【文章內(nèi)容簡介】 現(xiàn)象。通過該段時，若支護不足，可能造成支護變形過度、侵限，甚至塌方等安全風(fēng)險。支護大變形嚴(yán)重侵入凈空實例（4）斷層破碎帶由于斷層上下兩盤的相對運動，常使斷層面附近巖石破碎成碎石和粉末狀，形成斷層破碎帶，其巖體一般自穩(wěn)性極差，且常伴有地下水，隧道通過斷層破碎帶時易發(fā)生塌方、掌子面突泥、突水等安全風(fēng)險。斷層破碎帶及塌方（5）結(jié)構(gòu)面發(fā)育的塊狀巖體地段塊狀圍巖的力學(xué)特性是巖石單體強度較高、承載力較高，但因結(jié)構(gòu)面發(fā)育，受其切割制約，特別是在有地下水組合作用的條件下，巖體整體穩(wěn)定性差，這類圍巖隧道坍塌的特點是個別巖塊失穩(wěn)，造成較大范圍巖塊突然坍塌。結(jié)構(gòu)面發(fā)育坍塌巖塊（6）不同巖層接觸帶地段由于不同巖層，巖性差異大，加之常伴有地下水，在接觸面附近常發(fā)育有風(fēng)化剝蝕面，巖體較為軟弱、破碎，隧道通過時，在掌子面上方或前方，易發(fā)生塌方、涌泥等安全風(fēng)險。接觸帶塌方三、軟弱圍巖隧道設(shè)計（一）、軟弱圍巖隧道設(shè)計理論在隧道工程的設(shè)計與施工中，除了了解軟弱圍巖隧道“自穩(wěn)差、易坍塌”的工程特點，還必須清楚地認識到隧道不同于地面建筑物的3個主要特點：（1）隧道是由圍巖和多種支護結(jié)構(gòu)兩部分組成的，即：隧道 = 圍巖 + 支護圍巖與支護共同承擔(dān)山體的壓力。隧道工程的主要特點（1）隧道承受的壓力具有不確定性。（2）支護體系是控制圍巖變形的關(guān)鍵。為有效控制隧道工程安全風(fēng)險，避免或減少坍方事故發(fā)生，應(yīng)以“充分調(diào)動圍巖的承載能力，有效控制圍巖變形和松弛”為設(shè)計理念，按新奧法原理進行軟弱圍巖隧道設(shè)計。（二）、隧道支護設(shè)計根據(jù)新奧法原理，軟弱圍巖隧道支護一般采用復(fù)合襯砌。復(fù)合襯砌由初期支護、二次襯砌兩部分組成。隧道開挖后先實施噴射混凝土、錨桿、鋼拱架等與圍巖密貼的初期支護，約束圍巖變形，并根據(jù)變形監(jiān)控量測結(jié)果，適時施作二次襯砌。圖 復(fù)合襯砌圖初期支護設(shè)計初期支護是由噴射混凝土、錨桿、鋼架組成的聯(lián)合支護體系，是復(fù)合襯砌隧道的主要承載結(jié)構(gòu)。初期支護設(shè)計錨桿錨桿作為初期支護的另一主要構(gòu)件，設(shè)計施工中是必不可少的，特別是在軟弱圍巖中，其對圍巖的加固作用十分明顯。1）軟弱圍巖中錨桿的作用在軟弱圍巖中單憑噴射混凝土往往難以抵抗圍巖的巨大形變壓力，不能有效地保證支護的可靠性。在這種情況下，需要將噴射混凝土與錨桿聯(lián)合使用，并把錨桿作為主要的支護措施。軟弱圍巖中錨桿的主要作用是通過形成具有一定厚度的“加固圈”來“加固圍巖”?！凹庸倘Α背袚?dān)外層圍巖傳來的荷載，使得最后傳到噴射混凝土層的荷載大為減小。錨桿對圍巖的加固是通過錨桿周圍的水泥砂漿與圍巖的粘結(jié)力來實現(xiàn)的，因此需保證錨固可靠，且錨桿墊板必須與巖面緊貼。2）軟弱圍巖錨桿設(shè)計與施工要點：（1）錨桿的布置一般沿洞室周邊徑向均勻布置，必要時底部也要加錨桿；（2）為保證加固帶有一定厚度，錨桿的長度與間距之比一般為2:1；（3）為防止錨桿間圍巖坍落，還應(yīng)配合網(wǎng)噴混凝土，噴層主要承擔(dān)錨桿間的局部坍塌荷載；（4）為達到設(shè)計目的，軟弱圍巖錨桿施工中要求做到：錨桿錨固可靠，全長粘結(jié)；要用墊板，且墊板要求與巖面緊貼。初期支護設(shè)計鋼架鋼架分型鋼鋼架與格柵鋼架兩種，一般應(yīng)與錨桿、噴混凝土共同使用。鋼架斷面圖 格柵鋼架 1）鋼架的作用 鋼架的作用有四點：一是噴混凝土發(fā)揮作用前支撐圍巖；二是對噴射混凝土進行補強；三是作為超前支護的支點；四是與錨桿、噴射混凝土共同發(fā)揮初期支護的作用。2）鋼架適用范圍鋼架的最大特點是剛度大，架設(shè)后能夠立即承載受力。因此，多用于軟弱破碎或土質(zhì)圍巖中，需要控制圍巖變形迅速發(fā)展的場合。如淺埋、偏壓及土層隧道等。鋼架的設(shè)計與施工要點：（1）一般采用工字鋼，或“八字結(jié)”形聯(lián)系鋼筋的格柵鋼架；（2）～。（3）為增加鋼架的整體性，每榀鋼架間應(yīng)設(shè)縱向連接構(gòu)件；（4）鋼架拱腳及墻腳應(yīng)有控制鋼架位移和下沉的措施。為達到設(shè)計目的，鋼架的施工要求做到：（1）接頭是整個鋼架的薄弱環(huán)節(jié)，必須加強。（2）鋼架應(yīng)直立安裝，并用混凝土預(yù)制塊與圍巖頂緊；（3）型鋼鋼架應(yīng)預(yù)留注漿孔，及時對噴混凝土層后回填注漿，保證與圍巖密貼；（4）分部開挖鋼架落底接長時，要注意防止失穩(wěn)。二次襯砌設(shè)計軟弱圍巖中二次襯砌也是主要承載結(jié)構(gòu)，二次襯砌與初期支護共同承擔(dān)較大的后期圍巖變形壓力，應(yīng)適時施作。（1）二次襯砌的作用軟弱圍巖隧道中，二次襯砌的主要作用：一是承載，二是安全儲備，保障運營的安全。（2）二次襯砌的設(shè)計與施工要點二次襯砌原則上應(yīng)適時施做。軟弱圍巖二次襯砌應(yīng)帶仰拱，與邊墻應(yīng)圓順連接，減少應(yīng)力集中。為達到設(shè)計目的，軟弱圍巖二次襯砌施工要求做到：二次襯砌應(yīng)先施工仰拱，分段整體澆注。二次襯砌背后空洞應(yīng)回填密實。四、軟弱圍巖變形控制技術(shù)控制掌子面變形、坍塌的技術(shù)掌子面過大的變形將導(dǎo)致坍塌事故的發(fā)生。這種事故占隧道坍方事故的比例最高，造成的人員、機械設(shè)備的損失最大，在設(shè)計施工中都應(yīng)該引起高度重視?？刂普谱用孀冃?、坍塌的技術(shù)掌子面錨桿（2）掌子面錨桿 設(shè)置掌子面錨桿的目的是控制圍巖開挖后的先行位移和掌子面位移，也是給大斷面開挖創(chuàng)造條件，有利于控制先行和后期圍巖、支護變形。掌子面錨桿的長度一般都在10～20m 之間，宜優(yōu)先采用易于切割的玻璃纖維錨桿。圖 掌子面錨桿控制掌子面變形、坍塌的技術(shù)掌子面噴混凝土封閉（3）掌子面噴混凝土封閉掌子面噴混凝土是現(xiàn)場使用較多的另一種維持掌子面穩(wěn)定的支護措施。圖 掌子面混凝土封閉 控制掌子面變形、坍塌的技術(shù)（4）掌子面預(yù)留核心土掌子面預(yù)留核心土防止掌子面失穩(wěn)、坍方是隧道中運用最廣、最簡單、最經(jīng)濟的技術(shù)措施之一。核心土控制落底開挖坍方技術(shù)隧道上臺階開挖支護完成，下一道工序就是下臺階落底開挖。這道工序風(fēng)險極大。落底時上半部支護基礎(chǔ)懸空，失去支撐，很容易引起支護和圍巖失穩(wěn)、坍方。這種事故一旦發(fā)生，容易造成前方掌子面作業(yè)人員被困和傷亡。落底開挖的關(guān)鍵技術(shù)是在開挖前給上半斷面支護結(jié)構(gòu)提供一個臨時或永久的基礎(chǔ)，控制支護拱腳的快速下沉。常見的控制拱腳下沉技術(shù)有：（1）鎖腳錨管技術(shù)鎖腳錨管當(dāng)它作為承載結(jié)構(gòu)時，主要是傳遞來自于上部初期支護的壓力，因此，應(yīng)盡量沿拱腳切線方向設(shè)置。若施作不到位，將降低錨管作用效果。圖鎖腳錨管（2）臨時仰拱技術(shù)臨時仰拱在臺階法開挖的軟巖大斷面隧道中經(jīng)常使用，能讓上臺階臨時封閉成環(huán)，有效地控制上半段面支護的沉降，保證下臺階開挖的安全。圖 臺階法臨時仰拱（3）擴大拱腳技術(shù)擴大拱腳是通過展寬基礎(chǔ)，減小地基壓力的方法，實現(xiàn)控制支護沉降的又一種有效的技術(shù)手段。其關(guān)鍵是基礎(chǔ)要有足夠的寬度，～。施作時，若拱腳寬度不夠，將造成沉降過大，達不到設(shè)計要求。圖 擴大拱腳工程實例成功實施的超大斷面軟弱圍巖隧道工程實例：六沾鐵路烏蒙山二號隧道。隧道出口為四線車站隧道，全長610m，，為單跨交通隧道的世界之最。隧道洞身主要通過泥巖、頁巖夾砂巖等地層。針對跨度超大、圍巖軟弱的特點，結(jié)構(gòu)采用核心土、超前預(yù)支護、邊墻設(shè)臺的拱跨式結(jié)構(gòu)，有效地控制了支護的變形。目前大跨開挖已基本完成，未出現(xiàn)坍塌問題。圖 六沾鐵路烏蒙山二號隧道實例五、體會與建議遵循“選線四原則”，從設(shè)計源頭降低軟弱圍巖隧道風(fēng)險隧道位置的選擇在重視洞口地形、地質(zhì)條件的同時，應(yīng)充分考慮隧道洞身地質(zhì)條件，隧道位置應(yīng)盡量避免或減少通過軟弱圍巖地段。在選線設(shè)計時，要遵循以下“選線四原則”：（1）選擇構(gòu)造簡單，地層單一，地下水不發(fā)育，巖體完整性較好的地段；（2）盡量減少傍山、淺埋段，避免短隧道群。（3）隧道洞身宜平行水平最大主應(yīng)力方向，爭取垂直巖層走向；（4）避開或遠離斷層破碎帶，必須穿過時，宜大角度穿過；并應(yīng)注意選擇在斷層、特別是活動斷層的被動盤內(nèi)通過。充分貫徹“早進晚出”的原則，強化軟弱圍巖隧道進洞設(shè)計洞口位置的選擇充分考慮施工、運營安全和環(huán)保要求，遵循“早進晚出”的原則。有條件時應(yīng)盡量接長明洞，不要為了縮短隧道的長度而偏壓、拉槽進洞，使洞口處挖深過大，破壞山體坡面的穩(wěn)定和植被，給施工和運營安全帶來隱患。進洞成功實例進洞失敗實例 軟弱圍巖隧道宜采用超前管棚進洞，并對洞口臨時開挖坡面采取錨桿（索）、壓漿、鋼筋網(wǎng)、噴射混凝土等支護措施；同時，在開挖進洞之前，還應(yīng)做好地表防排水系統(tǒng)，以確保隧道進洞安全。高風(fēng)險軟弱圍巖雙線長隧道，宜采用雙洞單線分修方案高風(fēng)險軟弱圍巖雙線長隧道宜采用上下行分修，修建兩座單線隧道，由于隧道開挖跨度、斷面減小，有利于施工時控制圍巖和支護變形，防止坍方事故的發(fā)生。加強地質(zhì)勘察工作，細化軟弱巖層工程特性判釋重視軟弱圍巖地段的地質(zhì)勘察工作，開展綜合勘探，查明其工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件，圍巖合理定級。對于通過軟弱圍巖地段的隧道，地質(zhì)勘察工作的主要目的是確定軟弱圍巖在隧道洞身上的分布段落、工程特性。通過地質(zhì)測繪輔以槽探、平硐等方法，了解軟弱巖層的分布層位，綜合地面物探成果初步確定軟弱圍巖在洞身的分布段落。在此基礎(chǔ)上布置鉆探工作，通過鉆探、孔內(nèi)綜合測井、原位測試和室內(nèi)試驗，進一步細化軟弱圍巖在隧道洞身段的分布段落和工程特性。為彌補勘察工作的局限性，應(yīng)加強施工地質(zhì)特別是超前地質(zhì)預(yù)報工作，在開挖環(huán)境下、圍巖的受力、地下水的徑流條件均有所變化，應(yīng)高度重視局部的小構(gòu)造、不同巖性的接觸帶、層間不利的結(jié)構(gòu)面組合對隧道穩(wěn)定性的不利影響。針對軟弱圍巖的工程特性，設(shè)計方案應(yīng)做到“三個有利于”軟弱圍巖的力學(xué)特性是強度低、承載力低，隧道開挖后變形大。因此，針對圍巖與隧道變形的控制措施是設(shè)計的要點。設(shè)計應(yīng)做到“三個有利于”：（1）開挖方法的設(shè)計應(yīng)有利于保護圍巖，減小塑性區(qū)范圍，最大限度地調(diào)動圍巖的承載作用，控制圍巖的變形量；例如采用弱爆破、圍巖預(yù)加固等設(shè)計；（2）支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計應(yīng)有利于支護結(jié)構(gòu)盡快封閉，形成整體穩(wěn)定的封閉環(huán)狀結(jié)構(gòu)，以達到減小支護自身變形的目的；例如采用有利于快封閉的cd/crd等工法；（3）支護結(jié)構(gòu)未封閉之前，輔助工程措施的設(shè)計應(yīng)有利于控制支護結(jié)構(gòu)的整體下沉；例如采用大拱腳或拱腳支撐樁等措施。加強現(xiàn)場配合，積極開展信息化設(shè)計隧道施工圖一般是通過施工前的地質(zhì)勘察，按工程類比或標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計進行設(shè)計的，正確與否或與實際的符合程度需要通過施工的檢驗。因此應(yīng)重視施工過程中的調(diào)查和監(jiān)測等信息的收集、分析，開展信息化設(shè)計，及時對施工圖設(shè)計進行有針對性的設(shè)計修正。信息化設(shè)計是從設(shè)計角度出發(fā)防止軟弱圍巖隧道坍方的最有效手段。信息化設(shè)計的基礎(chǔ)是：監(jiān)控量測、超前預(yù)報。監(jiān)控量測是確