩種，對隧道穩(wěn)定性的影響，主要辨別方式就是調(diào)查其最大主應(yīng)力和最小主應(yīng)力之間的差值，主應(yīng)力的大小方向和構(gòu)成特征等因素決定的。

（三）巖體力學(xué)性質(zhì)的影響

巖體的穩(wěn)定性，是通過巖體強度和變形特征與圍巖二次應(yīng)力相互作用決定的，如果巖體強度和變形特征強于圍巖二次應(yīng)力，那么巖體就穩(wěn)定，如果巖體強度和變形若愚圍巖二次應(yīng)力，那么巖體就會不穩(wěn)定。

（四）工程因素影響

1、隧道方位的影響。當(dāng)隧道縱軸線接近最大的主應(yīng)力方向的時候，動力受到的垂直壓力就會增大，從而對圍巖產(chǎn)生影響使其失去穩(wěn)定性。當(dāng)隧道的縱軸線平行與主應(yīng)力方向的時候，就會使圍巖鞏固其穩(wěn)定性增強[4]。

2、隧道斷面形狀的影響。隧道斷面為矩形的時候易促進(jìn)應(yīng)力集中，隧道斷面為圓形的時候卻不會促進(jìn)應(yīng)力集中，隧道斷面呈現(xiàn)矩形或者橢圓形時，有長短軸保證能適應(yīng)應(yīng)力場兩個主應(yīng)力值之間的比例。

3、隧道開挖的影響。如果對軟巖大斷面隧道采取全斷面的開挖工作，會造成還來不及進(jìn)行支護(hù)施工，隧道就出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象，所以一般面對這種情況采取的方法是分部開挖。在軟弱圍巖隧道工程中使用機械開挖比爆破的方法不易影響到圍巖，能夠幫助圍巖維持穩(wěn)定性。

（五）地下水對軟弱圍巖的影響

地下水對軟弱圍巖也有一定的影響和作用，其帶來的作用有兩個方面，一個是力學(xué)作用，一個是物理化學(xué)作用，其中力學(xué)作用又分為兩個方面，一個是靜水壓力作用，另一個是動水壓力作用[5]。在對含水層的土地進(jìn)行開挖施工的時候，第一個受到影響的就是軟弱圍巖。地下水流出增加了與泥質(zhì)軟弱圍巖的接觸，是圍巖中的易膨脹物發(fā)生嚴(yán)重膨脹，從而導(dǎo)致軟巖進(jìn)入粘流狀態(tài)。

三、軟弱圍巖隧道開挖支護(hù)施工

（一）對隧道地表水的處理

首先組織現(xiàn)場的測量和勘察，把設(shè)計圖紙與現(xiàn)場的實際情況合理結(jié)合，做好隧道地表橫縱斷面的測量工作，了解隧道的實際深度，科學(xué)的提出相應(yīng)的工作方案。其次就要做好隧道地表的排水工作，在邊坡外圍建立排水溝，把隧道地表的水通過攔截匯流到槽后排出洞口。

（二）做好隧道防坍塌工作

1、開挖措施。在進(jìn)行隧道開挖工作的時候一般使用小型的機械，能夠保證不對圍巖造成過大的影響，循環(huán)進(jìn)尺要嚴(yán)格的控制按照要求進(jìn)行，隧道的斷面過大，可以通過分段開挖的方式，把大斷面變?yōu)樾】鐢嗝妫ＷC圍巖的安全和穩(wěn)定性，減少隧道坍塌幾率[6]。

2、支護(hù)措施。隧道開挖基本成形后，要進(jìn)行初步支護(hù)，為后來的工作打好基礎(chǔ)，然后再有序的一步步做好后續(xù)工作。尤其是特殊的地段，要采取一些特殊的措施，強化支護(hù)保證巖體的穩(wěn)定性。然后就要加強對地面和隧道洞內(nèi)的監(jiān)測，采取數(shù)字化管理的手段，初步支護(hù)完成以后，要測量拱頂下沉以及拱腰的收斂情況，通過一系列的檢查和分析，發(fā)現(xiàn)異常要立即采取加強支護(hù)措施，避免隧道局部出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象。

結(jié)語

在隧道施工過程中，要探查該地區(qū)的圍巖性質(zhì)，積極的進(jìn)行測量工作，進(jìn)行嚴(yán)密的理論分析，設(shè)計科學(xué)的施工方案，并且根據(jù)設(shè)計圖紙進(jìn)行現(xiàn)場復(fù)查，及時修改支護(hù)參數(shù)，能有效的防止隧道坍塌的情況。有利于施工的進(jìn)度和質(zhì)量。所以對軟弱圍巖隧道開挖支護(hù)施工進(jìn)行合理的優(yōu)化，注意在施工中常出現(xiàn)的問題，能夠較高的控制隧道工程質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

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[4]吳君.大斷面軟弱圍巖隧道開挖支護(hù)模擬分析[J].鐵道建筑技術(shù)，2014，（2）：40-42.

[5]王恒偉.軟弱圍巖隧道長管棚超前支護(hù)施工技術(shù)研究[J].建材與裝飾，2013，（24）：305-306.

[6]王先平.高速鐵路富水淺埋軟弱圍巖綜合施工技術(shù)[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2011，（17）：95-97.