公路隧道工程中的软弱围岩施工技术研究

公路隧道工程中的软弱围岩施工技术研究
发布时间：2022-04-07T08:20:11.131Z 来源：《建筑实践》2021年33期作者：王春雷
[导读] 公路隧道施工时常面临软弱围岩地质条件，其属于不良地质
王春雷
中铁九局集团第二工程有限公司四川省成都市 610200
摘要：公路隧道施工时常面临软弱围岩地质条件，其属于不良地质，岩体较为破碎与松散，稳定性差，需在公路隧道施工过程中，对软弱围岩进行支护加固，以保证隧道施工的顺利开展。

本文针对隧道施工技术中的地质勘测、超前支护、隧道开挖、初期支护、二次衬砌等，相关的施工技术进行了实际应用的论述，并提出了施工技术应用的关键点，以排除软弱围岩隧道施工中的各项风险，提高隧道施工的质量与效率。

关键词：公路隧道工程；软弱围岩；软弱围岩施工技术
公路隧道施工为软弱围岩条件，对施工技术的应用有着极高的要求，需切实做到超前预测、超前支护，并尽量减少爆破面，增加支护施工质量管理的力度，以实现暴露围岩的早封闭，降低隧道塌方发生的概率，最大程度上减少变形量，以此保证软弱围岩隧道的施工质效。

基于此，公路隧道工程参建单位需做好该施工技术的研究与分析工作，不断改进、调整、优化施工技术，以实现软弱围岩隧道的高质量、高效率施工。

1.软弱围岩施工技术分析
1.1超前地质勘测
公路隧道工程在软弱围岩施工之前，需对施工隧道进行全面细致的地质勘测，以为隧道施工方案的制定提供依据。

软弱围岩稳定性差，施工过程中如果施工技术应用不够准确，容易引发施工隧道的坍塌事件。

因此，在施工方案设计之前，采用物探和地勘技术，确定隧道的地质与水文条件，物探采用地质雷达进行围岩结构的检测，地勘使用探孔技术，钻孔至一定的深度进行取样，然后实验室检测获取围岩的内部结构、岩土性质等。

在公路隧道开挖过程中，每个施工循环需进行钻孔地勘，在拱部与腰部钻深为5m、10m、20m的探孔，精确每个阶段的岩层条件，保障隧道施工的绝对安全。

1.2超前支护
基于公路隧道软弱围岩的不稳性，在开挖之前使用自进式锚杆进行围岩支护，锚杆长度20m，纵向搭接5m，间距40cm，构建隧道的管棚结构。

由于自进式锚杆结构留有一定的空白区域，为了避免岩石滑出，在空白区域进行超前小导管施工，并进行灌浆固定，形成隧道内部宽约为2m的环形加固圈。

使用长4m的小导管，按照大约20°角沿着隧道开挖轮廓外侧进行插入，导管环向间距控制在40cm。

中下层超前支护选用4m小导管，纵间距2.0m，环间距40cm[1]，插入角度为30°，构建中下层小导管注浆加固区域，形成对上断面拱脚的加固效果，可有效避免塌拱问题的发生。

1.3开挖技术
软弱围岩开挖技术使用较多的是三台阶开挖法，从上台阶环形开挖，开挖高度5m，长度4m～6m，留下核心土，下两级台阶左右错进开挖，错进距离保持在4m左右，并分级进尺。

先开挖隧道右侧，将一级台阶分成两榀，然后再进行左侧开挖，形成三榀，最后左侧与右侧共同开挖。

而仰拱紧随台阶进行开挖，保持整个隧道开挖进度的一致性。

此外，软弱围岩开挖涉及到爆破进尺，需做好爆破面大小的控制工作，减少对围岩体的扰动，确保开挖作业的安全性。

上层使用核心土，以及在台阶两侧搭建台架进行施工，下两个台阶也加工台架，对其进行错进距离控制，避免拱架的拱脚脱离地面，引起隧道开挖的掉拱问题。

如果拱脚无法完全接触地面，可在拱脚下方增设砼，增加整个拱架的承载能力。

1.4初期支护技术
1.4.1围岩支护
隧道开挖结束后，隧道中软弱围岩被暴露在空气中，为了减少隧道施工对围岩造成的扰动，需对围岩进行初期加固，通常使用的加固方法是初喷浆法，在围岩表面形成厚5cm的加固层。

在初期支护中锚喷法使用较多，①在围岩表面梅花型插入小导管作为系统锚杆，然后铺设双层钢筋网[2]；②喷射大约30cm厚的混凝土进行支护结构的加固；③选用工字钢进行初期支护结构的进一步加固，钢间距0.5m；④上层、中层、下层可选用导管、锚杆、注浆加固，拱架连接位置使用注浆小导管进行再次加固，由此形成初期支护的钢拱架混凝土结构。

1.4.2加固钢拱架结构
在封闭围岩施工过程中，多段钢拱架需与地面垂直，拱脚与地面充分接触，形成水平方向一定的收敛阻力，一旦围岩将过大的压力作用于钢拱架之上，有可能引起混凝土结构裂缝问题。

所以，为了保证钢拱架承载的安全性，在原有钢拱架结构的基础上，进行内部小拱架施工，并对拱脚处进行加固处理，以解决收敛阻力问题，增加整个钢拱架结构的牢固程度。

针对围岩渗水严重处进行防水处理，使用径向注浆工法封堵渗水，使注浆材料与软弱岩体粘结在一起，增强围岩的抗冲击能力。

1.5二次衬砌
新奥法是现代隧道工程新技术，是软弱围岩隧道施工的基本方法，联用锚杆与喷射混凝土进行隧道的支护施工，该施工方法需借助围岩本身的承载力，进行隧道的爆破开挖与支护施工，在这一过程中使用了复合式衬砌，包括了初期支护、防水施工、二次衬砌等，衬砌进行了隧道表面的处理，使拱顶与侧墙圆顺连接，起到加固隧道结构的作用。

二次衬砌借助液压衬砌台车，将强度等级C35防水混凝土一次浇筑，然后立即进行二次衬砌作业，由于围岩层中的水具有腐蚀性，需适当提高二次衬砌的抗渗等级，一般需大于P10。

缓冲层铺设土工布，防水层采用EV A防水板，防水施工形成的缝隙使用止水带密封，提高二次衬砌的抗渗能力。

2.软弱围岩施工技术应用的关键点
2.1做好施工方法的选用
软弱围岩隧道施工具有较高的施工风险，尤其是在软弱围岩开挖进尺过程中，改变了隧道围岩层原始的受力状态，存在着一定的塌顶
危险[3]。

所以，当隧道断面较大且是少水岩层，需使用三台阶施工方法，并联合运用临时仰拱支护，保证隧道施工的安全性。

也可使用侧壁导坑法，该施工方法适用于富水岩层，施工机械化水平高；如果是岩溶施工条件，可选用迂回导坑法，增加施工范围，避开不良岩层，加快施工的进度。

2.2注意技术手段的应用
建立地质预报制度，对隧道施工实行长、中、短距离预报方案，以保证隧道施工的有序进行。

长距离采用物探技术手段，对围岩深100m以上的位置进行地质勘测；中短距离使用钻探技术，勘测出隧道施工5m、15m、50m等位置的岩层结构与性质，提前掌握隧道施工的地质条件，避免地质突变影响到隧道施工质量与施工进度。

监控与测量相结合，实时监控测量施工隧道的状态，获取隧道变形数据，评估变形的发展趋势，为后续施工技术应用的调整提供依据。

2.3加大支护施工质量管控力度
在监控测量过程中，注意适当预留沉降量，以便于将软弱围岩沉降量控制在标准数据范围内；支护施工中构建的钢拱架，结构强度要完全满足软弱围岩支护的需要，其中使用的主筋要大于25cm；在超前支护中，注意小导管长度、间距、插入角度的控制，以保证小导管支护施工加固软弱围岩的效果；及时封闭支护，初期支护施工结束后，支护结构还不够稳定，需及时喷射混凝土，封闭整个支护结构，增强初期支护的效果；尽快完成初期支护的加固施工，使用径向注浆法填补结构的缝隙，进一步的提高支护结构的整体性与牢固程度。

3.结语
隧道施工是公路工程中非常重要的一部分，然而在公路隧道工程中，有时会面临着软弱围岩施工条件，增加了施工的难度，且在开挖、支护、衬砌等施工过程中，存在一定的施工风险。

一旦施工技术应用不当，将提高发生施工事故的概率。

所以，在软弱围岩隧道施工中，应注意超前地质条件勘测、开挖施工、支护施工等技术应用的准确性，保证隧道施工的安全、有序推进。

参考文献：
[1]曾卫东.三台阶八步开挖法在公路隧道软弱围岩施工中应用[J].建筑技术开发,2021,48(13):3.
[2]管连永.软弱围岩隧道洞口段预加固技术分析与探究[J].四川水泥,2020,.282(2):145-146.
[3]吕义雄.公路隧道软弱围岩稳定性探析[J].低碳世界,2020,10(1):2.
作者简介：王春雷（1987-06-18），男，满族，吉林省吉林市，本科学历，工程师，现任职于中铁九局集团第二工程有限公司，研究方向：隧道与地下工程。