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摘 要：隧道是公路、铁路工程中的重要组成部分，在道路建设进程不断加快的情况下，隧道工程的数量也在不断增加。在开挖及修建隧道的过程中通常会遇到软弱围岩，隧道中的软弱围岩可对整个工程的稳定性产生影响，如处理不善将可能引起隧道塌方等安全事故。本文首先说明了软弱围岩工程的地质特性，然后分析了软弱围岩隧道工程施工方法，最后结合具体工程案例详细阐述了隧道软弱围岩工程施工的相关对策。
关键词：隧道；软弱围岩；柔性支护；喷射混凝土；锚杆
一、软弱围岩工程的地质特性
围岩是指受隧道开挖影响而发生应力状态改变的周围岩土体。根据岩土体的强度可将围岩分为坚硬围岩和软弱围岩 2 类。按照围岩级别多划分为Ⅳ ～ Ⅵ级围岩。软弱围岩一般有以下突出特点：
（一）岩石强度低
根据我国《工程岩体分级标准》、《铁路隧道设计规范》等规范标准，一般将单轴饱和抗压强度低于30MPa的岩石称为软质岩或软岩。软质岩主要包括未成岩的岩石、已风化的岩石以及含有软弱矿物的岩石。典型岩石有泥岩、砂岩、千枚岩、炭质板岩及绢云母片岩等。
（二）巖体破碎
受地质构造影响严重的坚硬岩石也可称为软弱围岩。若硬质岩石受到强烈的构造运动影响，导致节理、裂隙、断层等结构面发育，会造成围岩强度降低、自稳性变差。
（三）围岩赋存环境差
隧道围岩一旦赋存于富水、高地应力等不良地质环境中将极易引起涌水、塌方等地质灾害。赋存于这些不良地质环境下的围岩亦可称为软弱围岩。
二、软弱围岩隧道工程施工方法
（一）柔性支护
柔性支护控制变形的理念是允许围岩变形，释放地应力，减小支护压力，同时又能约束围岩松弛和过度变形，保持隧道稳定。通常的做法是在超前支护下开挖后先施作第 1 层支护约束围岩的变形，而后在距掌子面后方一定距离进行 2 次补强支护使隧道结构稳定，必要时采用锚索以及适时注浆补强等支护措施控制围岩和结构变形。
（二）刚性支护
刚性支护控制变形通常是指采取提高围岩的自承能力和加强支护及衬砌的强度和刚度来控制变形。提高围岩自承能力的措施有超前预注浆加固地层、水平旋喷、超前大管棚等支护手段。加强支护和衬砌强度和刚度通常采用长锚杆、重型钢架和加大喷射混凝土厚度等措施。
三、隧道软弱围岩工程施工案例
（一）工程概况
某隧道总体长度为3856m，其全线基本处于直线之上，坡度分别为14.6%、9.7%，其Ⅱ级围岩的长度为255m，Ⅲ级围岩的长度为2035m。设计的过程中会需要追减少开挖面的暴露时间。由于地形的特殊及各项条件的限制，模筑混凝土支护不能够实时的跟进开挖的进度，其施工工序较多，且十分复杂，需要的施工周期也较长，及时封闭围岩存在较大的难度。开挖会使得上坡、变坡受到一定的扰动，土地不稳定，容易出现融塌的施工事故，施工安全性不足，且会影响到施工进度。
（二）喷锚支护技术在隧道工程中的应用
1、确定喷射混凝土原料的比例
确定喷射混凝土各项原料的比例时，不仅需要达到设计要求的强度等级，还需要充分考虑当地的气候环境及地质条件，应保障混凝土的抗渗性及早强性达到相应的要求，避免出现混凝土的抗冻性不佳的情况，并降低回弹率及水化热，低温早强喷射混凝土的水灰比需要控制在 0.4～0.5之间。一般情况下，每立方米所使用的水泥量保持在400～470之间。进过反复的实验，该隧道工程中的喷射混凝土施工使用的低温早强喷射混凝土，其成分中的水泥、砂和碎石的比例确定为1∶2.35∶1.61。
2、喷射混凝土原料配合比
（1）水泥材料
水泥材料的等级需要超过32.5R，且是低碱普通硅酸盐水泥或者硅酸盐水泥。该项工程中更使用的是32.5R级普通硅酸盐水泥，其主要技术指标有细度小于4.1%，标准稠度用水量为26.5%，安定性合格，初凝时间为1.5小时，终凝时间为3.5小时，标准情况下抗折强度为8.3，抗压强度为45.2。
（2）细骨料和粗骨料
细骨料需要使用非碱活性的河砂，并要求其硬度较大，没有易冻裂或者容易受到气候影响的矿物质，较为清洁，级配良好，而粗骨料则需要选择非碱活性的碎石或者卵石混合物，要求其级配良好没有冻结物，如冰雪等，其主要的技术指标中含泥量为0.6%，泥块含量为0，坚固性为2.1%，压碎指标为5.1%至7.6%之间，没有碱活性。
（3）外加剂
根据低温早强喷射混凝土的性质，该项速隧道工程开始使用的外加剂是多功能复合外加剂与速凝剂的联合，多功能复合外加剂前能够有效的降低混凝土在液相状态的冰点，使得喷射混凝土的早期强度得到优化，有效的对抗各种恶劣的气候环境；速凝剂则能够让混凝土的硬化速度加快，减少回弹的损失，使得混凝土能够适应含水量较大或者较为潮湿的岩层。
3、清理开挖面围岩
隧道掌子面出现完全的出渣现象后既可以对其实施净空量测，做好测量标志，并将不稳定的岩石等进行清理排除，并做好欠挖处理。需要注意在欠挖处理过程中，如果存在软弱地段，需要选择人工开挖的方式，而硬度较高的地段则可以使用补炮来进行开挖，使得其净空尺寸达到设计要求。
4、喷射混凝土
进行混凝土喷射之前，先使用水冲洗岩壁表面，清除杂物及粉尘，搅拌机将粗细骨料、水泥材料搅拌均匀，再根据配比添加质量合格的水，数量需要保持在总量的20%左右，按照正常的程序进行搅拌，并加入速凝剂，使用剂量需要保持在水泥重量的5%左右。该工程中所使用的混凝土喷射机，压力为0.2～0.4MPa，首次喷射混凝土时，一般选择潮喷的方式，能够有效的避免洞内粉尘污染。在喷射过程中，需要将喷射面分为若干个片或者小段，每段额的长度为5cm左右；喷头需要呈螺旋形，和喷面之间的距离应为0.5cm～1.0cm，喷射方向和岩面产生的夹角需要保持在10°以内，喷射厚度一般为3cm左右。
5、设置锚杆及配套材料
设置锚杆之前，需要先加工相应的材料进，对成型的F22 螺纹钢进行切割；所使用的锚固剂的为8604型水泥锚固剂，其固化时间需要保持在5～10min之间，强度为52～56MPa。现在开挖面进行钻孔施工，使用高压风将孔内的杂物清理干净，锚固剂沾水湿润，并将其置入孔内，填充到孔深度的2/3，在使用手风枪把锚杆植入孔内，固定住，主要保障锚杆和锚固剂贴合的紧密度。钢筋网片的规格为100cm×200cm，网片和锚杆牢固的焊接在一起，铺设钢筋网的过程中需要结合喷面的形状来进行，注意钢筋网和喷面之间的缝隙应保持在3cm以内。格栅也属于该配套的材料，其主要材料是F25钢筋，数量一把为5根，牢固的焊接起来，尺寸一般为500cm，使用钢板螺栓将格栅连接在一起。铺设格栅时，其间距保持在100cm左右，连接筋的长度一般是为110cm，且需要个5根主筋焊接在一起，焊接方式为点焊。最后在格栅格栅拱脚架上安装垫板，需要隧道中线保持垂直，其水平位置应比导坑地面低25cm左右。
6、覆盖混凝土
锚杆支护、钢筋网片、钢格栅等设施完毕后，需要重复一次混凝土的喷射工作，将其覆盖，保障其牢固度，提高支护的效果。其施工过程和初喷混凝土的流程及要求基本一致。
结语
综上，软弱围岩可对隧道工程的施工质量造成影响。为了有效控制软弱围岩，避免不良地质条件影响工程建设质量，则应注意在施工过程中采用科学合理的施工工艺控制软弱围岩，改善围岩的支护质量及强度。
参考文献：
[1]蔡鹏宏，李琛. 新安岭隧道软弱围岩变形治理施工技术[J]. 公路交通科技（应用技术版）. 2012（05）
[2]孙钧，潘晓明. 隧道软弱围岩挤压大变形非线性流变力学特性研究[J]. 岩石力学与工程学报. 2012（10）
关键词：隧道；软弱围岩；柔性支护；喷射混凝土；锚杆
一、软弱围岩工程的地质特性
围岩是指受隧道开挖影响而发生应力状态改变的周围岩土体。根据岩土体的强度可将围岩分为坚硬围岩和软弱围岩 2 类。按照围岩级别多划分为Ⅳ ～ Ⅵ级围岩。软弱围岩一般有以下突出特点：
（一）岩石强度低
根据我国《工程岩体分级标准》、《铁路隧道设计规范》等规范标准，一般将单轴饱和抗压强度低于30MPa的岩石称为软质岩或软岩。软质岩主要包括未成岩的岩石、已风化的岩石以及含有软弱矿物的岩石。典型岩石有泥岩、砂岩、千枚岩、炭质板岩及绢云母片岩等。
（二）巖体破碎
受地质构造影响严重的坚硬岩石也可称为软弱围岩。若硬质岩石受到强烈的构造运动影响，导致节理、裂隙、断层等结构面发育，会造成围岩强度降低、自稳性变差。
（三）围岩赋存环境差
隧道围岩一旦赋存于富水、高地应力等不良地质环境中将极易引起涌水、塌方等地质灾害。赋存于这些不良地质环境下的围岩亦可称为软弱围岩。
二、软弱围岩隧道工程施工方法
（一）柔性支护
柔性支护控制变形的理念是允许围岩变形，释放地应力，减小支护压力，同时又能约束围岩松弛和过度变形，保持隧道稳定。通常的做法是在超前支护下开挖后先施作第 1 层支护约束围岩的变形，而后在距掌子面后方一定距离进行 2 次补强支护使隧道结构稳定，必要时采用锚索以及适时注浆补强等支护措施控制围岩和结构变形。
（二）刚性支护
刚性支护控制变形通常是指采取提高围岩的自承能力和加强支护及衬砌的强度和刚度来控制变形。提高围岩自承能力的措施有超前预注浆加固地层、水平旋喷、超前大管棚等支护手段。加强支护和衬砌强度和刚度通常采用长锚杆、重型钢架和加大喷射混凝土厚度等措施。
三、隧道软弱围岩工程施工案例
（一）工程概况
某隧道总体长度为3856m，其全线基本处于直线之上，坡度分别为14.6%、9.7%，其Ⅱ级围岩的长度为255m，Ⅲ级围岩的长度为2035m。设计的过程中会需要追减少开挖面的暴露时间。由于地形的特殊及各项条件的限制，模筑混凝土支护不能够实时的跟进开挖的进度，其施工工序较多，且十分复杂，需要的施工周期也较长，及时封闭围岩存在较大的难度。开挖会使得上坡、变坡受到一定的扰动，土地不稳定，容易出现融塌的施工事故，施工安全性不足，且会影响到施工进度。
（二）喷锚支护技术在隧道工程中的应用
1、确定喷射混凝土原料的比例
确定喷射混凝土各项原料的比例时，不仅需要达到设计要求的强度等级，还需要充分考虑当地的气候环境及地质条件，应保障混凝土的抗渗性及早强性达到相应的要求，避免出现混凝土的抗冻性不佳的情况，并降低回弹率及水化热，低温早强喷射混凝土的水灰比需要控制在 0.4～0.5之间。一般情况下，每立方米所使用的水泥量保持在400～470之间。进过反复的实验，该隧道工程中的喷射混凝土施工使用的低温早强喷射混凝土，其成分中的水泥、砂和碎石的比例确定为1∶2.35∶1.61。
2、喷射混凝土原料配合比
（1）水泥材料
水泥材料的等级需要超过32.5R，且是低碱普通硅酸盐水泥或者硅酸盐水泥。该项工程中更使用的是32.5R级普通硅酸盐水泥，其主要技术指标有细度小于4.1%，标准稠度用水量为26.5%，安定性合格，初凝时间为1.5小时，终凝时间为3.5小时，标准情况下抗折强度为8.3，抗压强度为45.2。
（2）细骨料和粗骨料
细骨料需要使用非碱活性的河砂，并要求其硬度较大，没有易冻裂或者容易受到气候影响的矿物质，较为清洁，级配良好，而粗骨料则需要选择非碱活性的碎石或者卵石混合物，要求其级配良好没有冻结物，如冰雪等，其主要的技术指标中含泥量为0.6%，泥块含量为0，坚固性为2.1%，压碎指标为5.1%至7.6%之间，没有碱活性。
（3）外加剂
根据低温早强喷射混凝土的性质，该项速隧道工程开始使用的外加剂是多功能复合外加剂与速凝剂的联合，多功能复合外加剂前能够有效的降低混凝土在液相状态的冰点，使得喷射混凝土的早期强度得到优化，有效的对抗各种恶劣的气候环境；速凝剂则能够让混凝土的硬化速度加快，减少回弹的损失，使得混凝土能够适应含水量较大或者较为潮湿的岩层。
3、清理开挖面围岩
隧道掌子面出现完全的出渣现象后既可以对其实施净空量测，做好测量标志，并将不稳定的岩石等进行清理排除，并做好欠挖处理。需要注意在欠挖处理过程中，如果存在软弱地段，需要选择人工开挖的方式，而硬度较高的地段则可以使用补炮来进行开挖，使得其净空尺寸达到设计要求。
4、喷射混凝土
进行混凝土喷射之前，先使用水冲洗岩壁表面，清除杂物及粉尘，搅拌机将粗细骨料、水泥材料搅拌均匀，再根据配比添加质量合格的水，数量需要保持在总量的20%左右，按照正常的程序进行搅拌，并加入速凝剂，使用剂量需要保持在水泥重量的5%左右。该工程中所使用的混凝土喷射机，压力为0.2～0.4MPa，首次喷射混凝土时，一般选择潮喷的方式，能够有效的避免洞内粉尘污染。在喷射过程中，需要将喷射面分为若干个片或者小段，每段额的长度为5cm左右；喷头需要呈螺旋形，和喷面之间的距离应为0.5cm～1.0cm，喷射方向和岩面产生的夹角需要保持在10°以内，喷射厚度一般为3cm左右。
5、设置锚杆及配套材料
设置锚杆之前，需要先加工相应的材料进，对成型的F22 螺纹钢进行切割；所使用的锚固剂的为8604型水泥锚固剂，其固化时间需要保持在5～10min之间，强度为52～56MPa。现在开挖面进行钻孔施工，使用高压风将孔内的杂物清理干净，锚固剂沾水湿润，并将其置入孔内，填充到孔深度的2/3，在使用手风枪把锚杆植入孔内，固定住，主要保障锚杆和锚固剂贴合的紧密度。钢筋网片的规格为100cm×200cm，网片和锚杆牢固的焊接在一起，铺设钢筋网的过程中需要结合喷面的形状来进行，注意钢筋网和喷面之间的缝隙应保持在3cm以内。格栅也属于该配套的材料，其主要材料是F25钢筋，数量一把为5根，牢固的焊接起来，尺寸一般为500cm，使用钢板螺栓将格栅连接在一起。铺设格栅时，其间距保持在100cm左右，连接筋的长度一般是为110cm，且需要个5根主筋焊接在一起，焊接方式为点焊。最后在格栅格栅拱脚架上安装垫板，需要隧道中线保持垂直，其水平位置应比导坑地面低25cm左右。
6、覆盖混凝土
锚杆支护、钢筋网片、钢格栅等设施完毕后，需要重复一次混凝土的喷射工作，将其覆盖，保障其牢固度，提高支护的效果。其施工过程和初喷混凝土的流程及要求基本一致。
结语
综上，软弱围岩可对隧道工程的施工质量造成影响。为了有效控制软弱围岩，避免不良地质条件影响工程建设质量，则应注意在施工过程中采用科学合理的施工工艺控制软弱围岩，改善围岩的支护质量及强度。
参考文献：
[1]蔡鹏宏，李琛. 新安岭隧道软弱围岩变形治理施工技术[J]. 公路交通科技（应用技术版）. 2012（05）
[2]孙钧，潘晓明. 隧道软弱围岩挤压大变形非线性流变力学特性研究[J]. 岩石力学与工程学报. 2012（10）