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【摘 要】 隧道施工过程中经常遇到软弱围岩，软弱围岩的存在给隧道施工带来的巨大的安全隐患，处理不当或处理不及时可能带来灾难性后果，在软弱围岩中如何采取有效的、适合的施工方法对于节约工程造价乃至提高施工效率都至为关键，本文详细的论述了如何在软弱围岩中的施工方法及工程处理方式，为以后类似工程提供经验。
【关键词】 软弱围岩；监控量测；超前预报；超前支护；处理措施
1引言
隧道工程属于地下工程的一部分，地下工程的各种理论还不是很成熟，存在很多不确定性。长期以来，对于浅埋软弱围岩变形控制还没有很有效的单一控制方法，充分了解围岩的性质和围岩的自稳能力，以采取合理有效的开挖方法和支护措施，对隧道的安全、快速施工具有很大的现实意义。
2存在问题
长期以来，对于浅埋软弱围岩变形控制不力主要表现于以下几个方面：
（1） 支护不及时，隧道开挖引起的挤压性内空径向大变形
隧道开挖以后进入二次应力状态，它是在解除了核心围岩体的约束，原始的应力平衡和稳定状态被打破后出现的新的应力状态。该应力重分布表现为切向应力急剧增大，径向应力减小，尤其在内空边界上减少为零。与上述应力变化机制相适应，围岩体受挤压向隧道边界内空收敛变形，通过自适应调整的方式以达到新的平衡。对于软弱围岩，由于岩体的强度小而不足以承担开挖后急剧增大的洞周切向应力，遂产生塑性变形，沿隧道周边松弛而形成一个应力降低了的区域，高应力则向围岩深部转移。扰动了的岩体向隧道内变形，如果此时不及时支护，当变形值超出材料极限应变后，不连续的裂隙面就会导致围岩失稳和坍塌。与软弱围岩相比，坚硬而完整的围岩由于岩体强度大，隧道周边未达到开裂和坍塌，这种洞室往往是自稳的。
（2） 施工方法不当，控制沉降的措施不到位
对软弱围岩隧道，从施工的角度容易出现两个误区：
1）忽视隧道跨度、地质特点、沉降控制等具体要求，片面从施工便利性、追求施工进度上考虑选择不适当的施工方法。例如，地基处于流塑状软弱土层，不通过注浆加固就选择了不利于沉降控制的台阶法。
2）另外一个方面，在施工方法明确后，缺乏施工过程变形控制措施，如掌子面与仰拱距离太长、封闭时间过晚、拱脚钢架不打锁脚锚杆（管）或角度不对、不加大临时基础或地基不密实、地下水或施工用水处理不当使支护地基变软、边墙基础存在虚碴、仰拱下地基扰动严重且塑性隆起变形增大等等。在上述情况下，因技术措施的缺失或管理不到位导致的超预期变形量是不可避免的。忽视过程控制是目前施工技术水准低下的一种共性或者通病。对于软弱围岩很容易出现较长区段的初期支护侵入二次衬砌的现象，后期处理难度大，处理费用也很高。
（3） 初期支护没有及时封闭成环
没有及时封闭成环是指隧道开挖后，没有进行分步开挖的成环，或者隧道的仰拱没有及时与拱墙初期支护形成整环的封闭结构，不能充分发挥初期支护整体的承载能力，使得前述（1）～（2）原因引起的变形难以得到有效控制
（4） 围岩承载力不足出现拱部初期支护整体下沉
因围岩承载力不足而使初期支护出现的整体下沉，往往是隧道拱顶下沉量超过预留量的主要原因之一。软弱围岩的初期支护一般由系统锚杆、（20～30）cm厚的网喷混凝土和钢架组成，大量监控量测与计算分析表明，作为薄壳拱形结构，喷混凝土和钢架具有较大的轴向力。对采用先拱后墙法施作初期支护的台阶法、CD法、CRD法，钢架和喷混凝土的轴向力直接作用在开挖后的围岩上。钢架端部的截面面积相当小，当围岩承载力不足时，就容易出现隧道初期支护整体下沉的现象。
（5） 支护刚度不足发生结构变形
围岩压力分松动压力和形变压力。松动压力为松动或塌落的岩体以重力形式直接作用在支护上的压力，形变压力则是围岩变形对支护约束产生的压力。复合衬砌的初期支护为柔性支护，可通过自身产生一定位移以适应围岩变形，因此形变压力常随时间推移逐渐加大，正常情况下最终会趋于收敛与稳定。及时施作柔性的锚喷初期支护以形变压力为主，当初期支护刚度不足时，初期支护不能有效约束围岩变形；当围岩位移过大时，初期支护结构将承受超过其承载能力的荷载，随着围岩的大变形而受到破坏。因支护刚度不足而使软弱围岩隧道发生变形的例子时有发生，尤其是在雨季。
3采取措施
（1）明地质：超前地质预报采用TSP203超前地质预报系统进行探测，可方便快捷的了解掌子面前方100～200m范围内的地质情况。
（2）管超前：根据不同地质条件设计不同的超前支护。洞口長管棚，设计钢管φ108mm，长度20m；超前小导管，设计钢管φ42mm，长度4m，搭接长度1.2m。所有设计超前支护的防护范围为拱部140°范围，管间环向间距35cm。
（3）严注浆：管棚施工完毕后，注浆采用1：1的水泥浆或水泥浆—水玻璃等双液浆。注浆压力依据管棚类型、管径大小和长短一般控制在0.5～2.5MPa。所有注浆完成后静置24h，待浆体凝结后再开挖。
（4）短进尺：对于V 级围岩浅埋段，开挖要严格控制进尺和超挖。每一循环施工1～2榀拱架，且长度不超过1.3m。开挖采取爆破或人工配合挖掘机进行，机械开挖时动作要慢、轻，开挖轮廓要比设计略小，开挖后人工修整。检查轮廓合格后立即喷射4～6cm混凝土封闭围岩表面，然后支立拱架，挂设钢筋网片，打设系统锚杆和锁脚锚杆，锚杆必须注浆加固，最后喷射混凝土至设计厚度。
（5）强支护：由于岩质软且破碎，自承能力差，施工必须采取强支护措施防止变形过大。本工程的支护为钢架、锚杆、钢筋网及喷射混凝土组成的复合型支护，承载能力大，稳定性好。
（6）早封闭：在软弱围岩中施工必须坚持早封闭，以免钢架长期处于部分自由状态，发生下沉、收敛等并最终发生大变形或坍塌。具体方法是缩短台阶长度及时施作仰拱、二次衬砌。对于仰拱和仰拱填充已施工完成段，当长度超过40m时，根据监控量测资料及时施作二衬混凝土。 （7）勤量测：监控量测包括围岩应力量测和变形量测。应力量测通过预埋JMZX250XX系列弦式数码压力盒，测量围岩对拱架的压力，了解支护结构的受力变化情况，判断支护的安全性。根据设计要求并结合实际情况，变形量测每10m 布置一个断面，每个断面2～3对观测点。拱顶下沉及周边收敛量测设在同一断面，采用相同的量测频率。如位移出现异常情况，加大量测频率。
（8）速回馈：对于观测结果应及时进行整理和数据处理，利用计算机将数据汇总并绘制位移—时间曲线或散点图，预测变形发展趋向及围岩和隧道结构的安全状况。
4控制程序
需从以下几个方面做好过程控制工作：
（1）超前预支护。采用超前管棚等方法，提前形成隔离层与保护拱；
（2）预加固围岩。通过注浆等措施对围岩进行补强，用以提高软弱围岩的c、ψ值来促进围岩体在开挖后的自承能力，起到控制变形的作用，同时也可为施做初期支护赢得时间。
（3）选择合理工法与分部数量，该工法与加固后的围岩条件相适应，基本能满足围岩稳定与变形控制要求；各工序间互相干扰较少，各分部的断面大小应能保证大型机械化作业，形成开挖、通风、出碴、运输循环作业；
（4）解决好施工过程中的工艺控制问题，例如缩短循环进尺、初期支护（锚喷支护、钢架）紧跟掌子面、控制台阶长度、及时封闭整环初期支护，等等；
（5）加强监控量测与信息回馈，及时调整施工参数与支护型式，以适应围岩的动态变化。
5结语
综上所示，实现隧道软弱围岩施工的关键是解决好围岩变形控制问题。只要能采取各种工程措施，从超前支护、注浆、过程中的施工工艺控制、监控量测信息反馈等各个环节解决好与变形控制相关的问题，采用断面分块数量少、工序间干扰小、与支护衬砌协调好、能应用大型机械化作业的工法是实现快速施工的最佳途径，施工安全与工期要求均能够得到很好地保证。
参考文獻：
[1]王后裕，陈上明，言志信.地下工程动态设计原理[M].北京：化学工业出版社
[2]公路隧道设计规范JTGD70-2004[S]，人民交通出版社，2004.
[3]公路隧道施工技术规范 JTG F60-2009 [S]，人民交通出版社，2009.
[4]吴凯华.圆形涵洞支护优化设计初探[J].隧道及地下工程，1987.9：30-36.
[5]刘小兵.地下洞室的一种优化设计模型[J].地下空间，1995.3.34-38.
【关键词】 软弱围岩；监控量测；超前预报；超前支护；处理措施
1引言
隧道工程属于地下工程的一部分，地下工程的各种理论还不是很成熟，存在很多不确定性。长期以来，对于浅埋软弱围岩变形控制还没有很有效的单一控制方法，充分了解围岩的性质和围岩的自稳能力，以采取合理有效的开挖方法和支护措施，对隧道的安全、快速施工具有很大的现实意义。
2存在问题
长期以来，对于浅埋软弱围岩变形控制不力主要表现于以下几个方面：
（1） 支护不及时，隧道开挖引起的挤压性内空径向大变形
隧道开挖以后进入二次应力状态，它是在解除了核心围岩体的约束，原始的应力平衡和稳定状态被打破后出现的新的应力状态。该应力重分布表现为切向应力急剧增大，径向应力减小，尤其在内空边界上减少为零。与上述应力变化机制相适应，围岩体受挤压向隧道边界内空收敛变形，通过自适应调整的方式以达到新的平衡。对于软弱围岩，由于岩体的强度小而不足以承担开挖后急剧增大的洞周切向应力，遂产生塑性变形，沿隧道周边松弛而形成一个应力降低了的区域，高应力则向围岩深部转移。扰动了的岩体向隧道内变形，如果此时不及时支护，当变形值超出材料极限应变后，不连续的裂隙面就会导致围岩失稳和坍塌。与软弱围岩相比，坚硬而完整的围岩由于岩体强度大，隧道周边未达到开裂和坍塌，这种洞室往往是自稳的。
（2） 施工方法不当，控制沉降的措施不到位
对软弱围岩隧道，从施工的角度容易出现两个误区：
1）忽视隧道跨度、地质特点、沉降控制等具体要求，片面从施工便利性、追求施工进度上考虑选择不适当的施工方法。例如，地基处于流塑状软弱土层，不通过注浆加固就选择了不利于沉降控制的台阶法。
2）另外一个方面，在施工方法明确后，缺乏施工过程变形控制措施，如掌子面与仰拱距离太长、封闭时间过晚、拱脚钢架不打锁脚锚杆（管）或角度不对、不加大临时基础或地基不密实、地下水或施工用水处理不当使支护地基变软、边墙基础存在虚碴、仰拱下地基扰动严重且塑性隆起变形增大等等。在上述情况下，因技术措施的缺失或管理不到位导致的超预期变形量是不可避免的。忽视过程控制是目前施工技术水准低下的一种共性或者通病。对于软弱围岩很容易出现较长区段的初期支护侵入二次衬砌的现象，后期处理难度大，处理费用也很高。
（3） 初期支护没有及时封闭成环
没有及时封闭成环是指隧道开挖后，没有进行分步开挖的成环，或者隧道的仰拱没有及时与拱墙初期支护形成整环的封闭结构，不能充分发挥初期支护整体的承载能力，使得前述（1）～（2）原因引起的变形难以得到有效控制
（4） 围岩承载力不足出现拱部初期支护整体下沉
因围岩承载力不足而使初期支护出现的整体下沉，往往是隧道拱顶下沉量超过预留量的主要原因之一。软弱围岩的初期支护一般由系统锚杆、（20～30）cm厚的网喷混凝土和钢架组成，大量监控量测与计算分析表明，作为薄壳拱形结构，喷混凝土和钢架具有较大的轴向力。对采用先拱后墙法施作初期支护的台阶法、CD法、CRD法，钢架和喷混凝土的轴向力直接作用在开挖后的围岩上。钢架端部的截面面积相当小，当围岩承载力不足时，就容易出现隧道初期支护整体下沉的现象。
（5） 支护刚度不足发生结构变形
围岩压力分松动压力和形变压力。松动压力为松动或塌落的岩体以重力形式直接作用在支护上的压力，形变压力则是围岩变形对支护约束产生的压力。复合衬砌的初期支护为柔性支护，可通过自身产生一定位移以适应围岩变形，因此形变压力常随时间推移逐渐加大，正常情况下最终会趋于收敛与稳定。及时施作柔性的锚喷初期支护以形变压力为主，当初期支护刚度不足时，初期支护不能有效约束围岩变形；当围岩位移过大时，初期支护结构将承受超过其承载能力的荷载，随着围岩的大变形而受到破坏。因支护刚度不足而使软弱围岩隧道发生变形的例子时有发生，尤其是在雨季。
3采取措施
（1）明地质：超前地质预报采用TSP203超前地质预报系统进行探测，可方便快捷的了解掌子面前方100～200m范围内的地质情况。
（2）管超前：根据不同地质条件设计不同的超前支护。洞口長管棚，设计钢管φ108mm，长度20m；超前小导管，设计钢管φ42mm，长度4m，搭接长度1.2m。所有设计超前支护的防护范围为拱部140°范围，管间环向间距35cm。
（3）严注浆：管棚施工完毕后，注浆采用1：1的水泥浆或水泥浆—水玻璃等双液浆。注浆压力依据管棚类型、管径大小和长短一般控制在0.5～2.5MPa。所有注浆完成后静置24h，待浆体凝结后再开挖。
（4）短进尺：对于V 级围岩浅埋段，开挖要严格控制进尺和超挖。每一循环施工1～2榀拱架，且长度不超过1.3m。开挖采取爆破或人工配合挖掘机进行，机械开挖时动作要慢、轻，开挖轮廓要比设计略小，开挖后人工修整。检查轮廓合格后立即喷射4～6cm混凝土封闭围岩表面，然后支立拱架，挂设钢筋网片，打设系统锚杆和锁脚锚杆，锚杆必须注浆加固，最后喷射混凝土至设计厚度。
（5）强支护：由于岩质软且破碎，自承能力差，施工必须采取强支护措施防止变形过大。本工程的支护为钢架、锚杆、钢筋网及喷射混凝土组成的复合型支护，承载能力大，稳定性好。
（6）早封闭：在软弱围岩中施工必须坚持早封闭，以免钢架长期处于部分自由状态，发生下沉、收敛等并最终发生大变形或坍塌。具体方法是缩短台阶长度及时施作仰拱、二次衬砌。对于仰拱和仰拱填充已施工完成段，当长度超过40m时，根据监控量测资料及时施作二衬混凝土。 （7）勤量测：监控量测包括围岩应力量测和变形量测。应力量测通过预埋JMZX250XX系列弦式数码压力盒，测量围岩对拱架的压力，了解支护结构的受力变化情况，判断支护的安全性。根据设计要求并结合实际情况，变形量测每10m 布置一个断面，每个断面2～3对观测点。拱顶下沉及周边收敛量测设在同一断面，采用相同的量测频率。如位移出现异常情况，加大量测频率。
（8）速回馈：对于观测结果应及时进行整理和数据处理，利用计算机将数据汇总并绘制位移—时间曲线或散点图，预测变形发展趋向及围岩和隧道结构的安全状况。
4控制程序
需从以下几个方面做好过程控制工作：
（1）超前预支护。采用超前管棚等方法，提前形成隔离层与保护拱；
（2）预加固围岩。通过注浆等措施对围岩进行补强，用以提高软弱围岩的c、ψ值来促进围岩体在开挖后的自承能力，起到控制变形的作用，同时也可为施做初期支护赢得时间。
（3）选择合理工法与分部数量，该工法与加固后的围岩条件相适应，基本能满足围岩稳定与变形控制要求；各工序间互相干扰较少，各分部的断面大小应能保证大型机械化作业，形成开挖、通风、出碴、运输循环作业；
（4）解决好施工过程中的工艺控制问题，例如缩短循环进尺、初期支护（锚喷支护、钢架）紧跟掌子面、控制台阶长度、及时封闭整环初期支护，等等；
（5）加强监控量测与信息回馈，及时调整施工参数与支护型式，以适应围岩的动态变化。
5结语
综上所示，实现隧道软弱围岩施工的关键是解决好围岩变形控制问题。只要能采取各种工程措施，从超前支护、注浆、过程中的施工工艺控制、监控量测信息反馈等各个环节解决好与变形控制相关的问题，采用断面分块数量少、工序间干扰小、与支护衬砌协调好、能应用大型机械化作业的工法是实现快速施工的最佳途径，施工安全与工期要求均能够得到很好地保证。
参考文獻：
[1]王后裕，陈上明，言志信.地下工程动态设计原理[M].北京：化学工业出版社
[2]公路隧道设计规范JTGD70-2004[S]，人民交通出版社，2004.
[3]公路隧道施工技术规范 JTG F60-2009 [S]，人民交通出版社，2009.
[4]吴凯华.圆形涵洞支护优化设计初探[J].隧道及地下工程，1987.9：30-36.
[5]刘小兵.地下洞室的一种优化设计模型[J].地下空间，1995.3.34-38.