公路隧道软岩大变形及支护施工技术

摘要：隧道的施工和正常使用都会受场地地质情况的影响，穿越高地应力、软弱破碎围岩等地质环境时，会造成围岩较大的变形，从而导致安全问题以及质量问题出现。因此，对岩体的变形特征进行精确探测以及控制是具有必要性的。本文将基于公路隧道软岩大变形成因，对公路隧道软岩大变形及支护施工技术进行分析，以期更好地提升隧道建设的整体稳定性。

关键词：公路隧道；软岩大变形；支护技术 1 引言

在大变形的软岩地段，施工时易发生大变形，甚至发生塌方、冒顶等事故，因此，应进行详细的地质勘察，合理选择支护参数，加强施工中的质量管理，以有效改善软岩体的变形状况，控制围岩变形，确保支护结构的安全和稳定性。以下将基于其变形成因对其支护施工技术进行分析：

2 公路隧道软岩大变形成因分析 2.1 地质因素

软岩又称为软围岩，因构造面切割和风化作用，导致其孔隙疏松，强度低，而在隧道施工中，软岩的大变形是由其地质特征所决定的，特别是在开挖后，其自稳性较低。从特性上讲也极易发生崩塌问题。从变形的成因来看，在开挖时，支护洞体的原位置围岩位置发生改变，从而形成洞墙。在此情况下，围岩将自行调节应力，使其朝向隧道的净空方向发生变形。当继围岩被挖出后，支撑力消失，其它位置的岩石会对孔隙产生压力，从而使软岩发生变形。此外，软岩是一种膨胀性岩石，在满足膨胀条件后，会产生膨胀反应，而当膨胀力过大时，膨胀力就会向初始支护传递，从而引起变形。

2.2 设计因素

当前，公路隧道的设计已形成工业化的思想，因此，具体的支护设计参数将比较精确。然而，由于围岩种类繁多，因此，即使理论上的应力状况计算再精确，也仅仅是保证其理论上的可行性，而在实际工程中，设计值和经验值往往会有很大的差别，而且在各种外部环境的影响下，软岩的变形情况得到强化。期间在水-岩力耦合作用下，初始支护受力比预应力大，也将导致早期支护产生变形。

2.3 施工因素

在公路隧道施工过程中，由于采用机械开挖、钻探、爆破等方法将会引起围岩的振动，由此导致岩体内应力发生改变，从而形成应力拱圈。特别是在公路隧道软岩塑性屈服破坏范围很大时，其自稳态应力拱圈半径会增加，从而进一步加剧早期支护的受力。而在施工过程中，由于开挖工法的适应性不强，难以有效地控制围岩的变形。

3 公路隧道软岩大变形及支护施工技术 3.1 机械开挖

为减少隧道施工对大变形软岩体段围岩的干扰，通常采用的是机械开挖方法。工程机械可选用挖掘机、破碎锤、铣挖机等，比爆破开挖能有效地减少对围岩的干扰，避免大变形问题出现。由于隧道开挖面狭小，掘进机、破碎机的作业受到一定的，而且会造成超欠挖问题的出现。而铣刨机的多齿合金钻头可以360度旋转，能根据需要凿出围岩，同时能够有效地抑制超欠挖问题出现，故宜采用铣刨机。此外，铣刨机是利用钻头在围岩上剥离渣块，而非振动作用，对围岩的干扰较少，更有利于控制岩体的变形。

3.2 钢拱架强度

在大变形阶段，一般采用钢拱架+锚杆+钢筋网+喷水混凝土组合支护，而钢拱的强度往往影响到整个结构的强度和稳定性。在大变形软岩区，早期支护常会产生大的变形，若钢拱架强度不够，极易发生初支侵入二次衬砌，严重时会导致整体支护结构失稳。为此，应选用高强度钢拱架，并与喷射混凝土、锚杆等结构结合，形成稳定的早期支撑体系。在常规V型围岩区，常用的钢拱架为18、20

型，其排列间距约为750mm。但在大跨度软岩体大变形区，使用20b型工字钢作为钢拱架，其排列间距为500mm，仍然会导致早期支护变形大，由此将需要采取换拱措施。通过对H型钢的分析，提出以H型钢取代工字钢作为钢拱，可以有效地抑制预支变形，改善早期支护结构的稳定。

3.3 锁脚锚杆

在钢拱架的基础上，存在着较大的应力集中现象，期间采用锁脚锚杆的方式将可以有效地改善拱架基坑的稳定，并能有效地抑制早期支护结构的变形。在工程实践中，还可以采用注浆钢管与型钢接头结合锁脚的施工方法，利用钻机沿着拱脚斜度钻进，再将钢花管填满。在拱脚处，以型钢为纵向接头，在型钢中部开一个缺口，使钢花管与拱架相连，从而实现收缩。此外，自进式锚杆锁脚是由一种带有钻孔的空心锚杆岩石拱脚下钻，在锚杆与螺栓之间用套管进行联接，在达到设计深度后，在固定位置设置锚垫板和上紧螺栓，然后进行注浆加固。相对于钢花管缩脚，自进式锚杆具有较大的锁定距离，便于灌浆和加固。

3.4 拱脚支垫及螺栓连接

在公路隧道工程中，由于拱脚的沉降和周围的位移等原因，拱段与中（下）级台阶的衔接不顺畅，从而产生中、下部台阶的初支侵限。所以，在进行预应力混凝土收缩时，应确保钢拱架基部的平整、致密，并能有效地控制早期支护结构的变形。例如：在拱脚上使用预制件或连接板，既能确保拱架的受力均匀，又能改善拱脚的稳定性，同时有效避免拱架在空中产生的变形和位移问题。钢拱架在安装钢板时，由于周围位移应力集中，其横向剪力要求很高，所以需要使用高强度螺栓进行连接。实践证明，H型钢在大变形软岩段中，采用M30高强螺栓可以有效地改善联接作用，确保早期支护结构的强度与稳定。

3.5 锁固锚杆

早期支护结构的锚固设计长度由围岩松动圈半径决定，随着松动圈半径的增大，早期支护上部受软岩变形的影响也随之增大。实践证明，在围岩松动圈直径为9m时，其变形量要比6m以上的松动圈大得多。常规的水泥砂浆锚杆难以达到设计深度，可以使用自进式锚杆，该锚杆具有钻头和可伸长，能够根据设计的锚

定长度进行施工。此外，采用空心结构的自进式锚杆，其灌浆效果比一般的水泥砂浆要好得多。因此，在软岩区大变形地段，需要根据其地质条件，合理确定加固长度及加固方式。

3.6 纵向连接

由于隧道开挖会使围岩原有的自然平衡发生变化，从而使围岩中的应力得到释放，避免围岩及支护结构发生变形问题。软岩大变形隧洞的围岩变形是多向复杂的，竖向变形引起拱顶沉降。同时，纵向联结能使拱架与支护结构的整体稳定，避免因围岩应力引起的拱架薄弱部位的损坏。工字钢拱架锚喷支护结构，由于其纵向联结强度不够和支护结构整体稳定性差，在后期往往会出现拱架倾翻和拱架之间的混凝土裂缝。实践证明，在实际工程中，使用两个连杆可以有效地改善支护结构的纵向连接强度、支护结构的稳定性以及围岩的变形和破坏情况。

4结语

在开挖方法及支护参数设计不当的情况下，隧道软岩将极易发生大变形问题，严重时发生塌方、冒顶事故。在软岩大变形区，可以采取机械开挖、弱爆破、小断面开挖等措施降低围岩的干扰，从而达到控制围岩变形的目的。同时还可以通过改善拱架强度、合理配置锁脚锚杆、拱脚支垫、锚杆锚固等措施，对支护结构进行围岩和早期支护结构变形的有效控制，从而达到改善整体结构稳定性的目的。因此，在大变形软岩地段的设计和施工中，需要正确地选取开挖方式，确定相应的支护参数，以有效地控制围岩的变形，以确保整个隧道的安全和稳定。

参考文献

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