隧道軟弱圍巖變形機(jī)制與控制技術(shù)的分析

一直以來(lái)，軟巖地區(qū)隧道施工都是工程施工中的重難點(diǎn)，對(duì)施工人員有著較高的技術(shù)要求，一旦處理不當(dāng)很容易造成嚴(yán)重的安全事故。隨著人們對(duì)隧道軟弱圍巖變形機(jī)制與控制技術(shù)的關(guān)注程度不斷提升，本文針對(duì)茶園隧道施工案例分析隧道軟弱圍巖變形機(jī)制與控制技術(shù)，以期對(duì)軟弱圍巖的施工設(shè)計(jì)起到指導(dǎo)作用。

工程簡(jiǎn)介

茶園隧道位于廣西凌云縣泗城鎮(zhèn)，進(jìn)口位于洋妹村，出口位于茶園屯，隧道左線長(zhǎng)925m（KB112+515～KB113+440），右線長(zhǎng)905m(KA112+510～KA113+415），工程量總計(jì)1830m。隧道凈空（寬X高）10.25X5.00米，縱坡為-2.5%，洞門形式進(jìn)出口洞門都為削竹式洞門。洞內(nèi)有2處人行橫洞。

隧道軟弱圍巖變形機(jī)制

圍巖變形即隧道周邊巖體發(fā)生的變形現(xiàn)象，因?yàn)閹r體自身具有物質(zhì)組分復(fù)雜、結(jié)構(gòu)不連續(xù)、物質(zhì)分布不均勻、物質(zhì)構(gòu)成不穩(wěn)定、賦存環(huán)境復(fù)雜等特點(diǎn)，所以圍巖變形也具有機(jī)制多樣化、復(fù)雜化特點(diǎn)?，F(xiàn)階段，常規(guī)將隧道圍巖變形機(jī)制分為材料變形和結(jié)構(gòu)變形兩大類，前者包括彈性變形、塑性變形、粘性變形三個(gè)子類別；后者包括結(jié)構(gòu)面張開或閉合變形、滑動(dòng)變形、塊狀圍巖滾動(dòng)邊形、層狀圍巖的彎曲變形、軟弱夾層的擠出變形、土砂圍巖的擠密或松弛變形等。

控制技術(shù)

施工遵循的原則

在實(shí)際施工過(guò)程中，對(duì)于圍巖變形的控制實(shí)際上是對(duì)圍巖松弛的控制，只要確保圍巖整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定、不松弛就能夠有效地避免圍巖變形，通過(guò)開挖以及支護(hù)能夠有效地確保圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，避免圍巖變形。首先，要進(jìn)行地質(zhì)勘察，充分了解地質(zhì)結(jié)構(gòu)；其次，根據(jù)探測(cè)的結(jié)果做好超前支護(hù)，并且對(duì)掌子面前方部位的圍巖進(jìn)行進(jìn)一步加固，提高圍巖的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度；再次，施工人員需要結(jié)合項(xiàng)目的施工設(shè)計(jì)選擇合適的開挖工藝進(jìn)行項(xiàng)目開挖。在工程初期，開挖施工中要做好初期支護(hù)，并且支護(hù)要與仰拱形成一個(gè)封閉的環(huán)形，確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定；然后要對(duì)圍堰進(jìn)行全面的數(shù)據(jù)測(cè)量，充分的數(shù)據(jù)分析；最后，在施工過(guò)程中，要適時(shí)做好二襯。施工時(shí)，施工人員一定要采取綜合式治理方案。一方面，要重視對(duì)圍巖的加固防護(hù)，另一方面，要給圍巖預(yù)留足夠的變形，在施工過(guò)程中一定要先柔后剛、剛?cè)岵⑴e，最大程度上確保圍巖施工的質(zhì)量。

變形處理措施

在圍巖施工過(guò)程中，對(duì)于圍堰變形的處理措施主要有以下幾種：

在正式的開挖施工之前，對(duì)于圍堰的變形主要以預(yù)防措施為主，這一階段常用的處理措施有超前加固、超前支護(hù)等，都是通過(guò)超前處理來(lái)降低圍堰變形的概率。

在開挖施工過(guò)程中，對(duì)于圍堰的變形處理方法較多，常用的處理措施有：開挖過(guò)程中進(jìn)行小斷面開挖，降低變形的概率；進(jìn)一步加大預(yù)留的變形量，確保圍巖不會(huì)因?yàn)樽冃味绊懻w結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定；在施工過(guò)程中，搭設(shè)臨時(shí)支護(hù)以及仰拱，進(jìn)一步提高隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

在實(shí)際施工中，不同階段可以采用不同的處理措施，通過(guò)對(duì)這些措施進(jìn)行科學(xué)搭配，能夠起到更好的施工效果，進(jìn)而有效地確保施工安全。

變形地段施工控制要點(diǎn)

超前支護(hù)施工質(zhì)量的控制

在圍巖施工過(guò)程中，為了進(jìn)一步提高圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，施工人員需要做好充分的超前支護(hù)施工。在超前支護(hù)施工過(guò)程中，考慮到圍巖變形與掌子面變形之間的聯(lián)系，在施工時(shí)需要控制好小導(dǎo)管的外插角。通常情況下控制其角度為5～10°，一些大變形的軟弱圍巖在進(jìn)行超前支護(hù)時(shí)，超前小導(dǎo)管的長(zhǎng)度控制在4m左右，并且在施工的過(guò)程中每?jī)傻饺凹苁┳饕淮危刂破浯钤O(shè)的長(zhǎng)度在1.6m～2.4m之間。確保所有的超前支護(hù)都嚴(yán)格按照工程設(shè)計(jì)的要求進(jìn)行施工以后，進(jìn)行注漿。在注漿過(guò)程中，要控制好注漿的壓力，確保其能夠?qū)χ苓叺膰鷰r形成有效的加固作用以及堵水作用，進(jìn)一步提高圍巖的整體自承能力。

選擇科學(xué)的開挖工藝

在具體的開挖施工之前，需要科學(xué)地選擇開挖工藝。如果開挖工藝選擇不當(dāng)，會(huì)直接影響到開挖施工的質(zhì)量，在本項(xiàng)目施工中采用三臺(tái)階臨時(shí)仰拱施工方法。

開挖進(jìn)尺的控制

在施工過(guò)程中一定要控制好開挖的進(jìn)尺，一旦開挖時(shí)臨空面過(guò)大，很容易在開挖的過(guò)程中發(fā)生坍塌，造成嚴(yán)重的施工事故。對(duì)此，在實(shí)際實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，掌子面每次的循環(huán)進(jìn)尺深度控制在一榀鋼架長(zhǎng)度，因?yàn)椴捎萌_(tái)階臨時(shí)仰拱施工方法，同時(shí)還要控制好中下臺(tái)階的落地差在2榀鋼架長(zhǎng)度以內(nèi)，仰拱開挖長(zhǎng)度最大不能超過(guò)3m，以確保開挖過(guò)程中的施工質(zhì)量，避免在初步支護(hù)的過(guò)程中出現(xiàn)圍巖變形。

圖1 三臺(tái)階臨時(shí)仰拱法工序斷面圖

做好隧道鉆爆設(shè)計(jì)

在進(jìn)行隧道鉆爆破的設(shè)計(jì)時(shí)，首先要減少隧道擾動(dòng)，并且要控制好超欠挖，在施工過(guò)程中一定要避免應(yīng)力的過(guò)度集中。綜合以上幾點(diǎn)考慮后決定在軟巖隧道開挖掘進(jìn)過(guò)程中采用微震光面爆破技術(shù)。

確定施工步距

對(duì)于施工步距的控制是否到位將直接影響工程整體的施工安全。如果施工步距過(guò)短，會(huì)導(dǎo)致不同工序在施工過(guò)程中出現(xiàn)互相干擾，影響項(xiàng)目的整體施工進(jìn)度；如果施工步距過(guò)長(zhǎng)，圍巖收斂的發(fā)展速度比較快，變形的時(shí)間也會(huì)比較長(zhǎng)，不利于工程施工的安全。因此，要在確保施工進(jìn)度的基礎(chǔ)上，確保項(xiàng)目施工的安全。在實(shí)際施工試驗(yàn)后，發(fā)現(xiàn)控制仰拱與掌子面的距離在15m以內(nèi)，并且確保二襯與掌子面的距離在50m以內(nèi)是最佳的施工步距。

控制型鋼鋼架質(zhì)量

在進(jìn)行型鋼鋼筋施工時(shí)，要嚴(yán)格按照工程施工設(shè)計(jì)來(lái)進(jìn)行鋼架的搭建以及安裝，并且要做好充分的防護(hù)措施，確保鋼筋質(zhì)量符合施工要求。

拱部組合注漿錨桿施工質(zhì)量控制

考慮到上斷面開挖形成的臨空面存在坍塌的可能性。因此，在實(shí)際施工中，施工人員必須要加強(qiáng)對(duì)中空錨桿施工質(zhì)量的控制。首先，要確保錨桿長(zhǎng)度嚴(yán)格的按照施工設(shè)計(jì)的長(zhǎng)度進(jìn)行施工；其次，要嚴(yán)格的按照工程施工工藝的要求進(jìn)行施工；最后，要確保注漿時(shí)的壓力得到科學(xué)的控制。

噴射混凝土質(zhì)量控制

通常情況下，在進(jìn)行隧道噴射混凝土施工時(shí)，根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況的不同，選擇干拌法或濕拌法進(jìn)行施工。該項(xiàng)目的施工過(guò)程中采用濕拌法進(jìn)行噴射施工。在噴射過(guò)程中要控制噴射方向，從上往下，呈“S”形，并確保噴射厚度一致。如果在噴射過(guò)程中發(fā)現(xiàn)脫落的石塊要及時(shí)清理，否則會(huì)影響混凝土噴射的施工質(zhì)量，在噴射施工時(shí)盡量一次性噴射到位，避免后期返工。

加強(qiáng)項(xiàng)目監(jiān)控

在施工過(guò)程中，要安排專業(yè)人員對(duì)整個(gè)施工過(guò)程進(jìn)行質(zhì)量管控，對(duì)隧道施工過(guò)程中的每一個(gè)環(huán)節(jié)、每一個(gè)技術(shù)點(diǎn)進(jìn)行控制，全面了解工程施工進(jìn)度及施工狀況，結(jié)合實(shí)際情況對(duì)施工做出科學(xué)指導(dǎo)，最大程度上確保隧道的施工質(zhì)量。

圖2 噴射混凝土

通過(guò)上述分析可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段隧道軟弱圍巖施工已經(jīng)成為制約我國(guó)隧道工程發(fā)展的重要因素，要降低隧道軟弱圍巖施工風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)該從設(shè)計(jì)源頭對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化。因?yàn)樗淼儡浫鯂鷰r變形機(jī)制和控制技術(shù)是優(yōu)化設(shè)計(jì)的主要依據(jù)和保證，所以加強(qiáng)隧道軟弱圍巖巖變形機(jī)制與控制技術(shù)的深入研究十分必要。