导  言  

如何提高软弱围岩隧道施工水平，预防变形和坍方，确保施工安全，其核心是抓住软弱围岩隧道工程特点，落实好 “ 三超前、四到位、一强化 ” 施工技术关键环节。

    ●三超前：超前预报、超前加固、 超前支护

   ●四到位：工法选择到位、支护措施到位、 快速封闭到位、衬砌跟进到位

   ●一强化：强化量测

典型事故案例：

郑西客专南山口隧道大坍方（2007年7月15日发生）。坍方段埋深86米，地质为强风化粉砂岩及卵石土，采取台阶法施工。掌子面初期支护首先出现掉块、开裂，3天后发生大坍方，坍方长度146米，洞内初期支护全部破坏，造成地表房屋开裂，经济损失较大。坍方原因：快速封闭不到位、衬砌跟进不到位、量测未到位。（上台阶开挖83米，仰拱距掌子面126米，二衬距掌子面146米）。

一、软弱围岩隧道地质特征和工程特点

1、软弱围岩隧道地质特征

（1）围岩强度低，承载能力低。 如黏性土、粉土、砂类土、黄土、全风化岩体等。

（2）节理发育、破碎、自稳能力差。 如岩体破碎的泥岩、页岩、砂岩、千枚岩、板岩等。

（3）断层带散体结构、自稳能力极差。 受构造影响，断层带结构面杂乱无序，呈角砾、縻棱状或碎裂结构，充填泥质或泥夹岩屑。

2、软弱围岩隧道工程特点

软弱围岩强度低、自稳能力差，隧道开挖后地应力重新分布，使隧道周边产生较大的松动圈。一旦工程措施（包括设计措施）和施工方法不当，将极易发生初期支护变形侵限和隧道坍方等工程事故。因此，软弱围岩隧道施工的核心是 “控制变形、防止坍方” 。

二、软弱围岩隧道施工技术

软弱围岩隧道施工，应在七个方面（ 超前预报、超前加固、超前支护、开挖工法、初期支护、二次衬砌、监控量测 ）予以重视，实现标准化施工管理，从而避免变形和坍方事故的发生。

1、超前预报

现场时常会遇到实际开挖揭示的地质与设计提供的地质存在较大差异，引起技术措施和施工方法的变化。因此，除设计阶段加强地质勘察外，施工阶段也必须进行超前地质预报工作，这一点尤为重要。   

地质素描、物探、超前钻探方法 是软弱围岩超前预报的主要手段。

在破碎带和断层地段，加强超前长、短钻孔，及时探明隧道前方地质情况，特别是地下水的发育情况，严禁在未探明情况下盲目开挖。

参建各方都应该重视施工阶段超前地质预报工作，建立责任制，明确责任和分工。高和极高风险隧道，必须进行超前地质预报的专项设计。

2、超前加固

在断层破碎带和软弱地层，特别是富含水时，必须对围岩进行超前加固，改良地层，确保隧道安全施工。

必须配备专业队伍、专业设备，进行专项设计，保证加固效果。

目前，常用的围岩加固方法是注浆法。 注浆法主要分全断面注浆和局部注浆两种。在富水断层地带，常采取全断面注浆。

全断面注浆法钻孔数量多，施作周期长；局部注浆是针对隧道前方地层特点，对薄弱部位进行注浆，钻孔数量少，施作周期短。

无论是全断面注浆，还是局部注浆，都要求必须配备先进的钻孔注浆设备，必须采取 信息化注浆 。

注浆加固范围：

（1）纵向加固长度应根据钻机能力和地层特点确定，一般为20～30m。特殊地层条件下，应及时调整纵向注浆加固长度，否则既影响进度，又影响质量。

（2）环向加固厚度一般为3～5m，局部可增加到5～8m。

3、超前支护

常用的超前支护方式有超前大管棚和超前小导管两种。

A超前大管棚： 超前大管棚一般是在对沉降有严格要求时使用，适宜于浅埋洞口、堆积体、砂土质地层、断层破碎带地层，以及下穿公路、铁路、地面建筑物时采用。大管棚一般采用φ70mm～φ159mm的钢管，纵向长度10～100m根据工程需要设置。

设管棚工作间：一般施作管棚时都要设置管棚工作间，管棚工作间按钻机特点设计，比隧道断面加宽50～70cm，工作间长度7～10m，如果只进行一个循环管棚施作，管棚工作间比较简单。但如果循环多时，施作多个管棚工作间就存在着三个问题。

一是为施作工作间，隧道断面加大后，开挖难度加大，开挖安全风险增加。

二是若循环注浆后未能按设计开挖到位，工作间尺寸将满足不了要求，将无法进行正常管棚作业。

三是由于管棚工作间采取扩挖断面方法，既增加了开挖费用，又增加了回填混凝土的费用，浪费大。

无工作间管棚施作技术：在标准断面采用顶进器将管棚顶到开挖断面外。该技术不需要扩大断面，不切割大量的管棚，降低了施工风险，提高了工效，节约了投资，应大力推广。

 B超前小导管： 超前小导管是在对施工安全要求较高的条件下使用。在破碎围岩、堆积体、砂土质地层、断层破碎带中普遍采用。当地层卡钻严重时，可采用自进式锚杆。小导管一般采用φ32mm～φ60mm的钢管，纵向长度2.5～6m根据工程需要设置。小导管布设后根据地层稳定情况，如需要可进行注浆，加固周边地层。

洞内超前小导管施工照片如下图：

A  水平旋喷支护： 软塑土体、含水砂层等可采用水平旋喷进行超前加固与支护。

B 预切槽支护： 用特制的链式机械切刀沿断面周边连续切割出一条厚约数十厘米，深数米的窄槽，同时应用与切刀一体化的混凝土灌注设备注入混凝土，形成一个连续的，起预先支护作用的混凝土拱壳。然后在“拱壳”支护下进行工作面的全断面机械挖掘。

预切槽法三维示意:

4、开挖工法

常用的开挖工法有台阶法、环形导坑（预留核心土）法、CD法、CRD法、双侧壁导坑法等。

（1）开挖工法应根据地质情况和地层加固情况确定。实施中根据地质情况和量测成果及时调整工法。

（2）开挖工法选择时，原则上在确保安全条件下，应从简单到复杂，尽量减少开挖步骤。

（3）现场施工应严格执行设计工法，不得擅自更改。

●台阶法： 该工法一般适合于Ⅳ级围岩，要求台阶长度不大于1倍洞径，仰拱距掌子面距离不大于2倍洞径。

●环形导坑(预留核心土)法： 该方法利用核心土稳定掌子面，然后开挖两侧边墙、中部核心土，最后开挖仰拱。该工法步骤多，工艺要求高。

目前，软弱围岩大断面隧道多采用环形导坑法（三台阶七步流水法），出现的问题也最多，对该工法技术要求如下（双线隧道）：

（1）上台阶每循环开挖进尺Ⅴ、Ⅵ级围岩不大于1榀钢架，Ⅳ级不大于2榀。

（2）边墙开挖进尺不大于2榀。

（3）仰拱开挖前必须完成钢架锁脚锚杆（管），每循环开挖进尺不大于3m。

（4）初期支护封闭成环位置距掌子面距离原则上不宜不大于2倍洞径。?根据地质、量测情况，设置临时仰拱或横撑。

●CD法（中隔壁法）： 该工法适合于浅埋地段或穿越建（构）筑物时采用，以减少沉降，防止坍方。该工法是将隧道分为左右两部分进行开挖，先在一侧采用台阶法分层开挖及支护，再开挖隧道另一侧。每台阶纵向长度3～5m。初期支护仰拱紧跟下台阶，封闭成环。

●CRD法（交叉中隔壁法）： 该工法在特殊条件下采用。该工法是将大断面隧道上、下、左、右分块开挖，并施作初期支护和临时横撑（临时仰拱），每台阶纵向长度3～5m，步步封闭成环。

CRD工法开挖照片

●双侧壁导坑法： 该工法在特大断面等特殊条件下采用。该工法先开挖隧道两侧导坑，再进行中部开挖支护。工法特点：控制沉降变形好，但连接点多，受力复杂，对工艺要求高。

双侧壁导坑工法开挖照片

对于岩石强度低，环境要求高的隧道应采用单臂掘进机、铣挖机、机械破碎等开挖。

5、初期支护

初期支护方式：锚网喷；锚网喷+钢拱架，钢架形式有格栅钢架、工字钢、H型钢。特殊地质条件下使用喷钢纤维混凝土。

初期支护受力特征：隧道开挖后短时间或变形量小时，初期支护与地层共同承受形变压力。支护不及时或支护后变形量过大，岩体松动后荷载加大，由初期支护完全被动地承受松动压力。因此，必须保证初期支护的强度和刚度，及时支护，控制变形。

初期支护仰拱（临时仰拱）及时闭合极其重要，闭合成环后，提高了结构的承载能力，从而有效地控制变形、避免坍方。

技术要求：

 （1）双线隧道Ⅳ、Ⅴ级围岩采用台阶法开挖时，必须设置锁脚锚杆（管）等控制拱（墙）脚位移的措施。

（2）双线隧道Ⅴ级围岩应设置横向临时支撑或临时仰拱，临时支撑采用型钢，纵向每2榀设1处。

（3）钢拱架宜采用八字节格栅拱架。

（4）钢拱架应工厂化制造，出厂前必须进行检验、试拼装。

（5）喷混凝土原则上采用湿喷工艺，特殊地质条件下可另行设计。

6、监控量测

监控量测是软弱围岩隧道安全施工的“眼睛”，是判断结构稳定性、指导软弱围岩隧道安全施工“最重要”的信息化手段。不进行监控量测，将无法保证软弱围岩的安全施工。很多隧道的变形与坍方是因为没有进行量测、或没有使用量测成果才产生的，教训深刻。  

监控量测主要包括拱顶下沉和水平收敛，浅埋段应进行地表沉降量测。目前采用有尺量测的较多。由于隧道断面大，采取有尺量测时，施工干扰大、耗时长。应大力推广采用全站仪利用贴片反射进行量测。

技术要求 ：

1、建立等级管理、信息反馈和报告制度。 

2、隧道监控量测必须设置专职人员，培训后上岗，实行专业化管理，城市隧道要引入第三方监测。

3、量测断面布置间距Ⅳ级围岩10m（规程10～30m）、Ⅴ级围岩5m（规程5～10m）。

4、拱顶下沉或水平收敛速率达5mm/d或位移累计达100mm时，要暂停施工，分析产生原因，提出处理措施。

5、采用有尺量测时，测点挂钩要做成闭合三角形，保证不变形、点接触。

7、二次衬砌

由于目前初支＋二衬共同承载的设计方法，适时进行二次衬砌对安全施工十分重要，根据部有关要求：Ⅳ级围岩二衬距掌子面距离不大于90m，Ⅴ级、Ⅵ级不大于70m，这些经验数据是十分重要的，现场必须严格执行。

下面介绍一下隧道洞口施工应注意的几个问题：

1、“早进晚出”，对洞口不良地质可采取加长明洞、管棚法进洞等措施。

2、一次刷坡到位，不允许上半断面刷坡后进洞，这样，进洞后再刷下半断面时易引起洞口滑坍。

3、尽早施作洞口工程。

 高地应力软岩隧道施工的几个问题：

1、超前预报。目前尚未系统开展掌子面地应力测试，这就给工程措施的制定造成困难。

2、锚杆加固。及时施作长锚杆加固围岩，必要时采用预应力锚杆。

3、初期支护刚度。合理选取支护刚度参数，防止变形侵限。必要时可施作双层初期支护。

4、超前释放应力。目前现场进行了超前钻孔、超前导洞释放应力试验，都没有很好的效果，应继续开展工程实践及研究。

岩土控制变形分析法:  对掌子面超前加固后可全断面机械化施工，不但可加快进度，而且施工安全度高，应在工程中应用和推广。