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摘要：以建恩高速周家湾隧道施工为例，具体介绍软弱围岩在发生围岩突变采取的控制措施，分析围岩突变产生原因，结合现场处理措施，从施工工艺、施工控制等方面有效防止围岩变形。
关键词：隧道；软弱围岩；突变；控制措施；处理措施
1.引言
随着国家对山区基础建设的大力开发，隧道工程也频繁出现。受各地区地质地貌不同影响，施工过程中产生围岩变形也变得习以为常，但是由于软弱围岩产生变形，增加了施工难度和安全风险，因此如何有效的在施工过程处理、控制围岩变形显得尤为重要。
2.工程概况
周家湾隧道起讫里程：左隧道ZK95+383～ZK97+815，长2432m，右隧道YK95+415～YK97+819，长2404m，为长隧道。隧道最大埋深约246m，单洞净空10.5m*5.0m，进口洞门采用端墙式，灯光照明，机械通风。
隧址区属为峰丛坡谷洼地地形和低山陡坡地形，溶蚀～构造剥蚀地貌，从属于低山区岩溶丘陵峰丛台地，相对高差在85～230m之间。隧道位于低山斜坡下部。地表粘土覆盖层在4.8~13m，灰岩厚19~30.6m，下部为灰岩夹页岩、页岩夹灰岩、页岩。隧道洞身段以页岩为主，夹薄层灰岩。
隧址区总体属于单斜地层，岩层产状15°～358°∠19°～41°，进口段小型褶皱较发育，产状凌乱。ZK95+475左15m土质滑坡，该滑坡位于刷把溪南东侧，小型山间冲沟北西侧，平面呈后缘宽，前缘窄的长条形，该滑坡已经向下滑移，边界明显。
施工过程中发现掌子面揭露的围岩与原设计出入较大。对隧道进行重新勘探，补堪结果显示掌子面属于炭质页岩夹灰岩，页岩，向进洞口方向倾，揉皱十分发育，属极软岩，极破碎，碎裂散体结构围岩，洞内有点滴状或淋雨状水出现，自稳性很差。容易引起围岩大变形。
3.围岩产生变形原因
通过对施工过程中几次围岩突变的跟踪观测，发现其变形的主要特征为：1）变形快且速率大，隧道在开挖施工过程中突然发生突变，当时突变后围岩收敛达46mm，随后观测发现每日收敛达到50mm左右，采取措施后收敛减缓，随着隧道继续施工仍有缓慢变形，最大累计变形达到860mm。2）围岩软弱，遇水极易软化。隧道变形段主要集中在V级围岩段落，该段围岩属于炭质页岩夹灰岩，页岩，向进洞口方向倾，揉皱十分发育，属极软岩，极破碎，碎裂散体结构围岩，遇水后极易软化成泥强度极低。3）变形持续时间长。突变经过前期处理完成后，随着后续施工产生的震动和工序转换时产生新的临空面，趋于稳定的变形段落会突然加剧收敛变形，变形直到初期支护封闭成环或变形段落距离掌子面距离达到35m以上后才会逐步稳定。4）变形分部不均匀。隧道处在山脊处，左右侧埋深不均匀产生偏压，施工中发现初期支护完成后，右侧拱肩部位变形明显大于左侧，且拱顶下沉严重。由于围岩向进洞口方向倾斜，拱架在发生左右收敛的同时还会向洞口方向倾斜。5）反复性和突变性。由于隧道初期支护变形，为保证施工质量和后期运营安全必须对变形的拱架进行更换，二次更换后的拱架仍会出现一段时间收敛。尤其是在施工下台阶和仰拱过程中岩体会产生突变，短时间内加大围岩收敛。6）受地下水影响突出。根据施工过程中发生的变形总结发现，地下水和地表水的补充对围岩稳定影响极其重要。发生变形的段落都有一个共同点就是在开挖过程或是初期支护完成后都出现了大量地下水，地下水的出现减弱了围岩的自身稳定性，进而加大围岩对初期支护的压力，加上其他因素的共同影响从而造成初期支护发生突变。
结合现场情况分析该隧道变形主要原因为：隧道围岩为炭质页岩夹灰岩，围岩揉皱发育，自稳性较差。掌子面埋深70m左右，该段里程左侧地表以前为滑坡体，山体结构较差，且在施工过程中发现地表有不均匀沉降裂缝，走向与隧道垂直。同时由于施工期间正好处在当地雨季，雨水充分，雨水渗入山体后加速了围岩软化，加上隧道施工过程中改变了上体受力结构，并且施工过程中未充分考虑围岩软化后拱架会增大受力，导致拱架强度偏低。综合以上因素共同作用最终发生围岩突变。
4.施工措施
根据隧道围岩变形的特征和产生原因提出以下施工措施：1）隧道施工过程中严格按照“短进尺、强支护、早封闭”的原则进行控制。2）根据现场实际情况选择施工工艺。3）加强初期支护和二次衬砌参数。4）做好排水措施。5）拱脚补强措施。6）临时支护补强。7）加强监控量测工作。
具体施工措施
1）增大预留量：根据隧道围岩突变性和重复性，在后续施工的初期支护和二次换拱过程中加大收敛预留量。总结施工过程中拱架变形部位和最大收敛数据对整个初期支护预留量进行调整。综合考虑收敛数据，在保证施工合理性和初期支护不侵入二次衬砌的情况下，尽可能缩小预留量，同时根据后期监控量测数据及时对预留量进行调整，以做到在保证施工质量的前提下减少浪费。
2）施工工艺选择：隧道变形部位大部分位于V级围岩富水段落，围岩软弱，水量充分。普通软弱的V级围岩一般采用三台阶开挖，真对富水段落改用三台阶临时仰拱法开挖，如果仍无法改变变形情况，可以考虑CD法开挖。同时严格控制开挖进尺和台阶之间的距离。缩短工序转换时间，及早闭合成环，形成完整的受力体系，从而减少围岩收敛变形。
3）初期支护及二次衬砌参数调整：初期支护强度调整一般有加强拱架型号、调整系统锚杆和超前锚杆型号、调整拱架间距等。工字钢加强一般最多调整到I25型钢，再增大工字钢型号会对现场具体施工造成影响，工字钢调整后仍不能满足要求就调整拱架间距。超前小导管和系统锚杆根据围岩情况要对数量和深度进行调整。多数V级围岩系统锚杆设计上一般为中空锚杆，施工过程中调整为 φ42小导管，长度不小于5m，系统锚杆和拱架采用钢筋焊接加工。该隧道施工过程中还采用过在两榀拱架之间梅花形增加纵向工字钢连接，使前后多榀拱架形成整体，采用整体受力，工字钢选用和拱架同型号。二次衬砌通过调整钢筋型号和间距，增加二衬厚度，提升混凝土标高补强。
4）排水措施：在有大量明水和渗水位置预留好排水孔，排水通过水管集中排到洞外，如果水量较大排水管无法保证正常排水的情况下，可以在离拱脚2-3m位置开挖集水坑，通过水泵或其它方式将水引到洞外。应该注意的是要保证渗水不会浸泡到拱脚，对拱脚围岩造成破坏，从而导致围岩变形加剧。
5）拱脚处理：拱脚加强一般采用增加锁脚锚杆数量和长度，还有加强拱脚围岩强度。该隧道两种处理方式都采用，原设计只在中台阶位置有一排锁脚，出现变形后我们在每个台阶的拱脚位置都增加了锁脚，同时对锁脚锚杆探入围岩的深度进行了加长，锁脚锚杆的增加有效的提高了拱架的受力，减缓了拱架的变形。除了增加锁脚锚杆，我们还在拱架底部设置了纵向工字钢垫底，前后两榀工字钢垫底通过焊接形成整体，在进行下道工序转换的时候拆除。工字钢垫底主要是通过增加拱脚的受力面积，从而达到减少拱架下沉变形。拱脚的垫底也可以根据现场实际情况采用其他材料代替。
6）临时支护补强：临时支撑是在初期支护完成且为封闭成环时，经过监控量测显示收敛仍然很大时所采取的措施。临时支护采用工字钢制成，工字钢型号一般和初期支护拱架同型号，当收敛不是特别严重时可适当降低一个型号的工字钢。临时支撑主要分为环向支撑、横向支撑、斜撑和竖撑，三种支撑是逐步使用的，根据监控数据进行逐步增强，以减少材料的费和施工难度。环向支撑安装完成后继续对初期支护进行定点观测收敛情况，当数据显示趋于稳定时可以不考虑加强临时支护，当数据仍有连续较大变形时，就应该逐步增加横撑和斜撑竖撑进行补强。临时支撑在转序施工的时候拆除，临时支撑间距应和初期支护拱架一一对应。临时支撑施工时要注意拱脚稳定性和与原初期支护的密贴性，当临时支护与原初期支护之间存在较大空隙是应使用钢楔或是高标号的喷射混凝土填充满，保证临时支撑能够很好的和原初期支护一同受力，达到预期补强初期支护的目的。
7）加强监控量测工作：监控量测工作在隧道整个施工过程中起着至关重要的作用，监控量测主要反映了隧道开挖后围岩收敛情况，能够及时有效的提供围岩变化数据，为后续施工提供理论支撑。平时正常施工过程中监控量测工作根据图纸规范要求进行，出现变形或有突变可能的时候，应调整为三级管理机制，即根据隧道围岩位移量大小分别确定Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级标准，根据不同级别制定相应管理措施，如图所示。
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当施工中出现下列情况之一时，也应采取Ⅰ级管理：① 初支结构开裂达 5mm 或二次衬砌有开裂；② 洞口边仰坡出现较大开裂；③ 洞内围岩压力有明显异常现象；④监控数据一直没有变缓的趋势；⑤ 监控量测数据连续 3d 大于 3mm 或 1d 大于 20mm。
5.结束语
虽然软弱围岩突变给施工过程中带来很大的困扰，但是随着隧道施工过程中不断的经验总结，只要施工过程中加强监控量测管理，科学合理选择施工工艺，根据现场实际情况采取切实有效处理措施，不死搬硬套其它项目的处理措施，即可有效解决围岩突变问题。
参考文献：
[1]漆国富.软弱围岩隧道大变形施工控制技术.公路与汽运2010-01-043