軟弱圍巖地質山區(qū)高速公路隧道施工技術及注意事項

常彥軍

(甘肅萬泰建設工程有限公司，甘肅 蘭州 730000)

1 工程概況

針對于本文涉及到的案例進行分析，該項目屬于山區(qū)高速公路隧道建設項目，單洞凈寬是15m，在隧道的兩側區(qū)域設置了專用的通道，為后續(xù)的建設提供便利條件，同時也讓運營過程中的檢修和作業(yè)更加靈活。對內(nèi)部輪廓進行設計的過程中，考慮到隧道凈空和橫斷面。其次在隧道建筑物的整體環(huán)境氛圍加以分析，如對軟弱范圍巖的實際地質狀態(tài)進行判斷，這對于施工水平較為嚴格，有必要針對性地加強和改善，提升隧道建筑物的工程質量[1]。

2 軟圍巖地質特征及形變特征

2.1 地質特征

這種軟體周圍巖石對巖體的沖擊強度很弱。根據(jù)目前我國境內(nèi)巖體設計工程的地質分級技術標準、巖土地質勘查工程技術標準規(guī)范，以及近年我國西部山區(qū)高速公路和穿山隧道主體設計工程技術標準規(guī)范的研究所得到的資料分析可知，軟質圍巖工程單軸最高抗壓沖擊能力的承載強度一般在30MPa以下，且整體軟圍巖一般容易長期遭到有較強構造重力運動的自然侵蝕和外力沖擊，使得主體節(jié)點處理、縫隙以及主體橫截面等斷面的基層結構可能發(fā)生較大變形，尤其是當基層結構主體表面內(nèi)部充滿大量軟質彈性材料時，極易對整體軟圍巖的自穩(wěn)性結構產(chǎn)生不良影響。此外，軟質圍巖的自然賦存條件環(huán)境相對來說較差，軟質圍巖通常被認為存在于地質適應力多變，以及豐富的土壤含水量的特殊地質自然條件中，較易遭受河川涌水或山體坍方等重大地質自然災害。

2.2 形變特征

2.2.1 形變量大

在隧道工程開挖后，軟圍巖的一個重要特點便是形成了明顯的塑型和形變，具體參數(shù)的變化情況。

2.2.2 形變速度快

當隧道開挖之后，堅硬圍巖在一個短暫的時間內(nèi)就已經(jīng)發(fā)生形變，就可以使它回升到一個穩(wěn)定狀態(tài)，即形變的速率相對較小，但是在軟圍巖開挖后，它的形變速率卻非常大，特別是在最初期的階段，其所形變的速率極高[2]。

2.2.3 形變持續(xù)時間長且縱向形變特征顯著

軟圍巖隧道開挖后，縱向的主體形變通常認為會直接表現(xiàn)為突出側墻拱頂發(fā)生沉降、側墻內(nèi)壁被擠壓等現(xiàn)象，所以其引發(fā)的橫向位移通常都認為是將其位移指向整個隧道主體開挖過程的中心或起點的一個方向。對于軟地質圍巖來說，在初期和最終侵蝕階段一旦發(fā)生地質蠕變或在速度相對較快的侵蝕情況下，它們的侵蝕持續(xù)時間也相對較長，且還必須具備明顯的地質蠕動和侵蝕形變變化特點。

2.2.4 擾動范圍廣

軟圍巖隧道周圍的一個塑形地帶會隨著建筑物施工步驟和過程的順序推進而逐漸增加和擴展，尤其是在支護措施不當或者是結構剛度較弱時，圍巖受到的擾動區(qū)域范圍就可能會變得更大，致使錨桿的長度不能夠到達一定的彈性地帶區(qū)，因此，往往會導致噴錨支護的作用失效。

3 力學參數(shù)分析

在仰拱中部區(qū)域主體隧洞支護以及拆除作業(yè)時，仰拱中部區(qū)域極易產(chǎn)生隧洞起鼓現(xiàn)象[3]。另外，不管是此處位于高層開挖建筑路線兩側邊界的左右側建筑地段，或者此處是相互之間對應的兩側高層拱腳建筑區(qū)域，二者都可能出現(xiàn)了一定的防水應力差和聚焦?jié)B漏現(xiàn)象。若基于這種單側仰拱壁法而未能及時的落實好仰拱施工，此時運用至開挖仰拱邊界右側接縫區(qū)域或者是均勻位置能夠產(chǎn)生明顯的橫向應力集中問題。在結構整體上加以分析，二襯局部受力盡管處于強度適宜的范圍內(nèi)，但是具體施工的時候，還是反映出異常的問題，需要及時的將防護工作落實到位。

4 數(shù)值模擬分析

4.1 理論模型概述

以仰拱隧道軟件周圍巖的具體地質環(huán)境、地理條件狀況作為隧道研究理論依據(jù)，構建起相對合理的隧道理論研究模型，涉及到計算方面的內(nèi)容，如隧道里程碑和樁號，實際計算的范圍大概是YK105+68—YK105+166，此次研究中獲取到的理論模型結論描述如下。在仰拱隧道主體中心方向軸線的兩個方向上分別設計選取了87m的仰拱隧道中心長度，以兩個孔洞徑作為設計參考，在其兩側的孔洞區(qū)域上采用延伸寬度顯示并得出了當時相比設計預測值3倍的仰拱隧道中心寬度，仰拱與兩個位于該理論模型底部之間的隧道中心軸線間距約75m(圖1)。

圖1 理論模型網(wǎng)格示意圖

4.2 計算模型分析

選取特定的模型側面加以分析，對于運動的方向加以約束，將底部區(qū)域情況進行分析，讓相應的位置設置為全部受到約束的形式，促使著上層邊界成為自由邊界。將現(xiàn)場勘察的情況作為參考的依據(jù)，詳細分析施工的計劃，對于上下兩臺階開挖方式加以判斷，確定基本的開挖順序。(1)首先需要對上臺階段的錨固層進行合理的判斷，明確基本的初襯深度，完成相應的修復。在厚度達到了1m的時候，應該測定錨固以及初襯深度，需要保證二者持平，不可出現(xiàn)一高一低的問題。(2)若是繼續(xù)上一臺階的開挖和下臺階的施工，在高度達到了10m的時候，應該及時的開展下臺階的開掘，這時上下臺階的距離可以達到10m左右。(3)在下臺階施工階段，高度如果達到了1m，方可落實好錨固及初襯處理。(4)仰拱施工高度在達到了20m的時候，應該及時的進行后續(xù)的二襯施工操作。

4.3 具體實施過程

在山區(qū)軟弱圍巖地質施工的過程中，土石方開挖技術能夠直接影響到整個工程的施工質量[4]。根據(jù)軟弱圍巖的實際情況，逐步的優(yōu)化相應的開挖技術，確保軟弱圍巖的安全系數(shù)穩(wěn)步的提升。因為地質相對特殊，所以可以考慮使用多臺階施工工藝。其次，采用兩臺階預留核心土法也是針對軟弱圍巖地區(qū)隧道施工過程中的有效技術工藝之一，這種施工技術有著十分廣泛的應用前景，并且在實際施工的過程中能夠真正發(fā)揮多臺階施工的基本優(yōu)勢，確保軟弱圍巖地質的擾動程度得到最大程度的降低，進而在安全、穩(wěn)定的狀態(tài)下進行施工。

4.3.1 土石方全斷面開挖

軟弱圍巖隧道工程施工環(huán)境條件較差，土石方開挖技術選擇直接影響著隧道工程的現(xiàn)場施工效果。鑒于此，施工方要組織技術人員全面研究軟弱圍巖，先在理論層面上開展分析，結合前期設計的施工方案，嚴格控制土石方開挖技術的應用，盡可能的將開挖操作時對軟弱圍巖造成的擾動程度降到最低，進而優(yōu)化軟弱圍巖土石方的現(xiàn)場開挖效果，降低施工活動中的不安全系數(shù)。如果現(xiàn)場施工時面對的是IV級與V級軟弱圍巖，可以選擇的土石方開挖技術主要包括如下三種。

(1)明挖施工

先按照設計圖紙，對洞口邊坡先削平處理，盡可能提前進行噴錨支護，采用分層、分段開挖方法，直至洞口邊坡開挖任務結束后，方可以進入到洞內(nèi)開挖工序中，采用從外至內(nèi)、從上到下的分臺階挖掘方法，在開挖階段也要認真做好排水工作。

(2)洞內(nèi)V類圍巖開挖

遵循微臺階、弱爆破、強支護等原則，以防因圍巖自穩(wěn)定性能力不足而引起大面積塌方等危險事故。通過鉆深孔作為降排水與超前地質預報手段；為規(guī)避發(fā)生洞內(nèi)塌方事件，建議以上過程中配合應用超前小導管注漿方法，其發(fā)揮的作用主要有兩點。一是超前支護；二是增強圍巖本體的穩(wěn)定性。針對洞內(nèi)的邊墻結構，施工方可以應用混凝土進行回填，以確保洞內(nèi)墻體結構有足夠強大的承載力。利用雙液注漿法進行封堵，適度增加噴錨的厚度值等[4]。

(3)洞內(nèi)IV類圍巖開挖

建議施工方采用斷面一次開挖或臺階法實現(xiàn)分步開挖。在挖掘土石方過程中，要督導現(xiàn)場工人嚴格控制開挖步距，這是優(yōu)化土石方開挖效果的有效方法之一，較好的滿足了隧道施工技術應用過程中對安全性提出的要求，也為后期地基支護施工活動開展奠定了基礎。

4.3.2 圍巖掘進

應從軟弱周邊地塊圍巖的實際施工情況入手，詳細的判斷主體物理結構特征和基本的化學性質，還需重點考慮軟弱周邊地塊圍巖的實際情況，提出可行性的掘進施工技術。對于爆破隧道圍巖加以分析的時候，應該考慮其具體的情況，還應該在全面分析其特征的同時，采用多孔掘進開挖作業(yè)模式，也可考慮多技術聯(lián)合手段，運用對應的變形控制舉措，使之完全處于隧道建設工程允許的深度范圍，確保軟弱圍巖活動強度得到保障，同時還能保持理想的穩(wěn)定性。

4.3.3 超前支護

鋼架超前支護管棚以及超前小導管具體施工的時候，應該結合項目的具體情況進行分析，操作過程中應該考慮基本的規(guī)范，避免因為一些細節(jié)問題影響到項目整體穩(wěn)定性。鋼架等多種材料的使用，使得軟弱圍巖的強度明顯提升，相應的質量也得到了保障，盡管是在較為復雜的環(huán)境下，也可明顯提升超前支護管棚的具體適應性。綜合判斷隧道施工過程中接觸到的環(huán)境，考慮現(xiàn)場的狀態(tài)，在這樣的基礎之上，選擇科學的排水工藝，讓隧道項目更加順利的完工，在獲取有力支撐的同時，還能強化項目的實際施工質量。

4.3.4 鎖腳錨桿

挖掘隧道斷面結構環(huán)節(jié)時，要聯(lián)合使用鎖腳錨桿技術，當前經(jīng)常應用邊墻超前錨桿技術，其通常能較好的滿足錨桿結構或系統(tǒng)受力時對穩(wěn)定性提出的要求，進一步提升超前錨桿的現(xiàn)場施工效果。采用鎖腳錨桿技術施工時，要選擇尺寸參數(shù)、實用功能均合理的墊塊合鋼槽結構，以減少支護操作帶來的不良影響。

5 結 語

總而言之，本文針對軟弱圍巖地質山區(qū)高速公路隧道的施工難點進行了深入的探究，分析施工過程中可能會出現(xiàn)的各種情況，針對于項目施工階段的難點和重點進行分析，對其展開合理的研究，深入考慮項目具體情況和環(huán)境因素，構建了數(shù)值化模型并加以分析。通過本文的探究，了解到實際的施工技術與施工方法，驗證了高速公路隧道施工設計方案的可行性，為以后的工程施工提供了技術保障及理論基礎。