试议质量控制公路隧道工程质量制约

【摘 要】公路隧道工程施工中软弱围岩施工事故的频发不仅造成了工期的延误以及工程成本的增加，同时也造成了很多人员伤亡并形成了负面的社会影响，虽然软弱围岩工程具有复杂的地域条件、繁多的施工工序、严格的工艺要求以及较高的技术含量，但是在认识软弱围岩变形特点的基础上对其开挖方法以及支护方法做出针对性的研究能够对其变形进行有效的控制。本文以提高公路隧道工程质量为出发点，对软弱围岩变形特点进行了研究与阐述，同时对软弱围岩隧道的开挖方法、支护原则、支护方法进行了研究与探讨。
【关键词】公路隧道；软弱围岩；变形控制；开挖；支护

一、软弱围岩的变形特点

公路隧道工程中经常会遇到软弱围岩，这类围岩一般具有较大的孔隙率、较小的密度以及较为疏松的结构，并且胶结性较差或者没有胶结，由于这类围岩存在裂隙、节理以及弱面，在开挖后容易滑落、破碎以及膨胀，所以这类围岩的变形控制一直是地下隧道施工中所面临的复杂难题，当公路隧道工程遇到这类围岩时，往往会给施工造成很大的难度。
在隧道的开挖施工中，软弱围岩的压力规律一般体现为以下几个特点：一是围岩所显现的压力以及出现的变形会随着时间体现出较为明显的阶段性。当对软弱围岩进行开发之后，开挖初期会出现较为剧烈的变形，随后逐渐稳定，在稳定后的一段时期又会出现急速变形，严重情况下会对工程造成破坏；二是压力的变化以及表型具有较为明显的空间效应，软弱围岩在形状改变中产生的弹性能随着挖掘深度的增加而增加，其中深度平方值与弹性能具有正比关系，在同等变形控制措施以及地址条件中，地下工程的深部所具有的膨、压、挤现象比工程的浅部更加明显；三是在地下工程的地板部分含有软弱岩石时，工程的地板部分容易形成滑动面并产生松弛区和底鼓现象；四是地下工程深部压力沿着全断面均匀分布，如果整个地下工程都处在软弱围岩中并且具有较大的深度，由于围岩不断蠕变以及软弱围岩应力所产生的同性取向会导致横断面出现底鼓、帮挤、拱顶变形等现象；五是在隧道工程中的软弱围岩开挖后由于软弱围岩的强度较低或者软弱围岩位于高应力区，软弱围岩所承受的应力可能超

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出其本身的强度而产生松动并出现较大的松动圈。

二、软弱围岩隧道开挖方法

在公路隧道工程中，软弱围岩隧道挖掘需要以围岩的受力状态、地质条件、施工安全以及机械设备等因素为依据进行方法的选择，在挖掘过程中需要遵循的原则主要包括以下几个方面：一是为了降低对软弱围岩整体强度的影响应当采用弱爆破的方法；二是为了尽快的形成隧道缝补结构应当遵循多循环、短开挖、快封闭的原则；三是为了确保公路隧道工程施工的可靠和安全，有必要对隧道地步的隆起、拱顶的下沉等做出有效控制；四是有必要对软弱围岩的支护结构受力状态进行改善以确保或提高公路隧道工程的施工进度。
在遵循以上原则的基础上，需要注意的是大变形围岩隧道并不能使用一次开发成形的办法，长台阶法也不具备较好的适用性，这是因为由于软弱围岩自稳时间短、自稳能力较差、支护体系难以在短时间内构成封闭环并且隧道容易坍塌，所以分布开挖法以及微台阶法是软弱围岩大变形隧道开挖中使用的主要方法，在一些特殊情况下可以使用中隔壁法、双侧壁导坑法、交叉中隔壁法等分布开挖法。其中短台阶法适用于具有较差稳定性的围岩、开挖之后掌子面具有较长时间的自稳并且变形较轻的单线隧道；环形开挖预留核心土法适用于较差稳定性的围岩、开挖之后掌子面具有一定的自稳时间并且变形较轻的双线以及单线隧道；交叉中隔壁法与双壁侧导坑法适用于稳定性较差的围岩、开挖之后掌子面具有较短的自稳时间并会出现重度或者中度变形的多线以及双线隧道。

三、软弱围岩隧道支护设计的原则

公路隧道施工中的软弱围岩开挖之后，为了确保围岩的稳定，有必要在工程的周边进行支护。根据公路隧道工程软弱围岩的压力规律和特点，为了有效的提高围岩承载能力并使工程能够具有均匀的受力与较小的变形量，在公路隧道工程软弱围岩支护施工中需要遵循以下几点原则：一是要对软弱围岩的化学物理性质、力学参数以及特性进行勘察并以勘察结构为依据来进行支护对策和支护方案的制定，在遵循先柔后刚、先让后抗、支让结合原则的基础上采用能够伸缩并且具有较大支撑力的支架；二是支护工作要机制，使用具有较快增阻速度和较大初撑力的支架来有效控制软弱围岩的变形；三是遵循支护、加固、让压、卸压结合的原则，在高地应力部分要充分卸压，在具有较大变形量的部分要适度让压，在软弱明显的部分要进行及时加固以及支护以增强软弱围岩的承重力；四是对地下工程的几何形状以及断面尺寸进行优化，对测压以及底鼓现象较为严重的部分应当采用类似圆形并且具有较好受力的封闭式支护；五是如果软弱围岩并不含有具有膨胀性的矿物质成分，可以采用疏干放水的方法来增强软弱围岩的强度，如果软弱围岩中含有这些成分，则可以使用封闭保原等措施来降低膨胀力；六是以实际情况为依据开展二次支护或者多次支护，对每次支护间隔的时间进行合理确定；七是确保施工具有方便性。软弱围岩地下工程一般具有较小的断面尺寸和空间，许多大型的设备和机械难以进行工作的开展，所以支护结构的质量以及尺寸的确定需要重点考虑劳动强度以及施工成本的降低和施工效率的提升；八是确保施工的经济性。许多支护结构从技术层面上看能够确保软弱围岩工程的稳定，但是却具有较高的造价，使用这些支护结构必然会使施工成本升高，所以在支护结构的选择中，不仅要重视技术上的可行，同时要强调经济上的合理，只有具备这两种条件的支护结构在公路隧道工程施工中才具有良好的推广价值与应用价值。

四、软弱围岩的支护方法

软弱围岩在自稳能力方面的特性决定了许多常规的支护方法并不适用于软弱围岩的支护，喷锚支护是在软弱围岩的支护中被广泛应用的支护方案，而适用于软弱围岩工程支护的常规方法主要包括以下三种：

(一)锚网喷支护

在具有适当支护参数的前提下，锚网喷支护是十分合理的支护形式，在锚网喷支护中组合拱可以与软弱围岩一起承担应力，具有较大的强度以及可变形量，但是单一的使用锚网喷支护在软弱围岩施工中也具有一定的局限性，它并不适用于高应力集中带以及涌渗水地段。在高应力集中带，锚网喷支护需要与其他支护形式进行联合支护来提高承载能力与支护能力，而在涌渗水地段则应当在使用拱架进行及时的支护后通过喷浆封闭来降低软弱围岩的位移，当软弱围岩的变形平稳后再使用锚杆对软弱围岩进行加固。

(二)锚网注喷支护

锚网注喷支护方法一方面能够对围岩进行加固，对围岩的力学性能进行改善，可以有效的控制塑性形变，另一方面可以让缝隙被浆液充填来实现围岩整体性的提高并防止地下水摄入，所以这种方法能够作为控制地下工程围岩大变形过程中十分有效的支护手段。

(三)强行快速联合支护

对于可能出现大变形的软弱围岩工程，不能等到初期支护完全稳定后才开展二次的衬砌，而应当在合适的时间强行的进行二次衬砌。一般在48小时之后，围岩的变形速度小于每小时三毫米之后如果形变有侵限，则应当对侵限且已被破坏的支护体系和围岩进行拆除，在查出过程中为了降低对支护体系的干扰，需要做到以下几点：一是快速；二是逐榀拆除钢拱架；三是使用风镐进行撬挖。
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