中铁十七局集团第一工程有限公司
摘要：伴随高铁隧道建设规模的不断扩大，不可避免的遇到各种复杂地质条件，其中，软弱地层对險道施工安全极为不利，国内外学者也对此进行了大量的研宄，在软弱地质条件下进行隧道开挖，地质软弱易扰动，加之地下水的作用会使地质进一步软化，稳定性较差。本文对软弱地质隧道施工的原则进行探讨，并分析其施工技术。
关键词：软弱地质、隧道、施工技术
一、前言
从工程地质角度来说，软弱地质隧道的施工过程受多种因素控制，在不同的工程地质和工程条件下，各因素所起的作用主次不同。分析软弱地质隧道的施工过程，判断在隧道施工过程中哪些因素是影响软弱地质稳定性的主要因素，有针对性地选择隧道开挖、支护方式，将最大限度地减少隧道施工过程中软弱地质的变形，避免造成重大经济损失和安全事故。
二、软弱地质隧道施工原则
软弱地质隧道要采用喷锚构筑法施工，复合衬砌。喷锚构筑法是根据新奥法原理，以岩土力学理论为基础，合理地利用地质的自承能力，尽量减少隧道开挖对地质的扰动，使地质成为支护体系的组成部分。监控量测是喷锚构筑法的重要内容，通过监控量测指导隧道的施工和设计。据此，施工遵循以下原则进行：
1、合理利用地质的自稳能力，保持地质稳定。
2、以喷射砼、锚杆为主要支护手段，必要时采用钢架联合支护，及时支护，及时封闭，使围岩成为支护体系的重要组成部分。
3、开挖作业尽量减少对围岩的扰动，保持隧道开挖轮廓圆顺。
4、二次衬砌在围岩与初期支护变形基本稳定的条件下进行。
三、软弱地质隧道施工技术探究
1、洞口段施工
一般来讲，洞口段由于埋深较浅，地质破碎松散，开挖后，地质不能形成自然拱，或者不能自稳，或者自稳时间较短，易导致坍塌。为安全进洞，均采用套拱。套拱施作前，根据各隧道洞口的地质情况，采取如下预加固措施：
（1）隧道进、出口的地质条件较好时，应进行清理边仰坡，并对边仰坡进行锚杆挂网和喷砼封闭，在拱部3m范围内打三排超前锚管，锚管选用φ50x5mm、长度6m、间距1X1m，呈梅花形布置。进洞开挖时，初期支护内设型钢刚架，每挖一榀刚架的距离支护一次，保证洞口不垮塌。
（2）隧道洞口位于地下水、地表水发育地段，地层为红粘土、粉质土，含水量大，呈软塑状时，进洞前，对洞口段采用在长度不小于10m的φ108x6钢管超前大管棚进行注浆预加固，钢管间距不大于40cm，管棚钢管上应沿四周钻设直径不小于10mm的注浆孔，以便内注浆时浆液通过圆孔注入土体。可根据洞口围岩的软弱程度，考虑在每根管棚钢管内设不少于4根φ18螺纹钢筋，以加强管棚承载力。砼套拱采用C20砼，截面尺寸为100x100cm。套拱设大拱脚，支撑于设计开挖轮廓线外侧，拱脚宽度为1.5～2m。管棚钢管通过套拱上预留的定位孔固定管棚洞口端。在管棚的防护下，进行开挖、支护等施工作业，同时注意观察管棚的注浆是否达到预期效果，是否将拱部围岩通过注浆固结到一起。对管棚注浆未达到预期的部位，采用长度不小于4m的φ40x3.5mm的钢花管进行补注浆，以使洞口拱部达到土体全部固结，无软塑土或沙土流坍为度。
2、正洞施工
（1）管棚支护
当正洞段围岩松散或呈软塑状态时，管棚支护是保证隧道上方土体不大面积下沉的有效措施。正洞段管棚可采用不小于φ89x5mm的钢管打设，钢管上参照洞口管棚钻出浆口。正洞管棚的尾部应制作一榀型钢钢架作为管棚的支撑，钢管打设完成后，与型钢钢架焊接牢固。当正洞管棚注浆效果不理想或仍有围岩从管棚的缝隙塌落时，可在管棚的缝隙内再分段打设超前小导管并注浆，长度为3m，排间搭接长度不小于1.5m，保证拱部至少有两层钢管作为超前支护。由于导管施工有仰角，故型钢与导管间一般会存在缝隙，在施工中采取短钢管或短型钢废料，将空隙堵塞，并牢固焊接，喷砼密实。
（2）反打
由于隧道塌方后往往要进行变更设计，初期支护、二次衬砌均要加厚，而未塌地段的初期支护、衬砌砼影响钢管的打入方向，为保证整个开挖段的净空满足设计或变更设计要求，必须对钢管打入段进行反打，反打要在保证净空的条件下进行，可利用一榀支护拱架作为导向孔支架，反打后，把影响净空的钢管尾部切除。
（3）上导坑开挖支护
为保证上导坑开挖后稳定及下导坑开挖的安全，要对上导坑加强支护。支护采用50cm一榀不小于I18的型钢拱架，型钢拱架与管棚、超前小导管等牢固焊接，并在上导坑钢架每个拱脚处设不少于2根φ75mm锁脚钢管，锁脚钢管内注满高强度水泥砂浆，防止下导坑开挖时拱部下沉。在起拱线处加设大钢管或型钢水平横撑并焊牢。
（4）网喷混凝土
为保证围岩不因开挖而逐渐形成坍塌体，应对开挖后的软弱围岩及时进行初期支护，并在初期支护中配型钢拱架，挂网喷砼，尽早使封闭了的围岩与初期支护形成整体，产生一定的强度和稳定性。否则，开挖后失去支撑的围岩，经过水的渗透、外界的不断扰动，将逐渐剥落，最终将形成坍塌。
（5）下导坑开挖支护
软弱围岩下导坑开挖，在临近开挖面时，采用左右交错人工开挖，当一边开挖后，马上进行钢架的架设，并与锁脚钢管、横向支撑钢架焊接在一起。边墙安设的径向锚杆与钢架焊接牢固，及时挂网喷砼封闭防护；然后处理另一边。在下导坑开挖分两步进行时，每一步工作完成后，均应加水平支撑以保证稳定。
（6）二次衬砌
目前的高铁隧道初期支护一般能够满足隧道变形稳定和施工安全要求，但，对于地质条件特别差的围岩，仍有诸多不可预见的因素，会因开挖后的应力重分部、地下水的流动等使围岩变形和压力突然增大。为保证施工安全万无一失，在软弱围岩初期支护基本稳定后，应及时施做二次衬砌，并在二次衬砌中设双层钢筋网，两层均预留5～8cm的砼保护层，以利用二次衬砌足够的强度特性。
3、上土下石隧道的开挖方式
上土下石隧道地段地层一般指上部为软土，下部为岩层。在软土与下伏岩石的接触面上地下水一般相对丰富。软土底部由于地下水的长期侵蚀呈软塑状，土石接触面为软弱面，隧道施工时易发生坍塌、掉块现象。上土下石的施工关键在于上部土层的开挖、拱角的处理及下部石方的爆破。
上部土层开挖时，其初期支护的拱脚处应适当放大并且落在坚硬的岩石上，拱脚处采用锁脚锚杆进行加强。只有这样才能防止由于下部岩石的爆破震动发生意外。上部土层应采用每步开挖断面较小的CRD法，左右交错进行开挖和支护，错开距离一般在3m左右。
下部岩石开挖应采用“密布孔，弱爆破”的方式，以减少对上部断面的扰动。上部土层的开挖与下部岩石的开挖距离可拉开20m左右。上土下石隧道地段，要经常用钻杆探孔检查土石界面的位置、土质和地下水的发育情况，以便采取相应的支护措施和施工方法。
四、施工注意事项
1、严格执行既定的“短开挖，快支护，紧衬砌”、土质围岩“禁爆破'、石质围岩“弱爆破”的施工原则，不得为盲目追求进度，蛮干冒进。
2、为保证衬砌厚度以及衬砌结构不侵限，开挖轮廓应考虑足够的预留变形量，同时，施工过程中，应结合量测结果及时予以修正。
3、控制软弱地质施工进度的主要环节是上部开挖，二次衬砌以初期支护变形量测为依据，为保证安全，可缩短衬砌长度为3m或6m，可不拘泥于衬砌台车的长度。
五、结语
总之，隧道施工受地质因素影响大，开挖揭露的地质情况可能千变万化，在设计阶段也不可能全部预知，因此，在施工中要有一个再认识的过程。隧道施工一旦进入正常生产，各工序衔接紧凑，要求各个环节密切配合，出现问题及时处理，确保隧道的安全施工。
参考文献：
[1]王勇.软弱地质大跨隧道施工技术的思考，隧道建设，第3期，2004.
[2]陈木春，邓军，砒霜坳隧道软弱地质施工技术，广东公路交通，2001年增刊.
[3]黄波，公路隧道软弱地质开挖方法研究，土工基础，第18卷，第5期，2004.