[隧道工程施工]软弱围岩隧道工程施工安全技术探究

摘要：软弱围岩由于强度低、稳定性差、变形持续时间长等特点,在隧道施工中常引起大变形、崩塌等破坏现象，导致初支结构强烈变形甚至破坏，严重影响隧道施工和安全，是隧道建设中遇到的主要难题之一。了解软弱围岩的工程特征，从设计源头上解决当前软弱围岩隧道建设过程中存在的问题，是非常必要和及时的。

所谓围岩是指在隧道工程建设过程中，围绕在隧道周围一定范围内的对隧道质量有着一定影响的岩体。而软弱围岩则是围岩的一种类型，往往与坚硬围岩相对应，一般来说单轴饱和抗压强度低于30MPa的岩石都可以称为是软弱围岩。

软弱围岩是静水或流速过缓水流中的松软悬浮物不断沉积所形成的，因此其主要成分一般是含水量较大的软性粘土和淤泥。而粘土和淤泥的内部结构往往都比较松散使得其间存在着大量的间隙。同时，由于这些粘土和淤泥主要来自于水流，使得其含水量往往较高，因而软弱围岩所具有的透水性能很差，并且固结的速率也相对较慢。

一方面，组成软弱围岩的颗粒粒子直径较小，大部分直径都小于0．05mm，而且颗粒之间存在的空隙往往充满水。这使得软弱围岩中的一部分粘土与颗粒间隙内的水结合，整体结构较为紧密，结构外部的水分很难渗透到结构之中，即围岩结构的透水性较差。这种情况下形成的软弱围岩可以极大程度上减少外界环境对其产生的影响，达到一种相对平衡的稳态，在很长的时间内都不会发生变化。

而另一方面，软弱围岩中的水分的存在形式基本上都是结合水，也就是说水分大部分都已经和组成围岩的颗粒结合到一起，自由水的含量自然也就比较少。在这种情况下，如果围岩结构受到了外界力的作用，由于内部水分不能移动，无法发生渗透作用，使得大量的水分无法从软弱围岩内部土壤中及时排除，土壤的固结速度从而较慢，使得岩体的硬度和强度都没有办法达到应有的标准。因此，当软弱围岩受到了外界施加的较大的剪应力时，非常容易造成剪应破坏。

软弱围岩的透水性能较差、固结速率缓慢等特点往往会使施工工程中的路面所具有的稳定性和承载性相对较差。一旦有较大的负载外力施加到路面上时，很容易对路面的质量产生较大的影响，从而危及交通安全。除此之外，软弱围岩所带来的危害还会体现在路堤滑坡和路基沉降这两个方面。

首先，由于软弱围岩自身透水性和固结速率的基本特点所产生的影响，往往会导致公路的稳定性较低。尤其是在坡度路面的施工建设中，不稳定的软弱围岩在受到较大强度的外力作用时随时都会发生滑坡，从而产生施工事故。

而另一个方面，由于软弱围岩的含水量比较大，而且其内部有着很多的微小间隙，以软弱围岩为基础建设的路面承载力极为有限。而在施工过程中难免会对其长时间持续施加高强度外力，在力的作用下很容易发生路基沉降，更严重的甚至会导致路面坍塌断裂的后果。而这也是绝大多数软弱围岩所带来的最为常见的路面危害。

某地铁隧道工程在东风西路的南北两面分别设置有进站口和出站口，为了将二者连接起来，必须在东风西路的地下建设一条连通隧道。该通道宽度为6．5m，拱高为5．8m，隧道拱顶与东风西路的距离为3．0m左右，通过对该区域的地层土壤情况分析，距离地表层1．2m，4．8m和8．0m处属于淤泥质软弱土壤，为了保证隧道工程的质量，在施工过程中必须要采用相关的安全技术。

软弱围岩隧道工程应采用超前管棚支护、调动围岩自承能力以及二次衬砌等创新工艺，使支护与围岩封闭成环，从而形成相互支撑的联合体系。同时也要采用高科技的测量手段进行施工辅助。具体的操作内容如下:

首先，在地铁隧道施工之前必须要对施工位置附近的围岩结构进行提前支护加固操作，然后采用高压灌浆技术，对范围内的围岩结构进行处理，使软弱围岩内部存在的微小空隙被填满。这样可以使地铁隧道在施工之前就拥有一个硬度与强度都相对较高的壳体，大大提高了地铁隧道周围围岩结构的稳定性。

其次，在灌浆完成之后，虽然此时软弱围岩结构已经具有一定的承载能力，单位施工人员在挖掘的过程中也应注意操作方式。最好是使用多次开挖的挖掘方法进行地铁隧道的掘进，以这种方式来减少对周围软弱围岩的震动，避免因震动过强而造成的垮塌、断裂等事故。在施工过程中，施工人员也应该时刻注意周围软弱围岩的变形程度，以确定后续所应该采取的操作。

最后，施工过程中要对掌子面、围岩强度等地理数据进行量测，掌握实时动态，确保安全。虽然我们在施工之前已经对施工区域附近的软弱围岩采取了一系列的处理措施，但是这并不能够保证在施工过程中不会出现问题。因为在隧道挖掘的过程中，由于地下土层不断被掏空，使得周围的软弱围岩所需要承受的压力越来越大，加之挖掘过程中由于机器运行对软弱围岩造成的震动和压力，如果不进行实时检测并对施工行为进行实时调整，就很容易发生危险。

第一，管棚施工。所谓管棚施工便是在地下隧道挖掘之前，先在附近的岩体中钻孔并安装惯性力矩较大的钢管，以此来对周围的岩体进行支撑，防止隧道上方的土层发生沉降、坍塌、断裂等问题。管棚通常采用DN100无缝钢管进行安装，并在钢管内放入直径50的钢筋，然后用普通硅酸盐水泥向钢管中灌浆，注浆压力为0．6MPa～1．0MPa。

第二，衬砌施工。衬砌施工是为防止围岩变形或坍塌，沿隧道洞身周边用钢筋混凝土等材料修建的永久性支护结构。为了提高地铁施工面的稳定性，洞口开挖完成之后要立即进行衬砌施工。而衬砌施工在隧道工程中的应用极为普遍。在施工之前，首先要对施工区域进行调查，测量之后便要依据数据进行判断，以确定其是否能够达到施工的标准。如果能够达到施工的标准，才能进行后续的施工。衬砌施工通常分为两个部分，即两侧衬砌和拱顶衬砌，两侧衬砌先用水泥混凝土浇筑，当混凝土强度达到80%后进行横撑工字钢的拆除，每次拆除10m，然后用规格Ⅰ16的工字钢进行模板衬砌待拆模之后，横撑工字钢竖直连接在衬砌与钢拱架之间

第三，监控测量。监控测量是根据新奥法原理来确定施工区域围岩的状态是否能够满足施工的要求。由此再来制定日后的施工程序，保证施工的安全性。为了减少因隧道施工而带来的路面沉降，在隧道管线之上设立了多个测量观察点，对路面进行实时监控测量，如果发现路面变形，则立即调整施工参数，确保路面形变低于30mm的极限值。通过检测，东风西路路面最大沉降值小于30mm，满足施工要求。

城市化建设的过程中，交通问题是重中之重。现在很多的城市为了能够加快城市交通的建设，都已经致力于建设地下交通的工程。但是在地铁隧道施工时，软弱围岩将会对施工工程造成极大的影响。因此软弱围岩隧道工程施工中应当按照超前支护、少部分大进尺开挖以及加大机械投入力度等方法，从而保证工程的施工质量和安全。