公路隧道軟巖變形原因分析及施工處理技術(shù)研究

文/李金武

1 前言

在公路隧道建設(shè)中，巖石會(huì)因?yàn)榈刭|(zhì)作用的影響而風(fēng)化破碎剝落，強(qiáng)度和穩(wěn)定性會(huì)相對(duì)變得很低，對(duì)于這些受到風(fēng)化作用影響到的巖石，當(dāng)對(duì)其施加荷載以后，巖石由于強(qiáng)度不足就會(huì)導(dǎo)致變形的產(chǎn)生。在施工過程中，相關(guān)工作人員不但要做好隧道施工環(huán)節(jié)，還應(yīng)當(dāng)將注意力放在支護(hù)上面，保證巖石的強(qiáng)度在正常范圍之內(nèi)。同時(shí)要做好監(jiān)測(cè)工作，這樣才能進(jìn)一步降低巖石的風(fēng)化變形速度；如果已經(jīng)出現(xiàn)風(fēng)化現(xiàn)象，相關(guān)工作人員需要立即處理，查明原因，避免風(fēng)化進(jìn)一步擴(kuò)大導(dǎo)致其他災(zāi)害類型發(fā)生。

2 公路隧道設(shè)計(jì)方案

2.1 平面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

公路隧道設(shè)計(jì)方案涵蓋的內(nèi)容眾多，平面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是其中一個(gè)重要方面。而在平面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之中應(yīng)當(dāng)多使用直線結(jié)構(gòu)，少用曲線結(jié)構(gòu)。如果遇到不良地形必須使用曲線結(jié)構(gòu)時(shí)，相關(guān)設(shè)計(jì)人員需要注意曲線結(jié)構(gòu)的半徑應(yīng)當(dāng)足夠大，這樣才能保證公路隧道結(jié)構(gòu)施工進(jìn)行。除此之外，在進(jìn)行公路隧道方案的設(shè)計(jì)過程中，工作人員應(yīng)當(dāng)適當(dāng)考慮一些其他因素，例如結(jié)構(gòu)引導(dǎo)線、通風(fēng)井、隧道口的實(shí)際位置等因素。在進(jìn)行平面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，相關(guān)設(shè)計(jì)人員還應(yīng)當(dāng)確保隧道結(jié)構(gòu)的交叉性；如果在建設(shè)的過程中，會(huì)與其他建筑類型產(chǎn)生沖突，相關(guān)人員需要做好相應(yīng)的解決方案，例如預(yù)留安全距離等等。

2.2 隧道凈空設(shè)計(jì)

所謂的隧道凈空設(shè)計(jì)，指的是隧道內(nèi)部輪廓線包圍的內(nèi)部所有空間。因此，相關(guān)工作人員在進(jìn)行隧道凈空設(shè)計(jì)的工作過程中，需要測(cè)量好整個(gè)隧道的整體高度和寬度，根據(jù)使用情況來確定隧道凈空。一般來說，隧道的寬度主要受到該條高速公路的車流量大小影響，根據(jù)具體的車流量數(shù)據(jù)來確定隧道的寬度；除此之外，還需要參考其他因素，例如隧道建設(shè)的過程中所涉及的水文地質(zhì)條件、圍巖基礎(chǔ)壓力、施工復(fù)雜程度等一系列因素，綜合考慮諸多因素最終確定隧道的凈空，滿足道路車輛的正常通行。

3 公路隧道軟巖變形原因

3.1 地質(zhì)因素

公路隧道軟巖變形的原因眾多，地質(zhì)因素是其中的重要因素之一。相關(guān)工作人員在進(jìn)行隧道工程的建設(shè)過程中，需要進(jìn)行實(shí)地勘察，對(duì)于隧道結(jié)構(gòu)的特殊性要進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量，保證隧道設(shè)計(jì)方案的可行性。在工程建設(shè)初期，施工人員開挖之后就會(huì)影響到建設(shè)區(qū)域的水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)條件，如果沒有事先做好勘查工作，那么可能會(huì)出現(xiàn)突涌水現(xiàn)象，嚴(yán)重的可能造成水土損失嚴(yán)重。而在建設(shè)工程開展后期，爆破時(shí)會(huì)帶來巨大的能量，從而破壞到整個(gè)圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定程度；從工程地質(zhì)方面來看，爆破后的建設(shè)區(qū)域就會(huì)演變成褶皺結(jié)構(gòu)，褶皺結(jié)構(gòu)的存在會(huì)導(dǎo)致該區(qū)域地基承載力不足，土質(zhì)會(huì)產(chǎn)生一定的變化，同時(shí)受到強(qiáng)大的風(fēng)化作用，粉質(zhì)泥土巖石就會(huì)形成。而這種類型的巖石不具備良好的工程性能，其強(qiáng)度極差，整體性也不佳，因此就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)巖石結(jié)構(gòu)的承載能力欠缺，不能夠滿足工程建設(shè)的需求。

3.2 支護(hù)結(jié)構(gòu)不合理

相關(guān)工作人員在進(jìn)行隧道工程建設(shè)的工作過程中，如果遇到建設(shè)區(qū)域地質(zhì)結(jié)構(gòu)的巖層中風(fēng)化巖石較多，就會(huì)導(dǎo)致薄層結(jié)構(gòu)構(gòu)造出現(xiàn)。而在實(shí)際的工程建設(shè)過程中，該種結(jié)構(gòu)較為脆弱，一旦出現(xiàn)就會(huì)造成拱頂位置產(chǎn)生一定數(shù)量的夾層；但隧道結(jié)構(gòu)中拱頂位置一般含有一定的水源，該種現(xiàn)象的存在會(huì)導(dǎo)致地下水對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的破壞。相關(guān)工作人員在遇到這些突發(fā)情況時(shí)，應(yīng)當(dāng)加大監(jiān)測(cè)力度，一旦發(fā)現(xiàn)問題立即處理；還應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際情況來調(diào)整相應(yīng)的支護(hù)參數(shù)，具體參數(shù)的設(shè)定需要參考圍巖實(shí)際情況，并且根據(jù)后期風(fēng)化侵蝕以及水損害的情況來加強(qiáng)拱架結(jié)構(gòu)剛度；這樣才能進(jìn)一步地提升整個(gè)隧道結(jié)構(gòu)的支護(hù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，從而提升穩(wěn)定性，保證施工安全，提升施工水平。

3.3 地下水因素

在隧道的施工建設(shè)過程中，地下水的存在也是導(dǎo)致軟巖變形產(chǎn)生的主要原因之一。相關(guān)工作人員在挖掘掌子面地下水的過程中，就會(huì)導(dǎo)致隧道拱頂出現(xiàn)股狀水流，這在一定程度上也會(huì)影響到隧道結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。如果隧道結(jié)構(gòu)中某個(gè)位置的含水量較大的話，地下水活動(dòng)加強(qiáng)，經(jīng)過時(shí)間的積累，就會(huì)改變巖石結(jié)構(gòu)的巖性，巖石會(huì)轉(zhuǎn)變成強(qiáng)風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖。這種巖石的強(qiáng)度較低，不適合施工，因此其支護(hù)強(qiáng)度不高，最終會(huì)導(dǎo)致整個(gè)隧道拱架產(chǎn)生一定程度的變形[1]。

4 公路隧道軟巖變形施工技術(shù)處理對(duì)策

4.1 二次襯砌開裂處理

相關(guān)工作人員在進(jìn)行二次襯砌開裂處理的工作過程中，需要經(jīng)歷以下幾個(gè)步驟：

第一步，需要設(shè)置好臨時(shí)支撐裝置，這樣才能保證施工順利進(jìn)行。相關(guān)工作人員在完成該項(xiàng)工作以后，還要進(jìn)一步檢查其穩(wěn)定性，只有在檢查通過以后才能進(jìn)行下一步的操作，如果檢查沒有通過還需要調(diào)整臨時(shí)支撐的參數(shù)再進(jìn)行檢查，直到滿足條件為止。

第二步，在完成臨時(shí)支撐的設(shè)置以后，相關(guān)工作人員需要進(jìn)行加固處理。沿著小的導(dǎo)管進(jìn)行注漿，等注漿后再進(jìn)一步加固。使用的導(dǎo)管尺寸一般為直徑×壁厚×整體長度=42mm×4mm×4500mm，在滿足這一條件之后，再進(jìn)行注漿材料的配置。配置的過程中，要滿足相關(guān)配合比的要求，即水泥和水的比例為1∶1，再攪拌均勻之后進(jìn)行使用。

第三步，相關(guān)工作人員要加固雙排注漿鋼管樁，加固的過程中要按照相關(guān)要求進(jìn)行加固，每隔1m 放置一根鋼管樁，放置好以后，需要將水泥漿灌入各個(gè)鋼管樁之內(nèi)。這時(shí)需要利用到注漿設(shè)備，根據(jù)實(shí)際狀況對(duì)注漿設(shè)備進(jìn)行一定的參數(shù)調(diào)整，控制初始和終止注漿壓力分別為1.0MPa 和2.0MPa，直至填滿整個(gè)鋼管柱。

第四步，相關(guān)工作人員在完成注漿工作之后，可以利用監(jiān)控來觀察圍巖變形是否穩(wěn)定在一定的范圍之內(nèi)，只有在其穩(wěn)定之后才能進(jìn)行后續(xù)的操作。在確保圍巖變形穩(wěn)定以后，對(duì)經(jīng)過二次襯砌開裂的結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)考慮進(jìn)行拆除，再進(jìn)行初支施工與二襯施工操作，保證隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。而對(duì)于那些裂縫較少但存在一定數(shù)量輕微裂縫的結(jié)構(gòu)，相關(guān)工作人員需要進(jìn)行一定的評(píng)估，如果這些裂縫不會(huì)影響到隧道結(jié)構(gòu)的承載能力，相關(guān)工作人員可以對(duì)其進(jìn)行灌漿，將裂縫填平以后即可。

4.2 仰拱開裂處理

對(duì)于公路隧道結(jié)構(gòu)中仰拱位置產(chǎn)生的裂縫，相關(guān)工作人員可以根據(jù)具體的情況進(jìn)行處理，一般來說，仰拱開裂處理方式可以分為三種。

第一種，相關(guān)工作人員如果在隧道的仰拱底部發(fā)現(xiàn)一定數(shù)量的干裂縫的話，可以采用基底注漿這一方式進(jìn)行裂縫的加固。一般來說，隧道仰拱底部含有的地下水資源較為豐富，由于受到地下水活動(dòng)的影響，仰拱底部的承載能力相對(duì)來說較差，其穩(wěn)定程度無法達(dá)到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，這就會(huì)導(dǎo)致不均勻沉降的產(chǎn)生，進(jìn)一步發(fā)展成裂縫，如果不處理這些裂縫就會(huì)帶來不良影響。在進(jìn)行注漿加固處理以后，相關(guān)工作人員還應(yīng)當(dāng)做好動(dòng)態(tài)監(jiān)控工作，保證裂縫能夠得到一定的控制[2]。

第二種，相關(guān)工作人員如果在隧道的拱腳發(fā)現(xiàn)不均勻沉降的現(xiàn)象出現(xiàn)，可以采用拱腳注漿這一方式進(jìn)行不均勻沉降的加固處理。由于隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)地下水活動(dòng)比較強(qiáng)烈，這就導(dǎo)致拱腳在水中經(jīng)過長時(shí)間的浸泡以后，虛渣就會(huì)產(chǎn)生，拱腳也會(huì)出現(xiàn)軟化現(xiàn)象，這就降低了承載能力，不利于后期隧道結(jié)構(gòu)工程施工的進(jìn)行。相關(guān)工作人員發(fā)現(xiàn)了不均勻沉降以后，需要立即進(jìn)行處理，可以先檢測(cè)拱腳裂縫的寬度和數(shù)量，如果發(fā)現(xiàn)裂縫會(huì)進(jìn)一步發(fā)展，則立即對(duì)其進(jìn)行注漿加固。當(dāng)注漿到一定程度以后，工作人員需要對(duì)拱腳的浸泡進(jìn)行處理，在處理過程中可以采用降水及防滲技術(shù)，保證其穩(wěn)定度和密實(shí)性。

第三種，相關(guān)工作人員如果在隧道的仰拱局部發(fā)現(xiàn)輕微裂縫的現(xiàn)象出現(xiàn)，可以采用仰拱填充層設(shè)置鋼筋網(wǎng)這一方式進(jìn)行加固處理。在處置之前，相關(guān)工作人員應(yīng)當(dāng)通過監(jiān)測(cè)儀對(duì)裂縫進(jìn)行觀察并且記錄裂縫發(fā)展情況。如果發(fā)現(xiàn)這些裂縫沒有進(jìn)一步發(fā)展并且不會(huì)影響到隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性時(shí)，可以設(shè)置一定數(shù)量的鋼筋網(wǎng)片來穩(wěn)定裂縫。

5 結(jié)語

根據(jù)以上所述，而在實(shí)際的公路隧道建設(shè)過程中，會(huì)遇到許多問題，尤其是不良地質(zhì)的影響作用最大，例如軟巖變形的影響，這在一定程度上增加了施工難度。因此，對(duì)于相關(guān)工作人員來說，在進(jìn)行公路隧道的建設(shè)施工過程中，需要做好支護(hù)工作，提升隧道結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。除此之外，還要加大監(jiān)督力度，對(duì)隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)部建立健全動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)體系，保證問題發(fā)生時(shí)能夠盡早發(fā)現(xiàn)并且得到處理，避免問題嚴(yán)重化帶來其他一系列的問題。只有認(rèn)真對(duì)待軟巖變形問題，才能保證公路隧道施工安全，不斷提升施工質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)化發(fā)展。