大斷面隧道軟弱圍巖的施工技術敘述

葉兵

摘 要：伴隨著我國的鐵路事業(yè)的快速發(fā)展，我國在客運線路及高鐵線路的建設也隨之擴大起來，在這些鐵路的建設中，有大量的大型斷面隧道，大部分的大型斷面隧道的始挖斷面面積超過了150平方米，還有的斷面面積超過200平方米。針對這些大型的斷面隧道，在施工過程中的難點在于，隧道的軟弱破碎圍巖，如何處理這些軟弱破碎圍巖就是文章所要著重講述的內容。

關鍵詞：大斷面隧道；軟弱破碎圍巖；力學特性

當前，我國的經濟得以快速發(fā)展，一個重要的原因不能夠被忽視，那就是我國的交通建設，尤其是基礎建設方面，在客運線路及高鐵線路的建設上，都是投入了巨大的財力及物力，我國在這方面的建設已然走入了發(fā)展的快車道。在建設高鐵的過程中，對于高鐵的線路地形有著非常高的要求。所以近些年中，在偏遠山區(qū)的高鐵施工中，橋梁隧道在高鐵建設的全線施工中所占據的比例越來越大，在高鐵建設中的地位也越來越高。200至250km/h的速度范圍是現行的高鐵運行中的一個標配速度，高鐵在橋梁隧道的內部行進的過程中，就會產生一些物理學上的動力，在此我們稱為空氣動力。為了克服這一動力對于高鐵本身，或是橋梁隧道本身帶來的沖擊，我們在建設高鐵時，通常使用雙隧道的施工技術，這樣就導致了在高鐵建設的線路上，大斷面的隧道不斷地出現，而且隧道的凈面積都在100平方米以上，一般情況下，隧道開挖時的面積都會達到150平方米以上。但是在軟弱破碎圍巖的地質施工中，大斷面的隧道施工難度還是很大的，在以前的高鐵隧道施工中，我們都是應用的比較傳統(tǒng)的礦山施工法進行修建高鐵施工，但是隨著現在高鐵隧道施工的凈面積的不斷增大，礦山施工法對于處理軟弱破碎圍巖的地質的缺陷就顯現得較為突出，這種施工方法無法解決軟弱圍巖的變形時間問題。文章就詳細講述一下新型針對軟弱圍巖的隧道施工技術。

1 高鐵施工中的針對軟弱破碎圍巖地質的隧道的開挖技術

針對于軟弱破碎圍巖地質的隧道在開挖技術上有以下幾種技術方法可以在施工中采用：（1）隧道開挖臺階法；（2）隧道開挖預留核心土環(huán)形方式的開挖法；（3）隧道開挖CD法；（4）隧道開挖CRD法；（5）隧道開挖的雙側壁導坑法。這五種軟弱破碎圍巖的地質的隧道開挖的技術方法主要原理就是對小斷面進行支護并且封閉，來增加高鐵隧道的穩(wěn)定能力。這幾種方法雖然在高鐵隧道的穩(wěn)定性方面具有幫助，但是，這幾種方法也在很大程度上限制了較大型的隧道施工設備的應用，就會使整個高鐵的隧道施工工期變長，進度變慢，施工的安全也得不到相應的保障。一旦碰到隧道過深的施工條件，隧道的變形就得不到有效的控制，高鐵的施工質量就得不到保障。在高鐵隧道施工中，也不要完全為了滿足安全施工的要求，而使用較多，甚至是過多的支護來進行高鐵隧道施工，這樣，就會無限期地延長隧道施工工期，而且在施工支護時，也較容易出現安全事故，所以要特別注意這一點。

當前在礦山行業(yè)當中，對于軟弱破碎圍巖的討論和研究還是比較多的，但是在高鐵的隧道施工中這方面的討論研究就會比較少了。礦山中的隧道研究和高鐵中的隧道研究完全不一樣，礦山的隧道的斷面是小斷面隧道，而且運行使用的時間也會比較短，帶有臨時的性質，對于隧道的彎曲變形的控制的要求比較低；相比較而言，高鐵的隧道則完全相反，高鐵的隧道的斷面是大斷面隧道，而且運行使用的時間很長，帶有永久使用的性質，對于隧道的彎曲變形的控制的要求非常高。兩種隧道的區(qū)別就決定了在研究過程中的側重點的不同，我國經過引進先進技術的方式已經成功的在高鐵隧道的施工中，有了一些成功的施工經驗，但是在軟弱破碎圍巖地質的大隧道的施工技術，還是一個空白的狀態(tài)。

2 簡單敘述軟弱破碎圍巖的種類并分析其力學性能

軟弱破碎圍巖通常情況下分為兩種類型，一種是地質破碎軟巖，另一種是工程破碎軟巖。地質破碎軟巖具有：（1）強度較低；（2）孔隙較大；（3）膠結度較差；（4）易受到構造曲面的風化及人工切割影響等特點，地質破碎巖石是一種含有較多量的粘性礦物質的巖層。

工程破碎軟巖具有：（1）容易受到工程力的影響而發(fā)生塑性變形；（2）巖層軟，松，弱等特點。在工程破碎軟巖中，我們要求的是工程破碎軟巖的強度要與施工的工程載荷相適應。工程載荷的大小和軟巖的巖層強度就決定了破碎軟巖的相對性質；在施工載荷一定的情況下，巖體的強度高于工程載荷的巖石我們成為硬巖；巖體的強度低于工程載荷的巖石我們成為軟巖。

軟弱破碎圍巖的力學特性大致體現為：（1）軟弱破碎圍巖的結構互相交織；（2）軟弱破碎圍巖分布隨機；（3）軟弱破碎圍巖并沒有很明確的方向特性；（4）整體的抗壓強度不高；（5）開挖后的穩(wěn)定性較差等。我們如果從巖層的總體布置上來看，巖層會顯示出它的彈性塑性的特質，這種彈性塑性的特質會在巖體因為外應力的存在而造成巖體損壞時，給巖體的變形一個塑性強度，達到保護巖層的目的。

3 分析軟弱破碎圍巖的地質特點

一般來說，軟弱破碎圍巖的地質特點有兩個：第一個是它的地質特性；另一個是它的工程特性，下面依次來敘述一下。

3.1 軟弱破碎圍巖的地質特性

軟弱破碎圍巖指的是殘破積土。具體方面有荷塘的積淤，沖積層、人工填土層，黃土等。軟弱破碎圍巖有以下特點：（1）由于內摩擦的角度偏小，導致了圍巖的粘聚力不足，偏弱；（2）較容易出現流滑變形，蠕變現象，膨脹擴張問題等不穩(wěn)定的情況。軟弱破碎圍巖在不同區(qū)域會出現不同的特性，在南方和北方的這種圍巖也具有各自的特點。北方的軟弱破碎圍巖受到北方干燥氣候的影響，含水量較低，容易吸收水分，使圍巖出現固態(tài)移動現象，因此，北方的軟弱破碎圍巖在隧道施工中容易出現崩塌的現場，在施工中，比較危險；而南方的軟弱破碎圍巖受到南方多雨氣候的影響，含水量較高，在施工中，吸水性小，不容易出現崩塌事故，這主要是由于南方的軟弱破碎圍巖本身就存在固體流動性。

3.2 軟弱破碎圍巖的工程特性

在施工的工程中，我們一方面要結合當地軟弱破碎圍巖的特性，另一方面還要結合高鐵隧道的本身的特點，否則在施工過程中容易出現問題。在高鐵工程施工中要注意以下四個問題。（1）基于上面的敘述，我們知道軟弱破碎圍巖的穩(wěn)定性能不夠，容易出現坍塌事故，這樣就會給工程的進度造成影響，因為由于圍巖的不穩(wěn)定性，導致在施工過程中不易形成仰坡。一旦在加固洞口的過程中出現下沉，那么就極容易出現洞口的安全事故。（2）因為軟弱破碎圍巖在擾動后的自身穩(wěn)定能力比較差，這樣就會在自身穩(wěn)定上花費比較多的時間，造成了工程工期延長，影響施工的進度。（3）由于大多數的高鐵隧道施工都處在地形比較復雜的地方，很多施工的地形需要探測一次以上，這樣就會使得在隧道設計時，設計參數發(fā)生改變，給工程的施工帶來了不確定的更改因素，影響了隧道工程的施工。（4）當高鐵隧道在施工過程中遇到軟弱破碎圍巖的地質時，隧道的施工的危險就會加大至少一倍以上的系數，這樣就給現場的施工人員或者管理人員帶來了人身安全的影響，也給施工的質量帶來了影響。

4 結束語

針對這些大型的斷面隧道，在施工的過程中的難點在于，隧道的軟弱破碎圍巖，我們應該熟悉各種地質的特點，根據它們的特點來施工，保證施工的安全、可靠。

參考文獻

[1]張延新，蔡美峰，喬蘭，等.高速公路隧道開挖與支護力學行為研究[J].巖石力學與工程學報，2006，25（6）：1284-1289.

[2]萬明富.超大跨公路隧道開挖力學行為研究[D].沈陽：東北大學，2009.

[3]魏立.大斷面隧道軟弱圍巖單側變形控制施工技術[J].山西建筑，2010（35）.