公路隧道软岩大变形施工技术分析

罗煜

（江西省交通工程集团建设有限公司，江西南昌 330038）

0 引言

公路隧道是我国极为重要的交通基础设施，而很多隧道项目都建设在地质条件恶劣的区域，极大地影响了隧道工程的建设和运行效果。软弱围岩是目前隧道工程建设遇到的最为明显的问题，其中大变形的问题尤其难以有效控制，威胁隧道工程的安全性。软弱围岩属于特殊的地质条件，其主要包含泥岩、千枚岩等类型，由膨胀性黏土矿物以及泥质等组成，主要特点是强度较低、胶结性较差，土体的单轴抗压力学性能很差。本文对于软弱围岩的性质进行研究，选择合适的软岩大变形施工技术，希望可以提升隧道工程的质量。

1 软岩隧道施工概况

某隧道项目施工现场的地质条件比较差，为典型的软弱围岩地质条件，表面以红色为主。在岩体结构内，包含石英砂岩、泥岩等物质，破碎和风化比较严重，节理发育明显，受到的挤压比较大，岩体的颗粒物比较多，遇水容易发生膨胀、泥化、软化等问题，强度性能比较低，结构变形较为严重。如果盲目进行施工，极易出现拱顶坍塌事故。基于此，该项目选择应用超前小导管与拱架锁脚锚管的方式进行施工。

2 软岩变形问题分析

2.1 软岩形变特征分析

软岩隧道结构出现变形的主要特征包含下述三点：其一，开挖环节容易发生变形，以初期塑性变形为主要形式，且变形发展的速度快、变形量大，而且会出现严重的破裂问题，有些部位甚至出现100cm 以上的变形量。其二，变形存在持续性的特点，即变形会长久存在，无法从根本上消除。形成该现象的原因是软弱围岩结构长期受到外部作用力影响，发生蠕变反应，所以应力释放的速度会比较缓慢。通过应用隧道内支护以及衬砌结构可以改善其性能。其三，支护结构要求较高。一旦选择应用的支护结构不合理，在隧道开挖环节容易发生塑性变形问题，结构损坏程度比较严重，甚至会威胁隧道工程的安全性和稳定性，危害性非常大。

2.2 软岩变形问题的强度特征分析

软弱围岩结构的强度通常比较低，在隧道施工过程中，变形强度具有如下特征：其一，软岩强度和岩体强度呈正比例关系，即岩体强度越高，软岩强度就越高。其二，软岩的含水量比较高，并且受到地下水的持续性作用，导致结构存在软化、泥化等现象，软岩会因为土体的软化而出现塑态变形的情况，力学性能比较差，黏聚力不足，造成围岩强度比较低，容易发生严重的事故。其三，软岩的施工作业范围内，如果出现断层或者挤压破碎的情况，将导致严重的地质问题，软岩的强度性能会进一步降低，对整个隧道施工产生严重的危害。

3 控制变形的措施

在公路隧道施工中，要想全面提高整体的施工效果，就要将施工技术合理地应用到工程实践中，以下对公路隧道软岩大变形施工技术进行分析，为隧道项目的开展奠定良好基础。

3.1 超前小导管

针对V 级围岩结构，超前支护作业施工的主要材料是φ42 小导管，长为3.5m，纵向间距为2.4m，环向间距为0.5m，每环为21 根，搭接长度不少于1m；钢架结构采用格栅钢架，按照0.8m 的间隔距离进行设计。掌子面进尺根据围岩结构确定，并且根据围岩的特性及时做出调整，每次进尺控制在两榀以内，即开挖距离为1.6m。根据该工程的设计方案，超前小导管设计长度为6m，为了现场施工更加方便，也能提高材料的利用率，将超前小导管缩短为3m，以提升结构的性能，施工效率也会更高。隧道超前小导管如图1所示。

图1 隧道超前小导管施工示意图

在现场安装过程中，超前小导管施工的支护作业范围是拱部144°，并加强外插角度的控制。如果角度比较小，极易导致开挖后净空侵限，钢架安装作业难度较高，施工速度减慢；如果角度比较大，开挖施工后拱部超挖的问题会比较严重，导致浆液的利用率较低，还会产生空腔的问题，影响结构安全性。对于大里程的结构而言，纵坡设计为2.28%，经过现场各项指标计算分析，发现其性能和质量合格，最终确定小导管外扩角度为2°。同时，为了提高掌子面作业的安全性，避免拱部出现开裂、掉块等病害问题或者坍塌事故，该项目选用单排小导管加密至双排小导管施工方案。

3.2 锁脚锚管

结合该隧道工程的建设需要，锁脚锚杆制作材料是φ42 小导管，长度为3.5m，上台阶拱脚及中、下台阶左右侧拱脚结构上均布置2 根。经过对现场施工作业参数的检测确定，发现该初支变形的结构主要是在中台阶拱脚的位置上，所以必须全面提高拱脚结构的性能，达到加固的效果。根据工程设计方案的要求，采用加密锁脚的施工方式，将原设计的2 根锚杆增加到4 根，从而提升钢架结构性能，使其具备较高的抗拔力。在现场施工过程中，要保证锁脚锚管安装的角度符合要求。根据设计方案，该隧道项目两根相邻锁脚锚杆的夹角为20°，最上部的一根与水平方向的夹角为20°。锁脚锚管和钢筋支架连接所使用的L 筋采用φ22 钢筋制作，长度为40cm。因为该隧道项目的软岩性质较为特殊，遇水膨胀比较严重，导致围岩变形量大，所以在设计方案中使用早强锚固剂进行固定处理。可使用风枪将锚固剂吹入小导管内，并达到均匀性要求，使锚固剂与导管发生反应，从而达到锚固的效果。经过对现场实际情况进行检验，确定锚固剂的连接效果良好，抗拔力提升也比较明显。在现场施工中，质检人员需要旁站监督，做好各项环节和工序的质量检测，保证其完全符合工程的标准要求。锁脚锚管施工现场如图2 所示。

图2 锁脚锚管施工现场

4 公路隧道软岩变形控制措施

4.1 加强施工环节损毁控制

在公路隧道施工中，严格执行不破坏围岩的工作理念，加强现场施工阶段的围岩管控，防止发生岩石损坏、变形等问题，以免导致安全事故的发生。首先，制定切实可行的辅助施工方法，并在隧道开挖作业之前采取超前支护的处理措施，提高软弱岩石结构的加固效果，提高工程项目的稳定性。其次，在岩石爆破之前加强设计，控制装填药量、爆破力度，防止对岩石造成过大的扰动和影响。最后，对于已经发生破坏的岩石结构，尽可能地使用铁锨进行挖掘处理，避免过大的扰动。

4.2 加强开挖阶段的管控

在开挖过程中，做好进尺管理工作，将进尺的距离控制在合理的范围内，使得初步支护结构形成闭环的形式，尽可能地减小单循环开挖的尺寸，防止由于开挖尺寸过大而造成结构失稳或者拱架变形等问题。还要做好单循环开挖作业时间的控制，减少软岩变形的时间，在即将形成岩面闭环状态时，及时清理岩石钻渣，并应用喷射混凝土的方式封闭岩石结构，减少岩石外露的时间，达到稳固的效果，预防出现岩石崩解的问题。对于软岩的变形因素展开全面的分析，每个台阶在开挖工作结束后，应用临时支护形成稳定的结构体系，达到完善的支撑效果，预防在施工中出现结构变形而影响安全。

4.3 注重临时支护

临时支护工作实施阶段，考虑到支护注浆施工的标准和要求，选择应用径向注浆的施工方式，持续性进行松动圈的加固处理，形成稳定的结构形式。在每次支护循环工作结束后，及时对拱顶部位开展注浆施工处理。将注浆支护的间隔距离控制在合理的范围内，以提高结构的承载性能，满足注浆支护的标准要求。

4.4 通过径向注浆提升围岩的稳定性

每次支护施工形成循环作业后，开始进行径向注浆加固施工，使浆液和围岩形成整体的结构，提升围岩的稳定性。要确保浆液将岩石内部空隙结构全部填充完毕，达到密实度的标准。塑性变形区域内的厚度要超过径向加固拱圈的半径，以提升结构强度，为后续施工提供基础条件。

4.5 做好监控量测工作

在现场施工中，加强对软弱围岩的监控量测有着极为重要的作用，通常选择应用探视镜进行监控量测。监控量测工作让现场工作人员及时掌握软弱围岩隧道的施工情况，以确保现场施工达到安全、稳定的标准，预防发生严重的事故。监测断面的选择极为重要，通常隧道断面的设置间距为5～10m，在断面内设置5 个量测点，以保证对于各个部位的变形有足够的了解，提高监控水平。

隧道工程施工过程中，渗水问题往往较为严重，所以要适当地增加支护点位的数量，初支作业阶段经过4h 埋设点位，在12h 后读取初始数值，并且每日进行监控量测，掌握数据变化的情况，保证围岩结构始终处于可控范围内，变形量不会超过规定的要求，给现场施工提供安全保障。

4.6 其他施工注意事项

在公路项目的施工中，软弱围岩会对隧道工程的安全、质量产生较大的影响，如果不能及时采取必要的处理措施，会严重影响现场施工的安全性，产生巨大的损失。在隧道工程施工开始前，要组织落实必要的支护措施。有些隧道工程的地质条件复杂性较高，地下水含量比较大，极易产生泡水的问题，使得拱脚、基底出现变形，引发二衬裂缝。因此，现场施工人员要及时查找原因，并做好现场管理和控制工作。根据现场量测获取的数据信息，掌握最大变形速率参数，一旦超出规定的标准要求，立即采用合理有效的措施进行控制，提高加固施工的效果，规避不利因素的影响。加固方式的选择也极为重要，应注重科学性、合理性，以提高公路隧道项目建设的质量与安全性。此外，还要从材料、技术、施工现场等层面做好细节控制，以推进隧道项目有序开展。

5 结语

在公路隧道施工中，比较常见的地质条件是软弱围岩，如果没有采取合理的处理措施，会对隧道结构的性能和质量带来很大的影响，甚至会造成严重的安全事故。因此，在公路隧道软岩施工中遇到大变形的问题时，要加强技术分析，选择合适的处理技术，并落实现场施工管控措施，以提升软岩结构的强度，使之符合工程的质量标准，确保隧道工程顺利运行。