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摘要：随着国家交通基础设施和路网结构的不断完善，像川藏铁路等极具代表性的重大工程，在项目建设过程中，需要新建大量的隧道工程。在隧道施工项目中，软弱围岩隧道非常多，虽然国内外已建成大量软弱围岩隧道，但针对软弱围岩隧道衬砌施工技术仍存在部分问题，本文针对南玉铁路茶山隧道因为特殊环境因素对施工质量和速度造成很大的挑战，尤其是软弱围岩对隧道衬砌施工的影响。通过工装改造、工艺改进、技术方案优化和混凝土逐窗浇筑技术的科研攻关，有效解决了软弱围岩隧道衬砌施工的一些技术难题，为类似工程项目衬砌施工提供了一定的借鉴。
关键词：软弱围岩；隧道衬砌；施工技术
引言
在基础设施建设过程中，难以完全避饶山区，需要新建大量的隧道工程，从而实现线路曲线半径、纵坡、出入口、站点等的有效连接。近年来，隧道衬砌施工质量成为行业内关注的重点，因施工工艺和工装的局限性，尤其是软弱围岩不良地质条件下衬砌施工质量的提升一直是建筑行业的难点。为了在软弱的围岩隧道施工中有效地完成各种工程项目任务，应分析、改进现有的施工技术，以解决由于复杂的地质环境带来的工程困难。做好隧道施工准备工作、采取正确标准的开挖工法、初期支护工作，改进研究二次衬砌施工要点，辅以科学的施工规划，确保隧道现场施工质量。
本文依托南玉铁路茶山隧道软弱围岩、洞口偏压、洞身暗挖施工段落浅埋且下穿鱼塘等复杂施工环境和特殊地质条件，对其软弱围岩隧道施工技术进行研究。
1 软弱围岩特点及其对隧道质量的危害
1.1 工程地质特点
南玉铁路茶山隧道位于玉林市北流市大里镇燕子坡村，隧道全长379.75米，为单洞双线隧道，隧道为直线线型。隧道位于低山丘陵区，地形起伏较大，沟谷发育，植被茂密，最大埋深31m，最小埋深12m。隧道洞身岩性主要为白垩系上统罗文组砂岩，地表浅埋沟分布有第四系全新统冲积层粉质黏土。正洞主要围岩级别：Ⅳ级80米，Ⅴ级299.75米。隧址区内褶皱、断层比较发育，地下水类型为基岩裂隙水。基岩裂隙水来源主要靠大气降水补给，在岩层裂隙中运移，其径流方向受分水岭控制，洞顶存在鱼塘，施工风险高。
从地质特征的角度来看，软弱围岩隧道的施工技术难度较大。从其相关系数以及工程标准来看，将其与常规工程岩石标准进行比较，可以得出结论：软弱围岩的抗压强度以及诸如内摩擦角等其他相关参数都不利于工程施工，由于南方的软弱围岩含水量通常较高，这实际上和降雨量是有联系的，这种含水量高的围岩在外力作用下会表现出如液态般的特性，发生滑坡等自然危害时，该地区的岩石和土壤可能会发生断裂，这是软弱围岩的一些地质特点。
1.2 变形的情况
软弱围岩隧道具有较大的变形能力，特别是在隧道开挖后，将表现出明显的塑性变形，一旦变形出现之后，隧道在一段期间过后就会出现非常明显的蠕变特性，从而导致附近的岩石和土壤变形。如果未能对围岩变形量测数据进行准确分析和研判，根据围岩变形数据变化情况，动态调整隧道支护参数和衬砌施做时间，不仅对洞内施工安全形成威胁，还有可能导致衬砌结构安全性不足等。
1.3软弱围岩对隧道的危害
软弱围岩的岩石质量差，承载力低，内部结构容易出现破裂的情况。由于松散破碎的岩体不能通过自身的结合强度来增加整体强度，因此在隧道施工过程中很容易因为环境因素导致形变，影响整个隧道结构的安全性。在隧道开挖掘进过程中，因为破碎岩体坍塌可能使其周边围岩的成拱效应弱化，整个隧道的受力体系发生改变，这种影响显然是非常恶劣的，需要及时处理。如果没有采取必要的支护和处理措施，隧道施工过程中可能存在沉降、坍塌等极高的安全风险，同时对已施工完成的衬砌也会造成破坏。因此，应注意采用合理施工技术来处理软弱围岩隧道工程易出现的问题，减少变形和坍塌等不安全现象发生的可能性，以确保隧道工程的施工安全和运营安全。
2 软弱围岩隧道施工技术要点
2.1 施工管理要点
在控制软弱围岩地质条件下的隧道结构时，结构控制参数的设计也是应用中非常重要的一环。在开挖软弱的围岩时，要加强隧道超前地质预报和掌子面围岩的地质识别，从而动态调整开挖工法和支护参数，确定安全、可靠、高效的开挖进尺、高度。在隧道完成开挖至二次衬砌混凝土浇筑完成前，应加强隧道的围岩变形监控量测，将围岩变形监控量测纳入关键工序进行管理。
开挖作业完成后，人工配合挖掘机或特种设备及时进行找顶、排险作业，喷射素混凝土及时对掌子面进行封闭处理，减小软弱围岩暴露时间；及时安装钢拱架或格栅钢架，施做系统锚杆、锁脚锚管（杆），安装钢筋网片，完成初支喷射混凝土施工，使其形成初期支护，从而约束围岩的过度变形。
软弱围岩隧道通常采用短台阶法或微台阶法施工，遵循“强支护、弱爆破、早封闭、勤量测”的原则，加强初期支护，减小爆破扰动，初支尽早封闭成环，变形观测及时准确。仰拱和二次衬砌及时跟进作业，确保掌子面距离仰拱和二次衬砌始终处于安全距离范围内。
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2.1.1施工工序
上台阶：利用上一循环超前支护防护，爆破开挖第①部份，经过钻孔-装药-爆破-出渣-初喷-立架-钻设径向锚杆-锁脚锚管-复喷混凝土至设计厚度等环节，完成上台阶施工。
中台阶：爆破开挖第②部分，拆除上台阶临时横撑，施作第②部分初期支护：经过钻孔-装药-爆破-出渣-初喷-立架-钻设径向锚杆-锁脚锚管-复喷混凝土至设计厚度等环节，完成中台阶施工。
下台阶：爆破开挖第③部分，施作第③部分初期支护：钻孔-装药-爆破-出渣-初喷-立架-钻设径向锚杆-锁脚锚管-复喷混凝土至设计厚度等环节，完成下台阶施工。
爆破开挖第④部分，即隧道仰拱。拆除下台阶临时横撑，按照设计要求施作仰拱初期支护：开挖-初喷-立架-复喷混凝土，完成仰拱初支施工。
利用弧形模板或液压仰拱栈桥专用模板灌筑第V部仰拱混凝土，待仰拱混凝土初凝后，灌筑仰拱填充第VI部分至设计高度。
结合围岩变形监控量测数据，分析判断二次衬砌施工时机，做好初支检测等各项工作后，利用二次衬砌模板台车一次性灌注二次衬砌，完成整个工序作业。
2.2确定合理的变形量
在软弱围岩隧道施工技术的研究工作中，常有加大围岩沉降变形量的做法，结合工程实践经验发现，在一般条件下，围岩变形量跟初期支护施做的及时性、锚杆、锁脚锚管、超前小导管的施工有必然的关系。同时，围岩变形量也跟隧道围岩的完整性、节理发育、破碎程度以及隧道的偏压情况等有关。由于软弱围岩的岩石强度、坚硬程度和完整性较差，因此在工程施工过程中，掌子面附近未能及时完成支护的围岩会在因局部掉块带动大面积的滑塌、坍塌等。软弱围岩隧道通常采用台阶法施工，在中、下台阶施工过程中，因开挖扰动，中、下台阶未安装完成之前会有钢架临时悬空的工况出现，此时极易出现沉降变形。鉴于上述各种工况和围岩特性情况，在隧道施工过程中，确定合理的变形量是确保隧道净空断面、结构尺寸、设计高程等的一项重要保障措施。
2.3 初期支护
软弱围岩隧道开挖后需要及时施做初期支护，初期支护主要有钢支撑、钢筋网片、系统锚杆、锁脚锚管、喷射混凝土等组合而成。钢支撑、钢筋网片、均由加工厂内数控（智能化）设备加工而成，运至现场后，人工配合机械进行安装；系统锚杆、锁脚锚管施做采用风动凿岩机钻孔，分钻孔、清孔、注浆、人工安装锚杆等工序作业；喷射混凝土由混凝土拌和站集中拌合，混凝土罐车运至现场，现场采用机械手湿喷工艺施工。隧道仰拱初支开挖完成后，还应检查基底是否存在空洞等情况，如有空洞应采取相应措施处理合格后方可进行初支作业，仰拱初支施工前基底应清理干净。
2.3.1系统锚杆施工
锚杆是软弱围岩隧道施工安全的强有力保障措施之一，分为系统锚杆和普通砂浆锚杆。锚杆布置呈梅花形，钻孔采用风钻或专业锚杆台车进行。系统锚杆采用组合中空锚杆，由厂家统一加工配送，组合中空锚杆采用先安装后注浆的施工工艺，注浆压力取0.2～0.5Mpa，孔口溢出浆液时，停止注浆，砂浆随拌随用。注浆开始或中途停止超过30min时，用水润滑注浆罐及其管路。注浆孔口的压力不得大于0.4MPa；普通砂浆锚杆杆体采用螺纹钢筋，砂浆锚杆在钢构件加工厂按照设计长度集中制作，砂浆锚杆采用先灌浆后安装的工艺，锚杆杆体插入孔内长度不小于设计长度的95%，锚杆安装后不得随意敲击，全长粘结性锚杆应设置托板及螺帽，安装托板和紧固螺帽在锚固强度达到10MPa后进行。
2.3.2 钢筋网片、支撑钢架及锁脚锚杆施工
钢筋网片在钢构件加工场采用网片焊接机集中制作成型，运至现场人工安装。安装钢筋网片应与钢架及锚杆连接牢固，以防喷射砼时松动脱落。网片搭接长度应符合设计要求，且不小于20cm。
支撑钢架在洞外钢构件加工厂利用专业台架或型钢弯曲机按设计加工制作成型，运至洞内，人工配合机械进行现场安装架设。支撑钢架安装时拱脚不得悬空，必须支垫牢固，钢架架立面垂直隧道中线，钢架间距、高度、位置、垂直度应准确，连接钢筋应均匀分布于钢架上，与钢架进行有效连接形成整体。
钢架安设好后钻设锁脚锚管（杆）对钢架进行固定，锁脚锚管（杆）钻孔应与钢架有不小于15°的外插角，便于钢架受力稳定，防止钢架下沉，锚管（杆）采用先注浆后插杆体施工。
2.3.3 湿喷砼施工
喷射混凝土采用机械手湿喷工艺施工，施工配合比按试配批复的配合比。喷射混凝土分初喷和初支喷护两部分进行。开挖爆破后，应立即对掌子面进行初喷，封闭岩面，减小围岩暴露时间，对围岩形成早期防护作用；初支喷射混凝土是在进行钢支撑、钢筋网片、锚杆施工完成后，对隧道进行的整体防护，是永久性的防护体系，是保证隧道结构安全的主要受力体系。喷射混凝土应由下而上，分段分层进行，对围岩裂隙水发育或出水严重地段，应提前预埋排水盲管进行排水。施喷时，机械手喷头始终与受喷面垂直，喷射距离视现场情况灵活调整，喷射混凝土应密实无空洞等现象，与拱架应密贴牢固，表面应平整无凹凸现象。喷射完成后应检查喷射混凝土有无脱空情况，可采用锤敲击检查，当有空鼓、脱壳时，及时凿除并冲洗干净进行重喷，如有脱空则按照施工方案采用压浆法及时进行充填。
2.3二衬逐窗入模浇筑技术
二次衬砌是作为隧道施工的另一安全保证体系，是隧道结构安全的重要保障。二次衬砌按照“仰拱先行、拱墙整体衬砌”的原则进行施工，对自稳性很差的围岩，尽早施做二次衬砌，以策施工安全。
二次衬砌施工主要由防水板施工、钢筋绑扎安装、二衬模板台车就位、混凝土浇筑、养生等工序。一次浇筑长度宜控制在12m以内（符合模板台车长度），施工配备12m液压模板台车、砼输送泵、附着式振动器、插入式捣固棒等。
针对传统衬砌台车施工时易形成冷缝、工人劳动强度大、拱部混凝土只能靠附着式振捣器和混凝土泵送压力自密实的缺点，为杜绝混凝土拱部密实度不足、拱顶空洞，台车跑模、漏浆、振捣不充分、搭接不良、拱顶超压等问题导致的混凝土开裂、掉块、麻面、蜂窝等现象。对传统衬砌台车进行改进，台车顶部配置智能遥控布料小车，实现布料系统自动对接，免去了人工接拆管道、溜槽、串筒和更换、清洗管道的高强度施工内容，实现智能分层逐窗浇筑。
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3 结束语
本文首先通过隧道工程施工的大背景引出了软弱围岩隧道施工，在此基础上从地质特点以及变形情况点明了软弱围岩对隧道施工提出的挑战，最后以具体施工技术的角度出发，对包括施工工序、初期支护、二次衬砌等几大方面的施工技术做了详细的研究。
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