软弱围岩大断面隧道开挖面变形控制技术

马俊虎

摘要：在我国一般将强度小、胶结程度小、孔隙程度大，容易受到构造面切割，或者风化程度比较明显的松、软、弱地层称为软弱围岩，并且导致软弱围岩形成的情况多种多样，诱发因素也有许多种，本篇文章就根据我国现阶段的实际社会发展状况，介绍了软弱围岩隧道开挖设计的相关变形控制技术。

关键词：软弱围岩；大断面；隧道开挖；控制技术

1 软弱围岩的地质特征

我国地形呈现多样化，并且有许多偏远广阔的地区，整个地质条件十分复杂，而对于软弱围岩本身来说，它自己的结构面就相对软弱，并且内部结构十分松散，整个围也没有很好的强度，工作人员在进行隧道开挖时，如果掌子面在受力严重的情况下很可能发生变形，并且，在软弱地层的开发过程当中，如果变形程度达到了某一数值，那么也会导致隧道的洞室失衡，并且支撑整个隧道的结构也会遭受到明显的破坏，因此，有关部门就应该及时探讨软弱围岩隧道开挖设计的相关变形控制技术，以此来保证隧道开挖整个工程的安全性和效率。

对于软弱围岩来说，本身就具有性能不佳，结构不完整，承载能力偏弱的特征，首先来讲，我国软弱围岩一般具有如下几个重点特征，首先来讲，软弱围岩可能会引起风化，由于软弱围岩没有很好的强度，一般千枚岩，片岩以及各种泥岩都属于软弱围岩没有很好的稳定性，并且强度也较小，长时间暴露在空气当中，软弱围岩层可能会发生软化，欲水后又极易发生风化，这些变化在特殊地段发生十分频繁，而这一变化及其容易导致地质层塑性变形。除此之外，地质层深度及其范围相对偏大。由于软弱围岩没有很好的粘结力，并且内部相对松散，一般破碎挤压带，土层或者是风化，岩体层等都会形成软弱围岩，在隧道施工的过程当中，如果单纯利用岩体颗粒，彼此之间的胶结作用来建立起拱形，那么就不能够保证施工地段有很好的结构，并且在施工过程当中，或者是后续的使用过程当中会发生坍塌事故。软弱围岩的结构面相对较弱，很有可能会引起他华现象的产生。如果岩体的结构面受到了重度的切割，那么就会导致软弱围岩结构面的各种块状岩体十分软弱，很有可能会导致附近岩体结构面引起坠落或者是变形，对隧道的结构造成一定的损伤。

2 软弱围岩隧道开挖变形的形成机理

变形破坏。变形破坏最早是由围岩的性质来决定的，由于围岩自身的延性或者是秦结构条件以及相关的环境因素，也就是说低应力大小以及地下水实际的发育程度，都会导致软弱围岩变形破坏，笔者本次就对这一现象进行了简单的介绍。 软岩塑流。 在开挖过程当中，很容易对围岩应力造成一定的影响，而扩容咋会让岩体本身当中处于闭合状态的结构面出现滑移，并且围岩岩体也会出现明显的碎裂，在对岩体应力和强度做出改变的同时，地下水也会随着张开的缝隙发生渗流或者是软化，最终导致围岩出现比较明显的位移。 板梁变形。该种变形是由于层状岩体当中搭建的地下洞室弯曲导致的，并且，在高地应力区的卸荷状态下，岩体也可能会发生更加严重的变形，最终导致其发生变化。对地下洞壁来说，其经向应力下降之后，切向应力会上升，因此，在横湾或者是中弯的影响之下，岩体也有可能会发生变形。

结构性流变。在地下工程当中，工作人员一定要注意在高地应力缝隙化岩体中搭建洞室时，由于围岩本身的大变形特点，或者是长时间监测资料都可以提示，从洞室开挖的几个月或者是几年的时间内围岩变形，以及应力分布都会有很大的转变，这种变形实际上是结构性流变围岩的自身特点。

3 软弱围岩隧道开挖变形控制技术的应用

3.1 控制隧道掌子面前方边形

工作人员在控制隧道掌子面前方变形的工作当中，可以采取多种不同的控制方案，在施工过程当中，公司一般都会选择软弱围岩来进行整个隧道的建设，以此来提高隧道开挖之后围岩本身的稳定性，减少超前变形量或者是范畴缩小变形范围，或者是总体的变形量。一般情况下，超前支护会有两种不同的梁构造类型，一种是隧道纵向刚性，另外一种是横向刚性，而对于这两种不同的梁构造类型来说也有着不同的分类方法，比如说前者一般是利用钢管或者是钢棒材料作为支撑，而后者是利用高压喷射改良为岩的方法来作为支撑。 3.2 控制隧道掌子面后方变形

首先，工作人员应该根据不同的地质状况，选择合适的隧道挖掘方案，比如说，在软弱围岩的选择方面，可以选择单臂或者是双壁倒坑法，也可以使用预留核心土台阶法。除此之外，在实际的施工过程当中，施工人员也应该结合现场的实际状况，选择合适的辅助方法来确保软弱围岩有足够的稳定性，但是由于不同的方法会有本身的限制条件，以及约束条件，因此在施工过程当中，应该考虑当地的实际情况。其次，应该选择高质量的混凝土，对于隧道结构来说，早期比较合理的方法是喷射混凝土，而优质的混凝土可以将隧道围岩之间进行有力的结合，保证围岩的缝隙和空隙可以被充分地填充，并且在隧道建设过程当中承载着十分重要的作用，可以对不同方向的力进行分散，而隧道工程一般都会要求喷射质量较高，性能较好的混凝土，因此，为了更好地保证隧道质量，工作人员应该根据实际的情况选择合适，质量较高的混凝土。第三位有效的提高隧道支撑结构自身的强度，工作人员在实际的施工过程当中，可以适当的增加钢架的强度，保证在隧道施工的初期有一定的力量支撑，在隧道挖掘过程当中，钢架也可以为整个隧道提供可靠的支持力，从而对围岩变形量进行有效的控制。为了更好地发挥钢架的作用，工作人员也应该选择合适的钢架材料。最后，选择多重支护，据调查显示，在隧道挖掘过程当中，工作人员可以对围岩潜在的变形量进行适当的计算，并且将计算的结果作为前提，预留出相应的富裕量，并且在隧道挖掘之后会发现围岩变形量明显的扩增，在这种情况下工作人员可以结合实际情况来进行首次支护，当变形量逐渐趋于某个数值之后，再开始第二次支护，这样的方法有效地提高了隧道整体的质量，同时，工作人员不需要进行多次扩挖或者是支护，换句话来说，原有的已经承载的支护构件不需要再进行拆除，同时也不会对围岩造成反复的扰动。

3.3 控制隧道软弱岩层的挤出变形

挤出变形是围岩变形比较常见的形式之一，其变形的范畴很大程度上都取决于地质倾向以及隧道走向二者之间的夹角，而对于软弱围岩来说，工作人员有多种不同的方法可以控制其挤出变形。第一种方法就是扭转掌子面原来的形状，选择倾斜或者是球状的掌子面，这种形状的掌子面可以有效的恢复隧道，设立条件，从而减小变形量的发生而倾斜或者是球形，掌子面还可以给软弱围岩产生某种支撑能力，可以有效地解决软弱围岩的挤出变形问题，但是不管是掌子面倾斜，直面还是球形，都各有各的优势和劣势。对于球形掌子面来说，虽然有不错的稳定性，但对于机械掘进不太合适，而倾斜掌子面择优劣均沾，对于直面的掌子面来说，比较适合于围岩强度相对偏高的工程状况，因此，为了更好地提高隧道的质量，工作人员在实际的生物过程当中，应该选择合适的处理方式来处理软弱围岩挤出变形的情况。

总结

总而言之，我国国内的基建事业以及西部大开发都在稳步的推进，铁路，公路以及各种地下工程都得到了普及和建设，很多超长或者是深埋的隧道工程也陆续开始准备当中，但是由于受到不同因素的影响和限制，隧道结构在使用之后，或者是使用之前会产生变形，因此带来较为危险的安全事故，为了改善这一状况，工作人员在施工过程当中就应该根据软弱围岩隧道本身的变形以及施工的特征选择合适的解决措施，以此来保证我国隧道事业的长久发展。

参考文献：

[1]朱永泽.软弱围岩大断面隧道施工方法研究[D].北京交通大学,2016.

[2]李茂达.偏压软弱围岩大断面隧道施工变形控制及稳定性分析[D].西安建筑科技大学,2014.

[3]仲崇海.软弱围岩大断面隧道台阶法施工技术参数研究[D].北京交通大学,2014.