隧道软弱围岩不良地质段施工变形控制技术

潘彦邑 秦智成 刘晨 周勇 周开进

【摘要】随着社会经济的快速发展，基础设施领域工程建设规模的不断增大，公路长大隧道的修建越来越多。然而，隧道施工依然面临着地质构造复杂、未知风险因素较多等特点，为确保隧道建设施工顺利进行，对不良地质段的施工工艺提出了更高的要求。本文以大塘至浦北高速公路项目平田隧道施工为基础，经过在施工过程中的进一步探索和实践，通过技术攻关和试验，针对不良地质段可能出现的问题制定相应处置措施，逐步完善形成总结。

【关键词】平田隧道；软弱围岩；不良地质；变形控制

1 工程概况

平田隧道位于广西省钦州市灵山县境内，为分离式主线隧道。采用双洞单向行驶，左线起讫里程桩号为ZK40+070～ZK45+180，长5110m，隧道起点设计标高为118.49m，终点标高为83.56m，最大埋深约334.1m；右线起讫里程桩号为YK40+085～YK45+190，长5105m，隧道起点设计标高为118.6m，终点标高为84.4m，最大埋深约333.35m。

2 工程重难点

平田隧道隧址区属构造剥蚀斜坡沟谷低中山地貌，地表水系发育；隧道地质主要以薄层状中～强风化硅质页岩、炭质页岩及泥岩为主，属为软岩～较软岩，岩层节理裂隙极其发育，多发育有裂隙密集带（5处/总长660m），结构松散；原设计分段围岩级别长度与隧道长度之比值比例情况为：V级围岩约占44%，IV级围岩约占56%。隧道横穿5处铁锰矿开采形成的开采区、村庄下部浅埋地段（长520m，埋深40～70m），自稳能力极差，施工中极易产生坍塌、变形失稳现象，同时施工过程出现大规模涌泥涌水现象，最大涌水量约为1500m³/h，堪称“广西最难掘进隧道”。

3 变形原因分析

隧道软弱围岩不良地质段施工中，常见的事故主要包括掌子面溜塌、初期支护变形开裂乃至坍塌等，主要原因分别包括掌子面围岩松散破碎，软弱结构面发育不均，在岩体内裂隙水的影响下自稳能力差，极易出现掌子面溜塌现象；同时受围岩应力影响，初支受力不均而导致变形开裂甚至坍塌等。

4 施工控制措施

1）超前地质预报

通过超前地质预报，及时发现异常情况，预报掌子面前方不良地质体的位置、产状及其围岩结构的完整性与含水的可能性，为正确选择开挖断面、支护设计参数和优化施工方案提供依据，是保证隧道施工安全的重要环节和重要技术手段。

结合平田隧道岩体极其富水的地质情况，在原有采用的地质雷达+水平钻探的基础上，增加瞬变电磁法进行辅助超前预报，更精确探明掌子面前方水文发育情况，便于切实有效地指导现场施工。

2）选取开挖工法

以“减少掌子面开挖临空面” 的原则进行掌子面开挖工法的选取，纵向遵循“短进尺”的原则，严格控制开挖进尺；横向采取预留核心土的方式，有效控制开挖断面面积。

3）掌子面变形控制

（1）先行位移控制

①、优化超前支护参数

采用双层注浆小导管、中空自进式锚杆相结合的超前支护措施，提前加固掌子面前方拱顶上方围岩，确保施工安全。

②、掌子面局部预注浆

隧道围岩极其破碎，掌子面无法自稳时，通过局部预注浆措施，提高其自稳能力。注浆孔自掌子面上台阶沿开挖方向以隧道中心线为中心呈伞状布置，掌子面注浆范围为开挖轮廓线外2m，注浆孔位置可根据超前地质预报及超前钻孔探测揭示的围岩情况进行适当调整。

（2）收敛变形监测

监控量测是新奥法设计理论的核心，是施工的重要组成部分。除了可以及时了解隧道围岩变化情况，掌握隧道围岩收敛情况外，在预报隧道塌方、避免出现重大的人员和机械伤亡方面具有最准确和直接的一线资料。

针对平田隧道软弱破碎富水的特点，同时穿越村庄下方的超长浅埋地段，极易出现支护结构整体受力不均的现象，对此，在洞内外观察、拱顶下沉、周边位移、地表下沉等已有的必测监控量测项目的基础上，增加初支背后的土压力监测项目，通过土压力试验监测围岩压力动态变化数据与现场的位移监测数据进行综合对比分析，指导现场施工支护参数优化施工。

（3）收敛变形控制

①、扩大拱脚台阶

A、目的：扩大拱脚采用扩大基础的原理，以达到扩散拱架受到的岩体压力，增强整体受力，减少拱架下沉。

B、方法：拱架台阶拱脚处向围岩侧向加大50～70cm，同时增设工字钢斜撑，并采用喷射砼封闭。

②、加强拱架连接

A、拱架连接处的特点：拱架受力最薄弱部位，极易出现下沉、纵向开裂现象。

B、增强措施：拱架连接接头处采用工字钢/槽钢加强连接，将所有拱架连成整体，增强受力；同时于拱架连接处增加锁脚注浆锚管长度及数量，减少拱架下沉。

5结束语

通过TSP/地质雷达+水平钻探+瞬变电磁法进行综合超前地质预报，及时发现异常情况，预报掌子面前方不良地质体的位置、产状及其围岩结构的完整性与富水的可能性，为正确选择开挖工法、优化支护结构参数和优化施工方案提供依据，并为预防隧道坍塌、涌水、突泥等可能形成的灾害性事故及时提供信息。

根据地质预报分析结果，优化采用双层超前支护（自进式锚杆/注浆小导管），掌子面断面局部预注浆措施增强围岩自稳能力，改善隧道支护结构受力条件。结合地质构造情况，合理选择开挖方法并增强支护措施，并通过监控量测及土压力监测对现场的位移监测数据与监测围岩压力动态变化数据进行综合对比分析，指导现场施工支护参数优化施工，保证施工安全顺利进行。