公路隧道軟弱圍巖開挖方法研究

楊 永 生

(山西運城路橋有限公司，山西 運城 044000)

公路隧道軟弱圍巖開挖方法研究

楊 永 生

(山西運城路橋有限公司，山西 運城 044000)

以公路隧道工程項目作為研究對象，對軟弱圍巖安全風(fēng)險進行了介紹，并闡述了軟弱圍巖的開挖方法，分析了不同開挖方法的特點，在此基礎(chǔ)上，充分考慮施工環(huán)境與條件，有利于科學(xué)合理地選擇出最佳方案。

公路，隧道，軟弱圍巖，開挖方法

基于當(dāng)前交通建設(shè)體系的發(fā)展，有效地促進了公路建設(shè)事業(yè)的進步，同時也提高了公路施工的標(biāo)準(zhǔn)與要求。隨著建設(shè)規(guī)模的不斷擴大，公路隧道施工也開始面臨極為復(fù)雜的環(huán)境以及地質(zhì)條件。而軟弱圍巖在隧道工程施工作業(yè)中十分常見，施工難度相對較大，一定程度上提高了危險程度，所以，有必要對軟弱圍巖的特征予以深入地了解，進而實現(xiàn)效率的有效提升并降低安全風(fēng)險，為公路隧道工程項目的開展奠定了堅實的基礎(chǔ)。

1 軟弱圍巖安全風(fēng)險源概述

1.1 淺埋與偏壓因素

如果公路隧道工程位于淺埋地段，則成拱的難度相對較大，若未采取相應(yīng)的措施，那么就會導(dǎo)致該地段的軟弱圍巖出現(xiàn)局部的坍塌。另外，對于隧道偏壓段，其支護結(jié)構(gòu)也很容易受偏壓荷載的不利影響，最終在初期支護的時候引發(fā)錯臺亦或是縱向出現(xiàn)開裂，甚至還會引發(fā)塌方的情況。

1.2 土質(zhì)因素

因軟弱圍巖自身的穩(wěn)定性薄弱且強度偏低，相比較于巖石隧道，其所承受荷載要更大。在這種情況下，如果初期支護的強度無法滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，則會形成嚴(yán)重的變形，甚至還會引發(fā)局部的塌方問題[1]。

1.3 大埋深軟巖因素

對于大埋深軟弱圍巖的地段，其本身的地應(yīng)力就很高，如果抗壓強度不高，那么在隧道開挖的時候就會導(dǎo)致洞壁巖體發(fā)生剝離，位移現(xiàn)象十分明顯，甚至還會延長變形的時間，與此同時，隧道的底部也同樣會出現(xiàn)隆起的情況。除此之外，若支護不充足，則會引發(fā)過度變形亦或是侵限的現(xiàn)象，甚至還會出現(xiàn)塌方的情況。

1.4 斷層破碎帶因素

如果斷層的上下兩盤出現(xiàn)相對運動則會導(dǎo)致斷層面附近的巖石嚴(yán)重破碎，通常會呈現(xiàn)出粉末狀與碎石狀，甚至還會形成斷層破碎帶。在這種情況下，自穩(wěn)定性相對較差，同時還會存在一定量的地下水。當(dāng)隧道穿越斷層破碎帶的時候，還會導(dǎo)致掌子面出現(xiàn)突泥亦或是突涌水等情況。

1.5 結(jié)構(gòu)面發(fā)育塊狀巖體因素

針對這種類型巖體，其單個強度與承載能力都相對較高，然而，對于結(jié)構(gòu)面發(fā)育則會受切割的影響。當(dāng)受到地下水共同作用的情況下，其整體的穩(wěn)定性更差，甚至個別巖體還會喪失穩(wěn)定性，最終引發(fā)大范圍的巖塊坍塌問題。

1.6 巖層接觸帶因素

對于接觸帶兩側(cè)不同巖層而言，其巖體的性質(zhì)存在一定的差異，與此同時還存在大量的地下水[2]。另外，在接觸帶的周邊還會出現(xiàn)風(fēng)化剝蝕層的發(fā)育情況。由于巖體較為松軟且處于破碎的狀態(tài)，因而當(dāng)隧道穿越接觸帶的情況下，還會導(dǎo)致掌子面的前方與上方出現(xiàn)坍塌或者是涌水等多種問題。

2 公路隧道軟弱圍巖的開挖方法解構(gòu)

以隧道施工角度展開探討與分析，在選擇施工方法的過程中，通常需要對隧道的長度、斷面的形狀、附近的環(huán)境以及地質(zhì)條件等多種因素展開全面分析與綜合衡量。下文將以大跨隧道工程項目為例，結(jié)合當(dāng)前既有施工技術(shù)，對軟弱圍巖中常見的開挖方法展開了相關(guān)研究。

2.1 中壁開挖方法

隧道工程處于軟弱圍巖中，當(dāng)期穿越淺埋段的時候，可以采用中壁開挖的方法。這種方法主要是對斷面進行縱向分割，同時斷面的面積不大，能夠保證掌子面具備良好的穩(wěn)定性能。在此基礎(chǔ)上，積極采取支護操作，進而對周邊松散的圍巖擴大松弛的范圍進行相應(yīng)的阻止。若存在變化幅度較大的地質(zhì)，還能夠保證中壁開挖方法當(dāng)中的CD法以及CRD法更好地與其他的方法相互轉(zhuǎn)換。

其中，CD開挖方法在大斷面分割中較為適用，而且使用的難度不大，工序也相對簡化，實際的造價并不高，為此在城市地下工程以及大型電站工程當(dāng)中的應(yīng)用十分廣泛，但是因為存有中壁，所以工作的空間并不大，難以與大型施工機械相適應(yīng)。

而CRD開挖方法則在淺埋且大跨度的地下工程中比較適用，最明顯的特點就是可以實現(xiàn)大斷面向小斷面的轉(zhuǎn)換目標(biāo)，如圖1所示。在此過程中，各環(huán)節(jié)都能夠被當(dāng)作完整受力體系，其結(jié)構(gòu)受力十分明確，不會形成明顯的變形，而且具有較高的安全性。在此基礎(chǔ)上，與超前支護進行配合，對進尺予以合理地控制并開展測量工作，綜合考慮測量結(jié)果，適當(dāng)?shù)卣{(diào)整進尺。通過實際測量的資料內(nèi)容可以了解到，CRD開挖方法的運用能夠降低接近50%的地表沉降[3]。如果施工措施較為嚴(yán)格且對施工細節(jié)的處理合理，那么即便在超淺埋大跨度的條件下應(yīng)用這一開挖方法，也同樣可以保證地表下沉不超35 mm，同時水平位移也能夠被控制在10 mm之內(nèi)。在開挖過程中，臨時橫撐和中壁墻是重點，然而在完成初期支護以后，就可以將其拆除，并不會產(chǎn)生較大的影響，而且還可以重復(fù)進行使用。

2.2 三臺階分步平行開挖方法

如圖2所示是三臺階分步開挖的方法，在軟硬圍巖相間的隧道中比較適用，而且對施工方法的調(diào)整時間并不長，能夠確保施工的進度，可以采用大型的機械，實際施工效率較高，而且施工的空間較大。這種開挖方法同樣可以在不同跨度斷面形式中使用，而且不需要拆除臨時支護，具有理想的經(jīng)濟性，能夠?qū)崿F(xiàn)諸多工作面爆破施工作業(yè)，實際帶來的擾動并不大。除此之外，初期支護也較為便捷，支護封閉成環(huán)也很便捷。

2.3 雙側(cè)導(dǎo)坑開挖方法

以某高速公路隧道工程為具體案例，該工程是獨立隧道，單洞長度是2 619 m，而軟弱圍巖的長度是869 m，所占比重是33%。山體本身呈扭曲的形態(tài)，巖性十分復(fù)雜，進出口都是擠壓性的斷層，圍巖也十分軟弱。在該隧道工程項目中選取了某地段開展試驗，初期支護是噴層混凝土，根據(jù)具體的規(guī)范，對錨桿作用進行充分考慮，圍巖與噴層的參數(shù)詳見表1。

表1 圍巖與噴層

根據(jù)不同開挖的方法進行分析，可以發(fā)現(xiàn)拱頂、仰拱以及邊墻位移的結(jié)果詳見表2。

表2 多種開挖方法的對比

在分析拱頂下沉和收斂的過程中可以發(fā)現(xiàn)，雙側(cè)小導(dǎo)坑的開挖方法變形和位移都不大，而單側(cè)導(dǎo)坑次之[4]。由變形情況分析，雙側(cè)小導(dǎo)坑位移是最小的，單側(cè)導(dǎo)坑次之。

從圍巖應(yīng)力的分布與大小分析，實際差別并不大，僅僅是全斷面方法中的拱腳部位壓應(yīng)力相對較大。

從表2中可以了解到，雙側(cè)小導(dǎo)坑位移是最小的，而其和單側(cè)導(dǎo)坑這兩種開挖方法，最大的位移數(shù)字化主要是由拱部首先開挖一側(cè)的位置形成的。

根據(jù)以上對比和比較可以總結(jié)出，雙側(cè)小導(dǎo)坑和單側(cè)導(dǎo)坑開挖方法具有明顯的優(yōu)勢，同時也具有極高的安全程度。

3 結(jié)語

在公路隧道工程項目開挖作業(yè)方面，可以選擇的開挖方法諸多，但是必須要充分考慮隧道的長度與斷面的形狀，同時還包括附近環(huán)境以及地質(zhì)條件等多種因素，以保證施工方法選擇的科學(xué)合理。如果是軟弱圍巖地段，還面臨諸多安全風(fēng)險因素，如果開挖方法和支護方案存在不合理之處，必然會引發(fā)安全事故。在這種情況下，對于軟弱圍巖地段的公路隧道施工，應(yīng)當(dāng)對諸多因素予以充分考慮，高度重視安全問題，選擇最理想的施工方案。

[1] 王濟鋒.公路隧道軟弱圍巖開挖方法研究[J].建材與裝飾,2016(30):238-239.

[2] 高 勇.不同結(jié)構(gòu)面傾角對深埋隧道開挖方法的影響規(guī)律研究[J].現(xiàn)代交通技術(shù),2015,12(6):54-58.

[3] 劉洪宇.穿越復(fù)雜地質(zhì)條件大斷面公路隧道綜合施工技術(shù)研究[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計,2016(8):187-188.

[4] 肖 毅.軟弱圍巖公路隧道開挖施工技術(shù)淺析[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計,2016(9):106.

Researchontheexcavationmethodofweaksurroundingrockofhighwaytunnel

YangYongsheng

(ShanxiYunchengRoadandBridgeLimitedCompany,Yuncheng044000,China)

Taking the highway tunnel engineering project as the research object, this paper introduced the safety risk source of weak surrounding rock, and elaborated the excavation method of weak surrounding rock, analyzed the characteristics of different excavation methods, based on basis, gave full consideration to the construction environment and condition, conducive to the scientific and rational selection of best scheme.

highway, tunnel, weak surrounding rock, excavation method

1009-6825(2017)23-0171-03

2017-06-04

楊永生(1980- )，男，工程師

U455.4

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