基于大断面隧道软弱围岩的施工技术探讨

基于大断面隧道软弱围岩的施工技术探讨

赵新宇

中交一公局厦门工程有限公司福建厦门361000

摘要：近几年，我国的铁路事业飞速发展，客运线路及高铁线路的建设也随之扩大起来，在这些铁路的建设中，有大量的大型断面隧道，大部分的大型断面隧道的始挖断面面积超过了150平方米，还有的断面面积超过200平方米。针对这些大型的断面隧道，在施工过程中的难点在于，隧道的软弱破碎围岩，如何处理这些软弱破碎围岩就是文章所要着重讲述的内容。

关键词：大断面隧道；软弱破碎围岩；力学特性

引言

当前，我国的经济得以快速发展，一个重要的原因不能够被忽视，那就是我国的交通建设，尤其是基础建设方面，在客运线路及高铁线路的建设上，都是投入了巨大的财力及物力，我国在这方面的建设已然走入了发展的快车道。在建设高铁的过程中，对于高铁的线路地形有着非常高的要求。所以近些年中，在偏远山区的高铁施工中，桥梁隧道在高铁建设的全线施工中所占据的比例越来越大，在高铁建设中的地位也越来越高。200至250km/h的速度范围是现行的高铁运行中的一个标配速度，高铁在桥梁隧道的内部行进的过程中，就会产生一些物理学上的动力，在此我们称为空气动力。为了克服这一动力对于高铁本身，或是桥梁隧道本身带来的冲击，我们在建设高铁时，通常使用双隧道的施工技术，这样就导致了在高铁建设的线路上，大断面的隧道不断地出现，而且隧道的净面积都在100平方米以上，一般情况下，隧道开挖时的面积都会达到150平方米以上。但是在软弱破碎围岩的地质施工中，大断面的隧道施工难度还是很大的，在以前的高铁隧道施工中，我们都是应用的比较传统的矿山施工法进行修建高铁施工，但是随着现在高铁隧道施工的净面积的不断增大，矿山施工法对于处理软弱破碎围岩的地质的缺陷就显现得较为突出，这种施工方法无法解决软弱围岩的变形时间问题。文章就详细讲述一下新型针对软弱围岩的隧道施工技术。

1高铁施工中的针对软弱破碎围岩地质的隧道的开挖技术

针对于软弱破碎围岩地质的隧道在开挖技术上有以下几种技术方法可以在施工中采用：（1）隧道开挖台阶法；（2）隧道开挖预留核心土环形方式的开挖法；（3）隧道开挖CD法；（4）隧道开挖CRD法；（5）隧道开挖的双侧壁导坑法。这五种软弱破碎围岩的地质的隧道开挖的技术方法主要原理就是对小断面进行支护并且封闭，来增加高铁隧道的稳定能力。这几种方法虽然在高铁隧道的稳定性方面具有帮助，但是，这几种方法也在很大程度上限制了较大型的隧道施工设备的应用，就会使整个高铁的隧道施工工期变长，进度变慢，施工的安全也得不到相应的保障。一旦碰到隧道过深的施工条件，隧道的变形就得不到有效的控制，高铁的施工质量就得不到保障。在高铁隧道施工中，也不要完全为了满足安全施工的要求，而使用较多，甚至是过多的支护来进行高铁隧道施工，这样，就会无限期地延长隧道施工工期，而且在施工支护时，也较容易出现安全事故，所以要特别注意这一点。

当前在矿山行业当中，对于软弱破碎围岩的讨论和研究还是比较多的，但是在高铁的隧道施工中这方面的讨论研究就会比较少了。矿山中的隧道研究和高铁中的隧道研究完全不一样，矿山的隧道的断面是小断面隧道，而且运行使用的时间也会比较短，带有临时的性质，对于隧道的弯曲变形的控制的要求比较低；相比较而言，高铁的隧道则完全相反，高铁的隧道的断面是大断面隧道，而且运行使用的时间很长，带有永久使用的性质，对于隧道的弯曲变形的控制的要求非常高。两种隧道的区别就决定了在研究过程中的侧重点的不同，我国经过引进先进技术的方式已经成功的在高铁隧道的施工中，有了一些成功的施工经验，但是在软弱破碎围岩地质的大隧道的施工技术，还是一个空白的状态。

2简单叙述软弱破碎围岩的种类并分析其力学性能

软弱破碎围岩通常情况下分为两种类型，一种是地质破碎软岩，另一种是工程破碎软岩。地质破碎软岩具有：（1）强度较低；（2）孔隙较大；（3）胶结度较差；（4）易受到构造曲面的风化及人工切割影响等特点，地质破碎岩石是一种含有较多量的粘性矿物质的岩层。

工程破碎软岩具有：（1）容易受到工程力的影响而发生塑性变形；（2）岩层软，松，弱等特点。在工程破碎软岩中，我们要求的是工程破碎软岩的强度要与施工的工程载荷相适应。工程载荷的大小和软岩的岩层强度就决定了破碎软岩的相对性质；在施工载荷一定的情况下，岩体的强度高于工程载荷的岩石我们成为硬岩；岩体的强度低于工程载荷的岩石我们成为软岩。

软弱破碎围岩的力学特性大致体现为：（1）软弱破碎围岩的结构互相交织；（2）软弱破碎围岩分布随机；（3）软弱破碎围岩并没有很明确的方向特性；（4）整体的抗压强度不高；（5）开挖后的稳定性较差等。我们如果从岩层的总体布置上来看，岩层会显示出它的弹性塑性的特质，这种弹性塑性的特质会在岩体因为外应力的存在而造成岩体损坏时，给岩体的变形一个塑性强度，达到保护岩层的目的。

3分析软弱破碎围岩的地质特点

一般来说，软弱破碎围岩的地质特点有两个：第一个是它的地质特性；另一个是它的工程特性，下面依次来叙述一下。

3.1软弱破碎围岩的地质特性

软弱破碎围岩指的是残破积土。具体方面有荷塘的积淤，冲积层、人工填土层，黄土等。软弱破碎围岩有以下特点：（1）由于内摩擦的角度偏小，导致了围岩的粘聚力不足，偏弱；（2）较容易出现流滑变形，蠕变现象，膨胀扩张问题等不稳定的情况。软弱破碎围岩在不同区域会出现不同的特性，在南方和北方的这种围岩也具有各自的特点。北方的软弱破碎围岩受到北方干燥气候的影响，含水量较低，容易吸收水分，使围岩出现固态移动现象，因此，北方的软弱破碎围岩在隧道施工中容易出现崩塌的现场，在施工中，比较危险；而南方的软弱破碎围岩受到南方多雨气候的影响，含水量较高，在施工中，吸水性小，不容易出现崩塌事故，这主要是由于南方的软弱破碎围岩本身就存在固体流动性。

3.2软弱破碎围岩的工程特性

在施工的工程中，我们一方面要结合当地软弱破碎围岩的特性，另一方面还要结合高铁隧道的本身的特点，否则在施工过程中容易出现问题。在高铁工程施工中要注意以下四个问题。（1）基于上面的叙述，我们知道软弱破碎围岩的稳定性能不够，容易出现坍塌事故，这样就会给工程的进度造成影响，因为由于围岩的不稳定性，导致在施工过程中不易形成仰坡。一旦在加固洞口的过程中出现下沉，那么就极容易出现洞口的安全事故。（2）因为软弱破碎围岩在扰动后的自身稳定能力比较差，这样就会在自身稳定上花费比较多的时间，造成了工程工期延长，影响施工的进度。（3）由于大多数的高铁隧道施工都处在地形比较复杂的地方，很多施工的地形需要探测一次以上，这样就会使得在隧道设计时，设计参数发生改变，给工程的施工带来了不确定的更改因素，影响了隧道工程的施工。（4）当高铁隧道在施工过程中遇到软弱破碎围岩的地质时，隧道的施工的危险就会加大至少一倍以上的系数，这样就给现场的施工人员或者管理人员带来了人身安全的影响，也给施工的质量带来了影响。

4结束语

针对这些大型的断面隧道，在施工的过程中的难点在于，隧道的软弱破碎围岩，我们应该熟悉各种地质的特点，根据它们的特点来施工，保证施工的安全、可靠。

参考文献：

[1]张延新，蔡美峰，乔兰，等.高速公路隧道开挖与支护力学行为研究[J].岩石力学与工程学报，2006，25（6）：1284-1289.

[2]万明富.超大跨公路隧道开挖力学行为研究[D].沈阳：东北大学，2009.

[3]魏立.大断面隧道软弱围岩单侧变形控制施工技术[J].山西建筑，2010（35）.