浅谈软弱围岩隧道开挖与支护施工

于立杰

【摘    要】软弱围岩隧道开挖支护施工过程是一个复杂的过程，由于自然和人为等因素的影响，自身结构稳定性不好，一旦支护工作做不到位就容易造成塌方后果严重。本文对软弱围岩隧道开挖与支护施工技术进行了研究。

【关键词】隧道   开挖与支付   施工

中图分类号：G4    文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2015.12.209

一、施工原则

软弱围岩隧道施工过程中最重要的是选择合理的施工方法，而合理的施工方法的选择与施工条件、围岩条件、隧道断面积、隧道埋深、工期和工作条件等因素有关。虽然各种因素所起的作用不同，但在施工过程中必须遵守以下基本原则：

（1）选择合理的开挖方法来保护围岩，避免过度破坏和损伤围岩的强度;

（2）容许围岩有可控制的变形，充分发挥围岩自身的承载力;

（3）合理的确定支护结构的类型和时机;

（4）准确及时地进行量测监控，以指导施工和设计;

（5）要尽量采用先修筑仰拱（或临时仰拱）或底板的施工方法，使断面及早封闭成环;

（6）应加强重点部位的支护，防止隧道开挖后从某一薄弱部位坍塌;

（7）在施工过程中，必须建立设计—施工检验—地质预测—量测反馈—修正设计的一体化的施工管理系统。

二、开挖方式的选择

在无较大构造影响的一般地段，根据超前地质预报确定的前方围岩软弱破碎程度，在施工中选择合理的开挖方式及支护措施。隧道是处于复杂地质条件下的建筑工程，洞室开挖中围岩所发生的物理、力学效应取决于围岩特性、围岩地质状态（如地应力、地址物理参数、地下水、地质断层等因素0和人工开挖操作方式（如开挖方式、支护方式、支护时间等因素）等。岩体是一种非线性介质，洞室开挖后围岩中发生的物理、力学效应一般都是非线性和不可逆的。因此，不同的开挖方式将获得不同的围岩稳定效果。目前软如围岩隧道施工过程和方法是多种多样的，主要有台阶法、台阶分部法、台阶分步平行法、双侧毕导坑法、单侧壁导坑法、上下导坑法和上导坑法等。台阶分步平行法是在台阶法和台阶分部法的基础上综合开发出来的，上述七种开挖方式都各有其优缺点。而优缺点不仅有定量因素，如开挖成本;还有些定性因素，如施工难易、施工质量控制难易等。如何综合考虑定性与定量因素进行开挖方案的优化决策，是施工过程中的首要任务。传统的经验或工程类比的办法很难全面考虑优化决策中所涉及的多因素问题。需要进行开挖方案的优化决策。

三、 初期支护的选择

围岩破坏一般自洞周开始，首先出现的破坏是张性破坏，接着是塑形剪切流动破坏，如能及时施做支护，使洞室形成处于稳定状态的承载环，洞室围岩即可保持稳定。

对软弱围岩隧道而言，最常用的是钢拱锚喷网联合支护，尤其是喷层分层施做的复合支护。在这类支护形式中，钢拱、锚喷、喷层和网筋通常共同工作，起着稳定围岩的作用。关于隧道支护设计，由于目前还不能从理论上完善地、定量的说明锚喷支护的原理，所以设计还是以经验的方法为主。目前还没有找到一种公认的合理方法。一种方法认为隧道衬砌支护“设计应以工程类比法为主”。“对地质复杂、大跨度和有特殊要求的隧道，除采用工程类比法外，还应采用理论分析法进行检算”。我国工程类比法，一般是首先进行工程地质勘查确定围岩类别，参照各部门制定的支护参数表，选定锚喷支护类型和参数。

软弱围岩隧道支护方法可分为改善围岩自撑能力和直接对围岩提供 支护力两类。

（一）改善围岩自撑能力

1.注浆：分为注水泥浆、水泥—玻璃浆、化学注浆等等。其目的是充填裂隙，提高围岩完整性、连续性、增加围岩的整体强度。

2.锚杆支护：锚杆对围岩起着加固作用，这是大家的一致看法。岩体结构控制着围岩稳定性，不仅表现在稳定与否方面，还将控制失稳的方式、失稳过程及是问的规模等方面。显然岩体结构不同锚杆的作用应有所差异。因此，从岩体结构上来说，在软岩中锚杆的作用有俩种：消除或削减岩体结构效应和组合拱的作用。

（二）直接对围岩提供支护力

1.超前支护：一般采用超前管棚或锚杆，在隧道开挖前，沿隧道轴向支护，对开挖后产生的松动圈提供支护力，防止松动块塌落，恶化了围岩的受力状态。

2.格栅钢拱架支撑作用机理：在软弱围岩隧道中，隧道掘进后，围岩的自稳时间极短，而喷射混凝土、锚杆不能及时提供足够的支护抗力，为了维持围岩的稳定，保证隧道设计断面，需要在开挖后的短时间内给予围岩强有力的支护，这时往往采用钢支撑支护。但钢支撑由于耐腐蚀性较差，一般不做永久支护，最终支护结构一般都选择混凝土和钢筋混凝土结构。

四、仰拱

根据隧道所含碳质、泥质页岩具有膨胀性的特点，为了防止隧道变形，要求仰拱必须在二衬之前施作。拱、墙部初期支护形成之后要尽早铺设仰拱，以使初期支护尽快形成封闭受力结构，同时也为二次衬砌施工的模板台车轨道铺设提供条件，并且仰拱及早铺设也为洞内运输提供便利。一般仰拱与正面下部开挖面保持距离为30～50M左右，以保证开挖、装载机具具有活动的场地。当变形得不到有效控制的情况下，应迅速施作二次衬砌。

五、开挖支护的实施

通过前面的分析，形成如下施工过程：小导管注浆超前支护，短台阶分步平行开挖法施工，钢拱锚喷网支护，仰拱快速封闭成环，无轨运输。

1.开挖

II类围岩地段采用三台阶分步平行开挖法。上半断面采用非爆破开挖为主，空压机配合YT28型风动凿岩机人力施工，人工配合挖掘机、装载机、自卸汽车施工。总的设计思想遵循”弱爆破、短开挖”的原则，采用光面爆破开挖，炮眼深度一般控制在1.0～1.5m为宜，掏槽采用抛掷爆破的综合控制爆破技术。以尽可能减轻对围岩的扰动，维护围岩自身的稳定性，达到良好的轮廓成形阵。

在施工过程中，必须严格控制钻孔参数，确保周边眼的爆破参数符合设计要求。但是，因为洞内围岩有不同的变化，因此在遵循设计原则的基础上，根据实际爆破效果来调整下一茬炮的爆破参数，以取得最佳爆破效果。

2.初期支护

初期支护是有锚杆、钢筋网、钢架和喷射混凝土组成的一种联合受力结构。钢架是软弱围岩中初期支护的重要组成部分，应严格按设计要求加工制作和架设。钢架采用人工架设，拱部单元：首先进行施工放样，确定钢架基脚位置，然后铺设槽钢垫板，施做定位系筋。对应拱部单元钢架位置架设墙部单元钢架，栓接牢固。

3.仰拱

施工实践证明及量测资料证明，仰拱封闭前围岩收敛变形较大，且发展速度块，很难稳定，而施作了仰拱后，围岩与支护很快趋于稳定，可见仰拱及时封闭式关键。为了不影响前面的掘进与支护施工。仰拱施工采取振动锤配合挖掘机跳槽开完，每3～4m，在前方钻孔时进行开挖，然后上铺宽1.2m的俩条行车钢便桥以满足正常通车需要，最后支模灌注仰拱混凝土。

参考文献

[1]张小军《软弱围岩浅埋偏压条件下隧道施工技术》〔J〕长沙铁道学院学报（社会科学版）。2005（01）。