隧道软弱围岩变形施工控制探讨
来源:用户上传
作者:赵胜祥
摘 要：隧道软弱围岩变形施工控制是隧道施工过程中非常重要的一个方面，软弱围岩容易发生变形，并引起相关的地质灾害，不利于隧道施工;基于此，有必要针对隧道软弱围岩变形进行科学控制，为后续施工的顺利进行打下基础。该文结合具体案例分析隧道软弱围岩变形施工过程中的控制技术，为相关方面提供参考。
关键词：隧道 软弱围岩 变形 施工
中图分类号：U45 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2020）03（c）-0030-02
1 工程概况
该研究选择某隧道工程作为研究对象，其长度为8845m。隧道施工过程中，选择带有仰拱的曲墙复合式衬砌，配合实施喷锚支护;隧道进出口位置选择碎石铺道，其余隧道选择铺设整体道床。地质勘察发现，隧道地层以石英云母片岩夹炭质片岩，分析发现，地质底层岩层的节理裂隙发育较好，而且岩层比较柔软，容易出现剥落情况，局部还存在一定的破碎夹层;分析还发现，隧道内围岩破碎，大多数都是炭质片岩，比较松散和破碎，容易出现塌方情况。
2 围岩大变形破坏特征与原因
对隧道内部围岩情况进行全面观察和监测，结果显示，隧道内围岩存在较大变形，具体分析其变形特征及其内在原因。
（1）围岩变形严重。监测结果显示，炭质片岩在隧道施工过程中一个月以内出现严重变化，其中水平收敛达到300～400mm，而拱顶下沉则达到150～200mm。此外，还要部分炭质片岩部分地段含有丰富炭质，以及丰富的地下水，这种特殊的环境导致炭质片岩的变形非常严重，超出常规。
（2）围岩变形速度较快，而且变形速率很大。在隧道施工过程中，监测结果显示，围岩每天的收敛达到30～50mm。不仅如此，监测还发现，随着隧道施工的深入，围岩的变形也进一步加快。部分地区围岩变形速度更快。
（3）围岩变形时间。监测结果显示，隧道内部围岩的变形一般会持续很长时间，尤其是实施隧道开挖以后，形成了一个临空面，这种情况下围岩的变形往往持续达到几个月，部分地区实施二衬以后依然存在变形情况。
（4）围岩变形分布存在不均匀不对称的情况。监测结果显示，隧道内围岩的变化普遍存在左右不对称和不均匀的情况，施工过程中，完成相关的支护措施以后，不同地区围岩的左右变形存在较大差异，分析结果显示，早期围岩的水平收敛速度和变形值明显大于拱顶下沉速度。
（5）蠕变加突变。监测结果显示，针对隧道的初期支护完成以后，围岩变形虽然趋向平稳缓慢，但是后续各项施工的持续进行进一步加剧了围岩的变形，尤其是各种爆破施工带来的振动，以及其他施工内容，导致支护出现失衡并发生垮塌。
（6）重复性。分析结果显示，隧道围岩的变形具有重复性，当完成拱架的拆换以后，依然会出现较为严重的变形。
（7）围岩遇水软化，变形加剧。炭质片岩遇水软化，施工时呈泥浆状，强度极低，且有地下水渗流处变形较大。
进一步分析隧道围岩发生变形的原因，具体包括以下原因：本隧道所在地区主要是炭质片岩，这种岩石具有沿着片里面蠕动滑动的特征，而且还会出现软质岩流变化，同时其自身构造比较破碎，其强度很低，会长时间存在变形和流变，其自身的抗剪强度强很低，对各种振动具有较大敏感性。在地区特殊的地质构造环境下，很容易产生强烈的扭曲娥变形，进而产生大量密集的节理和摩擦镜面，导致围岩的整体性受到严重破坏。
3 施工控制措施
基于隧道内围岩变形的具体情况及其产生原因，结合隧道施工要求，制定了具体的施工方案和措施。具体如下：隧道内部围岩严重变形段的施工，按照管道超前、合理注浆、控制开挖长度、做好支护措施、尽快实施封闭、尽快完成衬砌为原则，在施工过程中还需要积极进行测量，从而准确掌握隧道施工质量;针对三级和四级围岩炭质片岩分布的地区，为了控制其变形，一般采用超短的三台阶施工，實施二次衬砌的过程中，需要严格控制距离掌子面的距离，一般在35m以内;5级围岩炭质片岩分布的区域，为了有效控制变形，采用三台阶法进行施工，并配合实施仰拱法。并根据施工需要和人员配备情况实施上台阶加临时仰拱和中台阶加临时仰拱的方法;施工过程中做好封闭的速度控制，同时注意做好后续衬砌，这有助于有效控制围岩变形。
4 施工工艺
4.1 施工参数
施工过程中，针对炭质片岩地段进行强化支护，确保其施工稳定性和安全性。具体设计为超前支护，使用相应的小导管进行支护，科学设计导管之间的间距，一般控制在30cm左右。初期支护根据需要进行调整和优化，注意控制锚杆及其长度，还需要使用相应的钢筋网，合理设计网孔间距;实施二次衬砌的过程中，需要合理控制施工厚度，还需要使用对应规格的钢筋砼。在施工过程中，主要采用三台阶法进行挖掘，同时注意做好相关的支护措施，从而为开挖提供良好支撑，为实现安全有序高效的开挖效果打下基础。针对施工过程中的超挖掘处，一般采用二次衬砌进行回填，确保其整体挖掘效果。完成相应的仰拱施工以后，要对其进行监测，准确掌握仰拱变形情况，根据变形程度实施二次衬砌施工，确保其整体稳定性和安全性。
4.2 主要措施
（1）增大预留变形量，控制水平收敛变形量。一般情况下，隧道施工过程中，需要结合围岩变形情况预留一定的变形量，一般控制在30cm左右，该施工过程中，隧道围岩存在严重变形，而且二次衬砌之前存在严重侵蚀，为了达到更好的变形控制效果，在地质均匀段预留50cm;拱顶一般需要预留30～50cm;针对不均匀的地段，左侧一般预留70cm，右侧则预留30cm。
（2）提高钢拱架强度，做好开挖进尺控制。为了减小隧道围岩变形，初期支护的钢拱架选择I25型钢，强度得到有效提高，有助于控制变形。五级围岩地段施工过程中，需要科学控制爆破打眼深度以及火药用量，一般将打眼深度控制在1.2m，火药用量则控制在0.25kg;施工过程中一般选择实施松动爆破技术，避免实施抛掷爆破，这种方式有助于减少对周围围岩的干扰，提高围岩稳定性和安全性，避免发生严重变形。
（3）排水措施。在隧道内部对应位置埋设钢管，方便排水和注浆，并设置相应的集水坑;需要注意的是，炭质片岩自身强度较低，而且为粉末状，这种情况下如果出现大量积水，就会进一步减弱围岩的粘接力，加上云母的滑动结理作用，促使围岩稳定性进一步下降，这种情况下初期的支护往往需要承受更大的围岩压力。
（4）拱脚处理。早期的设计过程中，针对拱脚没有采取对应的锁脚措施，为了提高稳定性，决定使用锁脚小导管。为了达到实践效果，将小导管进行改制，从而达到良好支持效果。隧道拱脚炭质片岩自身强度较低，而且稳定性较差，很容易出现垮塌，为了确保后续施工效果，一般需要使用沙袋对其进行稳定，并留注浆孔，在此基础上进行支护注浆，促使其达到稳定状态，这种措施能有效避免围岩松动圈的进一步扩大。
（5）临时仰拱。针对隧道临时仰拱采用对应的I25型钢砼，一般将间距控制在50cm左右，并将其与早期的支护型钢进行连接，并设置对应的钢筋网，一般将网格间距控制在20cm×20cm以内，同时实施型钢进行焊接，此外，还需要在纵向设22螺丝钢接接，一般将间距控制在50cm;实践过程中，为缩短循环时间，需要将临时仰拱型钢底部实施垫实，然后实施灌注，在此基础上铺设一定的虚碴或设栈桥，这种设计能够有效避免碾压，从而保证其结构稳定，为实现良好的支护效果打下基础。
参考文献
[1] 蒲耀军.隧道软弱围岩变形施工控制技术探讨[J].交通世界，2019（20）：100-101.
[2] 杜冲.铁路软弱围岩大变形隧道施工控制技术方案[J].中国高新科技，2019（11）：88-90.
[3] 李中山.铁路软弱围岩大变形隧道施工控制技术研究[J].工程技术研究，2018（15）：42-43.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/8/view-15201658.htm
