软弱围岩中的隧道施工技术探讨

　　1 前言

　　隧道和地下工程施工，遇到软弱围岩，通常是施工组织者和技术人员感到持久压力和伤脑筋的一件事。软弱围岩隧道通常被列为重难点控制工程，对工期、安全、质量、投资均产生重大影响。如何根据工程实际拿出最佳方案，是攻克软岩隧道施工的关键和前提，本文根据工程实例总结归纳，提出不同软岩特点不同地形条件针对性的施工方法，以供同行参考。

　　2 软岩隧道地质工程特点

　　2.1 地质特点

　　软岩，主要是指第四系全新、中更新、更新统的坡残积土部分。范围包括江河湖岸和池塘冲积、淤积层，人工杂填土、水田、溶洞充填物、新老黄土、风积砂等。普遍具有内磨擦角小，粘聚力弱及流滑、蠕变、膨胀、湿陷等不稳定的特点。一般南方地区软土含水量偏大，扰动易液化呈液态流动，北方地区软土含水量较小，失水后易呈固态流动，扰动易崩坍。北方地区软土浸水饱和，极易流失并很快失去承载力。

　　2.2 工程特性

　　某隧道施工区位于陕北黄土高原沟谷区，冲沟发育，植被稀疏，地形起伏较大。出露地层由新到老依次为：第四系全新统冲、洪积黄土质砂粘土;上更新统风积新黄土，冲积圆砾土、卵石土;中更新统老黄土;第三系红粘土以及侏罗系中统砂岩夹页岩、页岩夹砂岩。沿线冲沟、陷穴、滑坡溜坍、湿地、斜坡不稳、软弱地基及煤窑采空等不良地质现象特别发育。黄土隧道开挖后，初期变形大，变形速度快，围岩自稳时间较短。各岩层界面处地下水大，界面上、下土的含水量较大。这些对围岩的稳定性极为不利。

　　3施工方法

　　隧道采用喷锚构筑法施工、复合衬砌。喷锚构筑法是根据新奥法原理，以岩土力学原理为基础，合理地利用围岩的自承能力，尽量减少开挖隧道对围岩的扰动，使围岩成为支护体系的组成部分。

　　监控量测是喷锚构筑法的重要内容，通过监控量测指导隧道的设计和施工。据此，施工中我们遵循了下列原则：

　　(1)合理利用围岩的自稳能力，保持围岩稳定：

　　(2)以喷射混凝土、锚杆为主要支护手段，必要时采用钢架联合支护，及时支护，及时封闭，使围岩成为支护体系的重要组成部分;

　　(3)减少开挖作业对围岩的扰动，保持隧道开挖轮廓圆顺;

　　(4)二次衬砌在围岩与初期支护变形基本稳定的条件下进行。

　　3.1洞口段施工

　　一般来讲，洞口段由于埋深较浅，围岩破碎松散，开挖后，围岩不能形成自然拱，或者不能自稳，或者自稳时间较短，易导致坍塌。为安全进洞，均采用套拱。进、出口地质条件较好时清理边仰坡，并对边仰坡进行锚杆挂网和喷混凝土封闭，在拱部3 m范围内打三排超前锚杆;洞口位于地下水、地表水发育地段，对围岩采用 40超前小导管进行预加固。在套拱下施工作业，确保安全。

　　3.2 正洞施工

　　本标段三座隧道可分为三类，即土质隧道、上土下石隧道和石质隧道。新黄土具II级自重湿陷性，红粘土具弱膨胀性，砂岩及页岩互层，风化严重，产状近乎呈水平状，且岩层较薄。在各岩层界面，有较丰富的地下水。针对这种情况，我们对土质围岩采用非钻爆开挖法(即用风镐配合挖掘机开挖)，石质采用了弱爆破开挖法，遵循“围岩变，施工方法变”的原则。

　　在土质I、II类围岩的隧道施工中，严格遵循了“短开挖，禁爆破，快支护，勤量测，紧衬砌，早成环”的原则，采取超短台阶法，用风镐配合挖掘机开挖的施工方法。

　　当围岩软弱、松散时，围岩变形快，侧压力大，自稳时间短，初期支护早期强度不能满足围岩稳定要求，甚至开挖后便产生围岩失稳坍塌。根据本标段三座隧道围岩情况，一般情况下，采用超前锚杆的办法，稳定围岩。当覆盖层较薄，围岩松散破碎时，采用超前小导管进行预加固。土质III类围岩地段，开挖台阶长度可适当增加。由于红粘土具弱膨胀性，开挖后不宜暴露时间过长，为确保安全，开挖和初期支护参数原则上不能超出I、II类土质隧道开挖和初期支护参数。

　　4 软弱围岩隧道施工设备

　　4.1 超前支护作业机具

　　软岩隧道的超前支护，一般锚杆可采用矿用电煤钻成孔施作，迈式锚杆或WTD锚杆专用风枪钻孔或直接打入，管棚打孔可采用管棚钻机如国产土星881(轨行)、金星900(履带式)或矿用地质钻机打孔。

　　一般先成孔后顶管，国产设备由于成孔的直线度较差，顶管阻力大，机具作业欠灵活，施作效率较低，一般最大管棚施作长度在40m以内。瑞典和日本产专用管棚钻机的施作效率和一次施作长度均有很大提高。另外，采用凿岩台车掘进臂改造后钻孔和顶进管棚，也可以获得很快的施作进度，一般在成孔较好的软岩中可施作20m以内的管棚。

　　软岩钻孔，一般宜用螺旋钻杆，土质钻头，干钻成孔，孔壁坍塌可选用套管跟进，使用偏心扩孔钻头。若为粘土层，不易坍孔，可使用水钻成孔。

　　4.2 开挖作业机具

　　工程规模较大，软岩分布广，如地铁施工采用全护盾式土压或水压平衡盾构机，也可采用履带行走臂式护盾掘进机进行开挖施工，本文主要探讨一般机具条件支持下的施工方法。

　　一般软弱隧道开挖空间狭窄，大型机械难以施展作业。洞内开挖一般用人工，普通工具有锹、镐、铲、镢头等，稍硬或风化层使用风镐或电煤钻、风枪打孔微震松动爆破解决。无轨出碴工具采用0.1～0.3 m 小型履带挖掘机，风动翻渣机，农用自卸车或小型低高度装载运输车，也可采用履带行走的挖掘装载机。

　　软岩隧道有轨出碴运输可采用矿用侧卸斗车(0.8～2 m )、人力推运或调度卷扬牵引，也可采用8～14t电瓶车牵引，8～16m 棱式矿车载运渣。

　　5 结束语

　　软岩隧道施工，具体情况各有不同，施工方法的选择应以适合围岩特点，操作性强，能够确保安全，最大限度发挥机械作业和人力效率为优化原则。在制定软岩隧道施工方案之前宜充分汲取以往的施工经验教训，避免重大方案的失误，增加方案的可靠性和可行性。并且不断在施工中根据各种条件的变化及时调整优化完善方案，确保施工质量。

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文章名称： 软弱围岩中的隧道施工技术探讨

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