分析软弱围岩地质山区高速公路隧道施工技术

分析软弱围岩地质山区高速公路隧道施工技术

杨材林

云南第一公路桥梁工程有限公司  云南大理 671000

摘要：为克服山区高速公路建设隧道施工中软弱围岩地质的环境条件，在施工技术正式实施前要结合其复杂的地形条件落实地质勘察工作，明确施工现场软弱围岩地质的地形与形变特征，保证施工地质数据信息获取全面、准确的前提下，制定科学的施工方案，以保证高速公路隧道整体施工质量为核心，对施工过程中可能出现的各种不良因素进行综合考虑，对方案细节进行不断优化，为工程项目施工提供指导。文章围绕软弱围岩地质特征，分析其在高速公路隧道施工中存在的问题，指出施工技术实施期间的要点，以供参考。

关键词：软弱围岩地质；高速公路隧道；施工技术

引言：在建筑工程的现代化发展中，随着社会经济和科学技术水平的快速提升，使得许多新型施工技术在山区高速公路隧道建设工程得到有效应用，在经过大量的应用实践后逐渐形成一套科学完善的施工体系，保证其技术应用效果符合质量验收标准。但由于软弱围岩地质的地质状态对施工水平提出更严格的要求，需对施工技术方案作出针对性的改善，才能使其工程质量得到有效保障。

1. 软弱围岩地质特征

相比于山区高速公路隧道建设工程常规的地质条件，软弱围岩地质中无法对岩体造成较大的冲击力度。结合我国山区高速公路和穿山隧道主体设计工程技术标准规范、岩土地质勘察工程技术标准规范、岩体设计工程地质分级技术标准可以总结出，软弱围岩地质单轴最高抗压冲击能力通常无法承受超过30MPa的承载强度，再加上自身构造重力作用下外力冲击与自然侵蚀的影响，导致其主体横截面、缝隙、主体节点等基础结构可能出现明显的变形问题，严重影响软弱围岩地质的自稳性结构。另外，由于软弱围岩地质没有良好的自然赋存条件环境，且大部分地质条件中土壤含水量较高、地质适应力不固定，导致其还将会受到各种重大地质自然灾害的严重影响。

随着山区高速公路隧道建设工程在软弱围岩地质中的开展，会使其原本的形变与塑性参数出现显著变化，同时在隧道开挖后维持稳定状态，还会在很短的时间内发生形变，以施工初期阶段的形变速率为最快。随着山区高速公路隧道在软弱围岩地质中施工进度有序推进，其周围的塑形地带的规模也会进一步扩展和增加，如果施工过程中结构刚度不强或支护措施不当，都会加大软弱围岩受到的扰动区范围，对弹性地带区一定长度锚杆的触达性造成影响，致使喷锚支护失去其原有的作用[1]。从软弱围岩地质在山区高速公路隧道开挖后主体的变形情况来看，侧墙内壁被挤压、侧墙拱顶发生沉降等都是纵向主体形变的表现。同时，在指向高速公路隧道主体开挖中心或起点的方向还会出现横向位移。如果软弱围岩地质受到高速公路隧道施工的侵蚀，通常会具有显著的形变特征，且持续较长的形变时间。

2. 山区高速公路隧道在软弱围岩地质中的施工问题
   1. 开挖施工

结合已有的山区高速公路隧道建设施工经验来看，针对软弱围岩地质开展开挖施工通常会采用爆破法、台阶法、中隔壁法三种技术手段。在具体的施工过程中需要结合施工现场的实际情况，选择适宜的开挖施工方法。以爆破法的光面爆破操作为例，在现场爆破作业中应用高能量炸药在爆破环节产生的强大的冲击力形成隧道断面，但同时这种方式也会对软弱围岩的自稳能力造成影响，使其性能指标降低10%—30%，且如果岩体与爆体的距离较近，还会使其受损情况更加严重，甚至出现坍落现象和超挖问题[2]。随着循环爆破的完成必然会产生一定程度的振动影响，破坏周围的自然环境和人为建筑等，进而出现堆积现象，进而为施工进度、施工成本、施工效益等产生不利影响。

2.2初期支护

为切实保障山区高速公路隧道在软弱围岩地质建设的稳定性，在施工过程中还要加强关注初期支护工作的配套开展，保证隧道整体结构的稳定性。但在部分高速公路隧道建设工程中由于设备设施配置不全，施工技术相对落后，导致其施工过程还可能出现安全问题。比如，在初期支护中应用系统锚杆技术，虽然适用于山区高速公路隧道建设工程中软弱围岩地质的环境条件，但由于其施工细节较多，一旦其中某个细节管理不到位都会影响其质量安全。

3. 施工技术实施要点分析
   1. 开挖土石方全断面

考虑到山区高速公路隧道施工中软弱围岩地质山区现场条件的特殊性，在施工设计阶段要结合其理论分析结果对其施工设计方案作进一步优化，结合土方石开挖技术对工程项目施工效果造成的直接影响，对其技术应用采取严格的控制措施，使土方式开挖技术操作实施过程中尽可能降低对现场软弱围岩造成的扰动影响，使该工程在软弱围岩地质中现场开挖效果得到进一步优化，使施工过程中的安全风险系数降低。

在土石方全断面开挖作业中，可运用明挖施工的方式，先按照设计图纸在现场做好测量放线与截水沟设置工作，之后在洞口边坡处提前完成喷锚支护工作，并对其进行削平处理，综合运用分段、分层的开挖方法完成开挖任务。在洞口边坡开挖任务结束后才能进入洞内开展进一步开挖作业，按照台阶法的标准要求从上到下、从内到外逐步完成开挖工作。在洞内开挖施工中要针对不同的软弱围岩地质调整其开挖策略。在洞内Ⅳ类围岩开挖中，可采用断面一次开挖或台阶法完成开挖任务。在土方石开展过程中，施工单位要在现场安排专人负责对开挖步距的严格控制，使土方石开挖效果得到有效优化，不仅能为后续地基支护环节顺利施工提供支持，还能确保其技术应用符合高速公路隧道施工的安全性要求。

为避免因软弱围岩地质自稳能力不足导致其出现安全事故，在洞内Ⅴ类围岩开挖过程中，需贯彻强支护、弱爆破、微台阶等技术实施原则，在超前地质与降排水中通过钻深孔对其做出准确盘点，同时加强超前小导管注浆方法的配套应用，发挥其强化软弱围岩本体稳定性和超前支护的效果，避免洞内开挖过程中出现塌方。对于洞内的边墙结构可回填适宜强度的混凝土，使该结构的承载力得到有效强化。

3.2围岩掘进

为保证山区高速公路隧道建设质量与效率，施工人员在围岩掘进环节要从现场的实际情况着手，对软弱围岩地质中现场和周边地块主体结构的物理特征和化学性质进行详细勘察与全面整理，以现场软弱围岩地质周边地块的实际情况作为选择掘进施工技术选择和应用的关键要素，制定科学可行的掘进施工技术实施方案。在分析高速公路隧道软弱围岩地质的过程中，还要对施工环境、设备设施、掘进技术等具体情况进行综合考虑，以深入分析并全面掌握软弱围岩地质特征为基础，组织施工人员开展多孔掘进开挖作业模式，或联合应用多种技术手段，确保高速公路隧道在软弱围岩地址中的掘进效率与安全性。受软弱围岩地质特性的影响，在掘进施工环节还要针对其变形问题采取相应的控制措施，使其保持理想的稳定性，同时不能超过高速公路隧道建设工程掘进施工允许的标准深度范围，使软弱围岩活动强度得到更有效的技术保障。

3.3超前支护

软弱围岩地质山区高速公路隧道施工中，超前支护技术具有重要的应用价值。其中，大管棚施工和超前小导管注浆施工是常用的两种超前支护技术。大管棚施工是指在隧道掘进前方设置大直径钢筋混凝土管棚，通过管棚进行预先支护。管棚由多个钢筋混凝土环组成，其直径通常为2—4米。先打洞穿越软弱围岩层，然后安装管棚，在管棚内进行掘进作业。完成一段管棚后，采取密植式注浆填充管棚与围岩之间的空隙，形成整体支护体系。大管棚施工可以有效控制软弱围岩的变形和稳定性，降低了隧道掘进过程中的风险。以某个实际项目为例，该项目采用了大管棚施工技术，管棚直径为3.5米，管棚环厚0.45米，钢筋配筋密度为2000 mm²/m。通过经验数据分析发现，在大管棚施工下的隧道掘进过程中，围岩变形量比传统施工方式减少了50%以上[3]。

超前小导管注浆施工是指在隧道掘进前方设置小直径的钢管导管，并进行注浆加固。导管的直径通常为100—300毫米。打孔安装导管，然后在导管内进行注浆作业。注浆材料通常采用水泥浆、聚合物浆液等，填充导管与围岩之间的空隙，从而形成预支护体系。超前小导管注浆施工可以提高软弱围岩的抗裂性和强度，减少隧道掘进引起的地面沉降。该项目采用了超前小导管注浆施工技术，导管直径为150毫米。经过监测数据分析发现，在超前小导管注浆施工下，隧道掘进引起的地面沉降量平均减少了30%。

通过以上分析可见，大管棚施工和超前小导管注浆施工是软弱围岩地质山区高速公路隧道施工中常用的超前支护技术。它们通过提前进行支护和加固，有效地控制了软弱围岩的变形和稳定性，降低了施工风险。

3.4锁脚锚杆

在高速公路隧道断面结构挖掘的过程中，可加强对锁脚锚杆技术的联合应用，从该技术在现阶段的实践应用效果中可以发现，边墙超前锚杆技术在软弱围岩地质山区高速公路隧道建设中的应用可以使系统受力和锚杆结构提出的稳定性要求得到更好地满足，促使超前锚杆施工技术在高速公路隧道建设施工现场的应用效果得到进一步提升。在应用锁脚锚杆技术开展施工作业的过程中，要结合现场的具体条件对垫块合钢槽结构的实用性能与尺寸参数等进行合理选择，避免因垫块合钢槽结构应用不当导致支护操作效果受到影响。

在以边墙超前锚杆技术为代表的锁脚锚杆技术应用中，可选用φ22螺纹加固制作而成的超前锚杆，保证其杆身强度满足支护施工的实际需求。根据山区高速公路隧道在软弱围岩地质下的支护需求，对锚杆的纵向间距、环向间距、整体长度等设置参数进行合理设计，并保证其搭建长度不低于1m。在钻孔作业完成后，还要对孔内剩余的碎块杂物展开全面清理，为避免其他杂物落入其中，还要对其进行封堵处理。按照超前锚杆设置总量的10%对其孔位、长度、孔径、钻孔深度进行检查，要求其孔位与钻孔深度的偏差不超过规定值±50mm，长度与孔径符合设计要求。

结论：综上所述，在打通城市经济与乡村经济壁垒的过程中，山区高速公路隧道项目在建设过程中可通过技术赋能强化其施工建设效果，特别是在软弱围岩地址中，更要以施工现场实际状况为重要依据，对各个阶段的技术选择与实施作出适当调整，构建设计施工一体化实践模式，保证技术应用成效，提高隧道建设质量和效率。

参考文献：

[1]谭锋. 软弱围岩地质山区高速公路隧道施工技术研究 [J]. 江西建材, 2023, (06): 334-335+338.

[2]荣耀. 山区软弱围岩地质下的公路隧道施工技术 [J]. 石材, 2023, (06): 117-119.

[3]常彦军. 软弱围岩地质山区高速公路隧道施工技术及注意事项 [J]. 居业, 2022, (01): 16-17+20.