2023年隧道软弱围岩施工原则 隧道软岩大变形

每个人都曾试图在平淡的学习、工作和生活中写一篇文章。写作是培养人的观察、联想、想象、思维和记忆的重要手段。相信许多人会觉得范文很难写？这里我整理了一些优秀的范文，希望对大家有所帮助，下面我们就来了解一下吧。

隧道软弱围岩施工原则 隧道软岩大变形篇一

【内容提要】 随着“十三五”期间国家高速铁路投入力度的加大，势必会对高速铁路的施工技术提出更高的要求，隧道作为高铁的主要组成部分，施工工艺显得尤为重要。而软弱围岩，特别是含水量较大地段的围岩，如何在保证安全和质量的前提下，尽快的开挖、支护、封闭，在隧道施工过程中显得尤为关键。

【关键词】 隧道；施工技术；软弱围岩；开挖。1.软弱围岩的施工难点 1.1软弱围岩的特点

开挖工序作为隧道施工的重点环节，影响着整条隧道的施工质量和进度，而随着围岩级别的递增，开挖难度也逐渐加大，特别是ⅴ级围岩，岩体极为破碎、容易风化，受爆破震动影响显著，这就要求我们在开挖完成后，及时支护闭合，同时做好监控量测。1.2软弱围岩的开挖方法

本文针对京沈客专在建的三棱山隧道，结合大型机械化施工工艺，对ⅴ级围岩的开挖支护和衬砌注意事项做出了几点归纳。

三棱山隧道1#斜井沈阳方向围岩类型较复杂，围岩ⅱ级至ⅴ级交替，其中，ⅴ级围岩地段，岩体自稳性非常差，基岩裂隙水较完全发育，而对掌子面前方围岩的预见性的手段有限，仅靠地质预报和掌子面素描是远远不够的。

为了施工安全起见，我项目采用了三台阶预留核心土的开挖方法，严格控制上台阶一次性开挖进尺，根据掌子面围岩的不同区域，合理的调整打钻时的外插角度，特别是拱脚处，如果外插角度过大，爆破时会对破碎的围岩造成更大的扰动，会对支护工序造成很大的隐患。同时，视岩层的坚硬程度，对单孔装药量也进行了合理的控制，岩层尤为破碎和不稳定的部分，可以选择破碎锤进行敲击，同时挖机配合进行清理碎渣。开挖工作完成后，及时测量开挖轮廓，坚决避免欠挖的发生，在考虑软弱围岩变形较大的情况下，对理论预留的变形量做出了进一步的调整，适当的放大了开挖轮廓线。中、下台阶的开挖要交错进行、及时跟进，单侧每个循环的开挖进尺不应大于两榀拱架间距，拱架间距宜在0.6米至0.8米之间，同时，避免拱架悬空。2.支护方式多样性

开挖完成以后，要尽快的对外漏的围岩进行支护封闭，为了增加初期支护的稳定性，支护所用的喷锚混凝土比设计增加了一个标号。控制拱架的施工质量是支护工作的重点，拱架每个单元之间

第1页，共6页。软弱围岩及富水地段隧道施工技术研究 的连接要确保牢固；同时，为了保证初支拱架的稳固性，对每榀拱架的两侧各增设了一组锁脚锚管。拱脚位置应避免悬空，保证坐落在硬岩上，如因超挖、排险等因素引起的拱脚外漏、悬空，我们选择用槽钢或者工字钢对其进行铺垫。特殊的，可以将槽钢或工字钢与拱脚进行连接。超前支护施作，个人认为是隧道支护工序的重中之重，超前的施工质量决定了下一循环开挖的安全性、稳定性，可以在一定程度上避免掌子面前方和上部的滑塌。我标段在施作超前支护方面，充分利用了大型机械化施工的优越条件，在极其软弱的围岩里程段，用三臂凿岩台车打设了中管棚（见图1），并留设注浆孔和注浆阀门，以便后期注浆加固掌子面前方的岩体。相较于传统的超前施作工艺，三臂凿岩台车在打设管棚时，比人工所使用的气腿式凿岩机要方便的多，具体体现在以下几点：

图1 三臂凿岩台车施作中管棚

1.1所需时间少。

传统的凿岩机每打设一根超前小导管用时在15分钟左右，小导管长度按3.5米，全环布设55根，6名工人操作凿岩机，全环小导管共计用时2.5小时；而三臂凿岩台车每打设一根中管棚用时在3分钟左右，三个机械手同时操作，全环共计用1小时。凿岩台车大大的节省了工序时间，把后续的每一个施工工序都提前了一个节点。1.2操作方便。

三臂凿岩台车仅需要接入高压电缆和水带，专业的技术人员就可以进行操作了。而凿岩机需要配备一定数量的空压机，接入水管。并且，凿岩机维修和保养的频率要远远超过凿岩台车，操作起来比较麻烦。

第2页，共6页。软弱围岩及富水地段隧道施工技术研究

1.3减少资金的投入。

同样打设一组超前导管，单是机械用电量这一项，三臂凿岩台车就比凿岩机节省了很大的开支，为项目带来了很大的经济效益。4.初支防水与排水

在支护工序完成后，就需要对初期支护和掌子面渗水处进行止水和排水处理，按照“防、排、截、堵相结合，因地制宜，综合治理”的原则，我标段主要采用了注浆止水和初支表面引排相结合的方法对渗水进行处理。4.1掌子面注浆。

对管棚注浆之前，先对掌子面喷锚封闭，分两层喷射混凝土，确保所注浆液不流失或较少流失。掌子面也可以根据出水情况施作一些小导管，和中管棚一样，在管口处预留注浆孔，并将止浆阀门安装于管口位置，通过注浆管连接到双液注浆机的阀门处。注浆机采用恒峰hyb80/90双液注浆机，注浆原材料采用p.o.42.5普通硅酸盐水泥和水玻璃，将水泥倒入搅拌桶中，加入适量的水进行搅拌。同样，水玻璃也是加水稀释后才能进行注浆。（见图2）注浆顺序按照从水量小的区域依次向水量多的区域进行，在注浆前及注浆过程中，实验负责人和现场质量负责人对水、水泥、水玻璃的比例做过多次实验，力求符合现场的注浆环境，最终所得出的配比为（质量比）：水泥：水：水玻璃=1:0.15:0.7，确保注浆效果达到最佳。注浆压力控制在1.5mpa左右为宜，持压历时6-8分钟，结合现场实际情况，当发现注浆管附近的其他管口或者初期支护面有浆液轻微渗出时，说明此管及其周围围岩裂隙注浆基本饱满，此时停止注浆一段时间，待浆液充分扩散后，再次进行注浆，直至表盘指针转动幅度较小为止。（此时压力很小，已经不能泵入水泥和水玻璃混合液）

图2 掌子面注浆加固

第3页，共6页。软弱围岩及富水地段隧道施工技术研究

注浆结束后，立即关闭止浆阀门，并立即用清水将注浆机及软管清洗干净。在注浆过程中，可根据现场出水量适当增加水玻璃的用量，并关注仪表压力是否在合理范围内。在注浆完成后，定时观察掌子面的出水量，安排专人做好相关记录，同时建立规范的影像资料存档制度，按照单位工程→分部工程→分项工程的顺序，收集影像资料。内业诸如注浆、管棚施作等资料，要建立健全施工台账。4.2全环径向注浆。

初支面全环注浆在掌子面注浆并达到稳定后进行，和掌子面注浆的方法相同，利用开挖台车，在初支面按照梅花形布设注浆孔，从边墙逐次向拱顶进行注浆。根据初支面布设的监控量测点所测得的数据，当数据在合理的范围内，方能进行下一循环的爆破、开挖。4.3初支引排水。

极个别的初期支护表面，由于水量较大的缘故，注浆并不能完全将渗水止住，此时就需要在渗水处增加排水盲管，并用土工布包裹，固定在初支表面上，该盲管与仰拱边墙施工的盲管联通，确保初支渗水可以通过盲管流入中心水沟的排水管，并排出洞外。5.衬砌和防水层施工

开挖和支护工序的顺利完成，标志着隧道向贯通又迈进了一步。但是，后期所施工的防排水系统和衬砌，也是非常重要的，在开挖支护完成后，衬砌要及时的施作，确保安全步距在规定的范围内。5.1仰拱的施工

仰拱一次性开挖进尺要小于3米，基底的积水和碎渣必须清理干净，并确保仰拱拱架与下导拱架连接牢固后，方能喷锚支护，使初期支护闭合成环。当整幅仰拱初支完成后，需要对仰拱施作防水层。首先，对边墙初支基面进行检查，清除基面尖锐物体后，安装环向和纵向盲管，铺设土工布，其次，铺设防水板，确保土工布和防水板的搭接长度满足设计要求。仰拱端头模板采用刚端模板，小边墙模板采用整体式桁架模板，对仰拱一次性浇筑，填充和仰拱分开浇筑。同时，边墙纵向止水带的安装，使用了特制的卡具，保证了止水带的预埋深度和顺直。仰拱边墙部分的环向盲管要预留足够的长度，深入仰拱内部的排水管要固定牢固，保证畅通性。接地钢筋作为仰拱施工的一部分，必须要保证与初支钢架的主筋有足够的焊接长度，在仰拱浇筑边墙时，接地钢筋要伸出边墙一定的长度，并用万用表测量接地电阻，并做好相关的记录。当电阻值小于1ω时，说明该处接地钢筋设置合格。接地钢筋要与槽道钢筋连为一体，这样才能保证槽道带电体传入大地。5.2二衬施工

二衬施工作为复合式衬砌的最后一个组成部分，是确保高速列车安全运行的关键。我标段采用整幅液压台车浇筑二衬混凝土，并在台车面板背面安装平板振捣器，在衬砌模板二仓及以下位置，采用插入式振捣器。二仓及以上位置主要以平板振捣器振捣为主，振动器运行时间不宜过长，避免过大

第4页，共6页。软弱围岩及富水地段隧道施工技术研究 的震动对二衬台车的稳定性造成不利的影响。混凝土浇筑过程中，实验员和技术员旁站监督混凝土浇筑情况，对混凝土的坍落度、和异性实时监控，根据混凝土浇筑高度，灵活的调整混凝土的坍落度。为避免混凝土浇筑高度过高，特别设置了溜槽，可灵活的调整溜槽的高度，和料仓高度相匹配。5.3二衬防水层施工的注意事项 5.3.1防水板施工注意事项。

防水板之间的搭接长度要满足设计要求，对爬焊机爬焊过的双焊缝要做气密性检查，不合格处要及时补贴、焊接牢固。5.3.2初支基面异物割除。

初支表面的注浆管、监控量测标都要割除，并用砂浆抹平，极个别的凹凸不平处也需要砂浆均匀的涂抹。

5.3.3注浆管的布设。

衬砌段防水板铺设完成后，在拱顶处的防水板位置，布设两根直径100㎜的pvc管，一根打孔作为注浆使用；另一根不需要割孔，兼顾排气。在二衬混凝土浇筑完成以后，当其强度达到75%时，开始对拱顶进行回填注浆。这种方法可以有效的解决二衬脱空问题。6.附属工程施工

随着主体工程的推进，水沟电缆槽、中心水沟、找平层都应及时的提上日程，所涉及的工装都应提前做出安排布置。水沟电缆槽的施工要保证两竖墙之间的距离不侵入规定的净空；保温水沟和找平层的浇筑高度严禁侵入内轨顶部的结构。具体施工细节不一一赘述。7.监控量测与日常测量

在初支完成后，要及时的根据围岩等级埋设沉降观测标，并及时的量测、统计分析，当拱顶沉降和边墙收敛超出正常范围时，在此区域内，加密一些观测点，并提高测量频率，以便做出相应的解决方案。日常的测量工作一定要注意各种轮廓线的合理数据，严禁侵限发生，尤其是二衬净空，更不能超出建筑界限和行车界限。8.围岩探测

对掌子面前方围岩情况的遇见，一直是隧道施工的重点。我项目主要采用了以下三种方法来判别掌子面围岩的好坏，以便提前做出合理的部署。8.1超前地质预报。

个人认为超前地质预报是探明掌子面前方围岩最有效的一种探测方法，它能详细探明围岩的波速、水量以及其破碎程度，而且预测范围较长，对掌子面开挖能提供可靠的依据。8.2加深炮孔。

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加深炮孔是一种简单易行的物探方法，在每循环掘进过程中顺带施做，可大致预测前方小范围内围岩程度的好坏，有一定的随机性，可靠性不高。8.3掌子面地质素描。

在掌子面排险找顶后，可直观的对掌子面围岩做出描述。诸如渗水情况、节理裂隙发育、岩层走向等，都可以直观的体现出来。和加深炮孔类似，掌子面素描对围岩的预测精确度不高。9.结束语

在日常工作中总结的一点工作经验，希望能给施工一线的同事提供些许参考，不足之处，望领导、同事多多提出建议，谢谢。【参考文献】

《高速铁路隧道工程施工技术规程》 倪光辉，刘世杰，卿三惠等.中国铁道出版社 j1149-2011.《高速铁路隧道工程施工质量验收标准》 张奕斌，林传年，侯小军.中国铁道出版社 q/cr 9604-2023.第6页，共6页。

隧道软弱围岩施工原则 隧道软岩大变形篇二

浅议软弱围岩隧道变形地段施工

席亚滨

软弱围岩是指饱和抗压极限强度在30mp以下、岩体完整性系数在0.4以下的围岩，其工程性质主要表现在围岩自稳性差、节理发育、岩石风化严重。通常情况下，我们把以ⅳ、ⅴ级围岩为主的隧道都称之为软弱围岩隧道。软弱围岩隧道施工面临的风险大于一般隧道，普遍存在初期支护变形、破坏、侵限换拱；结构下沉，喷射砼开裂掉块剥落；突水涌泥、塌方，甚至是二衬破坏等现象，其出现的频次和产生的破坏力大小与地质本身、施工能力和技术管理水平的高低等都有很大的关系。

在对软弱围岩隧道施工的时候，首先在要树立一个全新的思想观念，更要树立一个坚强的信心。另外，在在项目最艰难的时候体现技术管理的龙头作用，项目管理人员要做到思路清晰，以身作则，保持整个团队的团结协作。一个项目团队，如果长期牢固树立好这些思想观念的话，这个项目就至少成功了一半。当然，在实际的工作面前，我们更要讲究科学的方法。

应遵循的原则

软弱围岩隧道施工中，我们要解决的核心问题就是控制变形。面对频繁的变形开裂和由此导致的诸多问题，我们所有的努力都是为了实现一个目标，就是通过采取一定的初期支护补强措施和加强施工现场过程控制，将拱部的下沉和周边的收敛控制在一定范围内，确保每月最大有效施工天数，严防一切形式的变形开裂导致的换拱，杜绝塌方，确保施工安全；为此，我们在施工过程中必须要有一个很大的责任心。

责任心是战胜软弱围岩隧道施工各种困难的法宝。各层次领导，任何一个部门，每一个参建人员都应立足本职工作，建立坚强责任心，才能应对好各种困难，才能解决好现场的各种问题。当然，除一个责任心外，在软弱围岩隧道施工过程中我们应该在技术上把握三个基本原则。

原则一：方案不失误

我们在软弱围岩隧道施工中，应在不同阶段根据不同的材料编制施工方案，施工前，我们可按照设计或业主提供的“风险评估报告”和相关设计文件编制专项的施工方案，该方案应具备一定的指导性；施工过程中通过超前地质预报成果和日常技术工作积累的一线资料，及时对“风险评估报告”进行细化和调整完善，同时根据其制定更为细化的施工方案，方案中的措施应满足施工现场的需要，必须具备很强的可操作性并及时传达给现场，必要时做相关的专题讲座，让方案深入人心；

解决软弱围岩隧道变形开裂控制问题，不能仅仅依靠技术手段，施工现场的严密组织和强有力的管理至关重要，只有平行解决才能从根本上起到作用。施工方案一旦确定，必须严格执行到位；实施过程务必规范、步步到位。

原则二：工序不失衡

在项目管理上，均衡是一个重要理念，在软弱围岩隧道施工过程中，不可控的因素有很多，例如地质变化快、局部失稳滑塌、突水涌泥等情况；掘进与仰拱和二衬要均衡，上、中、下三个台阶的施工要始终保持均衡；能力和目标要均衡（这主要体现在掘进进尺和仰拱开挖长度的控制上，你没有配套的人员和设备，你就不能随意加大工序循环进尺，这一点是需要特别注意的）；时间和空间要均衡（要发挥人员和设备最大潜力，施工组织十分重要，什么工序能平衡、什么工序必须独立作业等等），一旦失衡就会带来危险的后果，隧道施工上台阶过快会导致台阶长度加大，安全问题自然突出；我们在老东山隧道施工时，统计的大量循环时间记录表就反映出单循环使用时间量的差异很大，下一步施工中，我们将继续做好单循环作业时间记录并进行认真细致的分析，及时提出问题所在，下力度解决这个时间差异。

原则三：围岩量测不造假 所有隧道的塌方，都是一个由量变到质变的发展过程，量测是指导施工的“眼睛”，通过掌握拱顶下沉及周边收敛的规律，发现异常立即采取加固措施，根据量测数据分析成果及时调整预留沉落量对于控制隧道初支变形开裂是非常有效的。我们要求各个隧道工区都要做好四个方面的工作；首先是严格按照规范要求，在开挖后及时预埋围岩量测点并获得初始读数，困难地段及时增加测点密度，加大观测频率并将获得的数据及时添加到“变形时态变化散点图”中，据以及时考察变形发展动态，修正回归系数；其次是不断对两图进行回归分析，并根据两图发展趋势，预测可能出现的最大值和变形速率；三是根据变形最大值和变形速率预报围岩稳定性和安全性并对其做出具体的规定，以便及时采取措施加强支护措施；四是建立“零”报告制度和实行严格的奖罚考核制度；最终实现量测工作全面、及时、准确和真实有效，确保施工安全。

应注意的几个问题

在软弱围岩隧道施工过程当中，以下几个问题是我们必须特别注意的：

由于软弱围岩地质较为复杂、变化频繁，要成功的渡过软弱围岩的前提就是地质工作，只有做好地质工作，掌握准确的地质情况，才能正确选择好施工方案；

“心之官则思”。要善于观察并思考问题，“针尖大的窟窿能透过斗大的风”。在软弱围岩隧道施工中，地质一旦变化或有水的影响就该敏锐的感觉到它的严重性并迅速采取措施，不能熟视无睹、若置罔闻，要坚定不移地把施工安全放在压倒一切的突出位置；

施工过程中，应严格按照“重地质、管超前、严注浆、短进尺、强支护、快封闭、勤量测、速反馈”的二十四字方针组织施工，它是软弱围岩隧道施工成败的关键；

对于支护系统，应严格控制好拱架的纵向间距，加强钢架的纵向连接；按要求做好超前支护和锁脚锚杆（管），结合实际揭示围岩的岩层产状确定锁脚锚杆（管）的角度，同时提高安装焊接的质量。喷射砼时要控制好喷射距离和角度，严防出现空洞；总之要确保支护系统的有效性；

无论采用哪种施工方法，软弱围岩施工应严格控制好施工步距，仰拱施工必须先行，要确保二衬紧跟掌子面施工，安全距离任何时候不能超标；

高度重视水对软弱围岩隧道施工的影响；在做好超前探孔排水的同时，对初期支护表面潮湿段落应及时埋设φ42小导管作为排水管，以便及时将地下渗水集中排出。

需要继续研究的问题

对于软弱围岩隧道施工面临的变形开裂问题，我们未来还会遇到很多，情况可能会更加复杂和多变。如，钢支撑对于抵御变形开裂有多大的作用，占的比例有多少？如何有效提高支护体系的整体性？如何提高支护体系中锁脚施工的质量？超前支护对控制拱部下沉有多大作用？每一种支护措施分别在控制变形开裂中起什么作用？喷射砼的工艺调整在抵御变形开裂问题上能起到什么样的作用？注浆在以泥岩和砂岩为主的隧道施工中，对于抵御变形开裂有多大的作用吗？通过研究各种变形量测的数据，可推测出变形开裂在某时刻可能达到的数值，于是引出了时间差，如何在施工中利用好这个时间差？对于扩大拱脚的实施在控制变形开裂中是否有效，其操作的可行性如何进一步的优化？预留沉落量在控制变形开裂中的作用及所占的比例？如何实现软弱围岩隧道施工的快速施工？

这些问题是要求我们需要在后续的施工过程中不断的加强研究。可以说，不同的时空条件、不同的外部环境、不同的生产要素、不同的管理能力，所采取的方法都有所不同；在软弱围岩隧道施工的过程中，我们无法完全遏制变形开裂，但要确保其受控、不换拱；我们无法完全的避免塌方，但能够防止出现人员伤亡。所以说，对于软弱围岩隧道施工，我们施工单位需要投入更多的心力，仔细研究，确保软弱围岩隧道施工的安全进行。

作者单位 中铁十二局集团第二工程有限公司

隧道软弱围岩施工原则 隧道软岩大变形篇三

软弱围岩隧道

随着我国铁路路网的完善，建设标准的提高，特别是高速铁路和客运专线的大量修建，隧道建设规模和技术水平也踏上了一个新的台阶;然而，软弱围岩隧道坍方、作业人员伤亡等事故却时有发生，隧道建设的安全现状无法与当前的形势相适应。从设计源头上解决当前软弱围岩隧道建设过程中存在的问题，是非常必要和及时的。

我国是世界铁路隧道大国。据统计，截止目前，我国铁路隧道通车运营长度已达到6000公里，在建隧道约6600公里，规划设计长度约7600公里，预计到2023年，我国铁路隧道总长将达2万公里左右，位居世界第一。

我院承担的任务主要集中在西南山区，地形、地质条件复杂，一方面，隧道多；另一方面，隧道通过软弱围岩地段长，如：全长462km的成兰线，隧道长度就达到322km，隧线比70%，ⅳ、ⅴ级围岩的比重75％，且多为千枚岩、板岩等软弱围岩地层。

这些都从客观上增大了隧道设计在安全方面的风险。半个多世纪来，我院在西南山区铁路隧道的建设中，既积累了一定的经验，也有不少教训和体会，根据会议安排，下面我就软弱围岩隧道工程设计方面做简要汇报，不妥之处，敬请领导批评指正。

一、软弱围岩主要工程地质特点

软弱围岩一般是指岩质软弱、承载力低、节理裂隙发育、结构破碎的围岩，工程地质特点有：(1)岩体破碎松散、粘结力差：一般为土层、岩体全风化层、挤压破碎带等构成的围岩，由于结构破碎松散，岩体间的粘结力差，开挖洞室后，仅靠颗粒间的摩擦效应和微弱胶结作用成拱，这类岩体极不稳定，尤其是在浅埋地段容易发生坍塌冒顶。

(2)围岩强度低、遇水易软化：一般以页岩、泥岩、片岩、炭质岩、千枚岩等为代表的软质岩地层，由于其强度低、稳定性差，开挖暴露后易风化、遇水易软化，尤其是深埋地段受高应力影响容易发生塑性变形，造成洞室内挤。

(3)岩体结构面软弱、易滑塌：主要是存在于受结构面切割影响严重的块状岩体中，由于结构面的粘结强度较低，开挖后周边岩体极易沿结构面产生松弛、滑移和坠落等变形破坏现象。

（二）、软弱围岩的变形与破坏特征

软弱围岩的工程地质性质决定了它在隧道工程中的变形特征，即开挖后自稳能力差，表现出“自稳时间短、易坍塌”的特征。

由于隧道的开挖，使先前支撑隧道洞身围岩被移走，洞壁临空；造成围岩应力进行重新调整，围岩与洞壁均向隧道净空方向变形。

这种变形由三部分组成：一是，隧道正前方掌子面的水平位移，表现为掌子面的水平鼓出;二是，掌子面前方围岩下沉，浅埋隧道表现为地表下沉，形成沉降槽;三是，刚开挖的隧道洞壁出现收敛变形，表现为拱顶下沉和边墙内移;

图

掌子面鼓出/地表沉降槽

图 拱顶下沉和边墙内移

若这种变形不进行控制，则可能发生隧道坍方。常见的隧道坍方类型可以归纳为两类：一是掌子面水平变形过大，发生掌子面挤出坍方；另一类是支护下沉过大，出现整体失稳坍方。

图 掌子面挤出坍方

图 整体失稳坍方

当隧道上部覆土较浅时，隧道内的变形可能发展到地表，引起地表变形开裂，甚至出现坍塌冒顶的情况。这种坍方对隧道工程的建设和环境的危害性极大。

整体失稳坍方工程实例

二、软弱围岩隧道潜在安全风险源

针对软弱围岩隧道的支护变形、塌方等风险，从地质角度进行分析总结，其潜在安全风险源主要有6种情况：（1）软弱围岩浅埋、偏压

软弱围岩浅埋地段，隧道施工时拱部一般难于成拱，在未采取足够措施前，软弱围岩浅埋隧道易发生局部塌方；软弱围岩偏压地段，隧道支护结构将承受显著的不对称荷载，施工期间易造成初期支护纵向开裂或错台，变形过大甚至塌方。

图 地形引起的偏压

图 地质引起的偏压（2）土质隧道

土质隧道强度低、自稳性差，与岩石隧道相比要承受更大的荷载，若初期支护强度不足，将导致变形大、严重时会出现局部坍塌等安全风险。

土质隧道塌方冒顶及洞内松散坍体

3）大埋深软岩隧道

在大埋深软岩地段，一般存在较高的地应力，由于软岩抗压强度低，开挖过程中洞壁岩体剥离，位移极为显著，变形持续时间长，隧底常出现隆起现象。

通过该段时，若支护不足，可能造成支护变形过度、侵限，甚至塌方等安全风险。

支护大变形严重侵入净空实例

（4）断层破碎带

由于断层上下两盘的相对运动，常使断层面附近岩石破碎成碎石和粉末状，形成断层破碎带，其岩体一般自稳性极差，且常伴有地下水，隧道通过断层破碎带时易发生塌方、掌子面突泥、突水等安全风险。

断层破碎带及塌方

（5）结构面发育的块状岩体地段

块状围岩的力学特性是岩石单体强度较高、承载力较高，但因结构面发育，受其切割制约，特别是在有地下水组合作用的条件下，岩体整体稳定性差，这类围岩隧道坍塌的特点是个别岩块失稳，造成较大范围岩块突然坍塌。

结构面发育

坍塌岩块（6）不同岩层接触带地段

由于不同岩层，岩性差异大，加之常伴有地下水，在接触面附近常发育有风化剥蚀面，岩体较为软弱、破碎，隧道通过时，在掌子面上方或前方，易发生塌方、涌泥等安全风险。

接触带塌方

三、软弱围岩隧道设计

（一）、软弱围岩隧道设计理论

在隧道工程的设计与施工中，除了了解软弱围岩隧道“自稳差、易坍塌”的工程特点，还必须清楚地认识到隧道不同于地面建筑物的3个主要特点：

（1）隧道是由围岩和多种支护结构两部分组成的，即：

隧道 = 围岩 + 支护

围岩与支护共同承担山体的压力。隧道工程的主要特点

（1）隧道承受的压力具有不确定性。

（2）支护体系是控制围岩变形的关键。

为有效控制隧道工程安全风险，避免或减少坍方事故发生，应以“充分调动围岩的承载能力，有效控制围岩变形和松弛”为设计理念，按新奥法原理进行软弱围岩隧道设计。

（二）、隧道支护设计

根据新奥法原理，软弱围岩隧道支护一般采用复合衬砌。复合衬砌由初期支护、二次衬砌两部分组成。隧道开挖后先实施喷射混凝土、锚杆、钢拱架等与围岩密贴的初期支护，约束围岩变形，并根据变形监控量测结果，适时施作二次衬砌。

图 复合衬砌图

1、初期支护设计

初期支护是由喷射混凝土、锚杆、钢架组成的联合支护体系，是复合衬砌隧道的主要承载结构。初期支护设计锚杆

锚杆作为初期支护的另一主要构件，设计施工中是必不可少的，特别是在软弱围岩中，其对围岩的加固作用十分明显。

1）软弱围岩中锚杆的作用

在软弱围岩中单凭喷射混凝土往往难以抵抗围岩的巨大形变压力，不能有效地保证支护的可靠性。在这种情况下，需要将喷射混凝土与锚杆联合使用，并把锚杆作为主要的支护措施。

软弱围岩中锚杆的主要作用是通过形成具有一定厚度的“加固圈”来“加固围岩”。“加固圈”承担外层围岩传来的荷载，使得最后传到喷射混凝土层的荷载大为减小。

锚杆对围岩的加固是通过锚杆周围的水泥砂浆与围岩的粘结力来实现的，因此需保证锚固可靠，且锚杆垫板必须与岩面紧贴。

2）软弱围岩锚杆设计与施工要点：

（1）锚杆的布置一般沿洞室周边径向均匀布置，必要时底部也要加锚杆；

（2）为保证加固带有一定厚度，锚杆的长度与间距之比一般为2:1；

（3）为防止锚杆间围岩坍落，还应配合网喷混凝土，喷层主要承担锚杆间的局部坍塌荷载；

（4）为达到设计目的，软弱围岩锚杆施工中要求做到：锚杆锚固可靠，全长粘结；要用垫板，且垫板要求与岩面紧贴。初期支护设计-钢架

钢架分型钢钢架与格栅钢架两种，一般应与锚杆、喷混凝土共同使用。

钢架断面图 格栅钢架 1）钢架的作用 钢架的作用有四点：

一是喷混凝土发挥作用前支撑围岩；

二是对喷射混凝土进行补强；

三是作为超前支护的支点；

四是与锚杆、喷射混凝土共同发挥初期支护的作用。2）钢架适用范围

钢架的最大特点是刚度大，架设后能够立即承载受力。因此，多用于软弱破碎或土质围岩中，需要控制围岩变形迅速发展的场合。如浅埋、偏压及土层隧道等。

钢架的设计与施工要点：

（1）一般采用工字钢，或“八字结”形联系钢筋的格栅钢架；

（2）钢架间距一般为0.6～1.0m。

（3）为增加钢架的整体性，每榀钢架间应设纵向连接构件；

（4）钢架拱脚及墙脚应有控制钢架位移和下沉的措施。为达到设计目的，钢架的施工要求做到：

（1）接头是整个钢架的薄弱环节，必须加强;

（2）钢架应直立安装，并用混凝土预制块与围岩顶紧；

（3）型钢钢架应预留注浆孔，及时对喷混凝土层后回填注浆，保证与围岩密贴；

（4）分部开挖钢架落底接长时，要注意防止失稳。

2、二次衬砌设计

软弱围岩中二次衬砌也是主要承载结构，二次衬砌与初期支护共同承担较大的后期围岩变形压力，应适时施作。

（1）二次衬砌的作用

软弱围岩隧道中，二次衬砌的主要作用：一是承载，二是安全储备，保障运营的安全。

（2）二次衬砌的设计与施工要点

二次衬砌原则上应适时施做。软弱围岩二次衬砌应带仰拱，与边墙应圆顺连接，减少应力集中。

为达到设计目的，软弱围岩二次衬砌施工要求做到：二次衬砌应先施工仰拱，分段整体浇注。二次衬砌背后空洞应回填密实。

四、软弱围岩变形控制技术

1、控制掌子面变形、坍塌的技术

掌子面过大的变形将导致坍塌事故的发生。这种事故占隧道坍方事故的比例最高，造成的人员、机械设备的损失最大，在设计施工中都应该引起高度重视。

控制掌子面变形、坍塌的技术掌子面锚杆

（2）掌子面锚杆 设置掌子面锚杆的目的是控制围岩开挖后的先行位移和掌子面位移，也是给大断面开挖创造条件，有利于控制先行和后期围岩、支护变形。

掌子面锚杆的长度一般都在10～20m 之间，宜优先采用易于切割的玻璃纤维锚杆。

图 掌子面锚杆

控制掌子面变形、坍塌的技术-掌子面喷混凝土封闭

（3）掌子面喷混凝土封闭

掌子面喷混凝土是现场使用较多的另一种维持掌子面稳定的支护措施。

图 掌子面混凝土封闭 控制掌子面变形、坍塌的技术

（4）掌子面预留核心土

掌子面预留核心土防止掌子面失稳、坍方是隧道中运用最广、最简单、最经济的技术措施之一。

核心土

2、控制落底开挖坍方技术

隧道上台阶开挖支护完成，下一道工序就是下台阶落底开挖。这道工序风险极大。落底时上半部支护基础悬空，失去支撑，很容易引起支护和围岩失稳、坍方。这种事故一旦发生，容易造成前方掌子面作业人员被困和伤亡。

落底开挖的关键技术是在开挖前给上半断面支护结构提供一个临时或永久的基础，控制支护拱脚的快速下沉。

常见的控制拱脚下沉技术有：（1）锁脚锚管技术

锁脚锚管当它作为承载结构时，主要是传递来自于上部初期支护的压力，因此，应尽量沿拱脚切线方向设置。若施作不到位，将降低锚管作用效果。

图

锁脚锚管

（2）临时仰拱技术

临时仰拱在台阶法开挖的软岩大断面隧道中经常使用，能让上台阶临时封闭成环，有效地控制上半段面支护的沉降，保证下台阶开挖的安全。

图 台阶法临时仰拱（3）扩大拱脚技术

扩大拱脚是通过展宽基础，减小地基压力的方法，实现控制支护沉降的又一种有效的技术手段。其关键是基础要有足够的宽度，设计宽度一般为0.8～1.0m。施作时，若拱脚宽度不够，将造成沉降过大，达不到设计要求。

图 扩大拱脚

3、工程实例

成功实施的超大断面软弱围岩隧道工程实例：六沾铁路乌蒙山二号隧道。隧道出口为四线车站隧道，全长610m，其最大开挖宽度达28.42m，最大开挖面积为354.30m2，为单跨交通隧道的世界之最。隧道洞身主要通过泥岩、页岩夹砂岩等地层。针对跨度超大、围岩软弱的特点，结构采用核心土、超前预支护、边墙设台的拱跨式结构，有效地控制了支护的变形。目前大跨开挖已基本完成，未出现坍塌问题。

图 六沾铁路乌蒙山二号隧道实例

五、体会与建议

1、遵循“选线四原则”，从设计源头降低软弱围岩隧道风险

隧道位置的选择在重视洞口地形、地质条件的同时，应充分考虑隧道洞身地质条件，隧道位置应尽量避免或减少通过软弱围岩地段。

在选线设计时，要遵循以下“选线四原则”：

（1）选择构造简单，地层单一，地下水不发育，岩体完整性较好的地段；

（2）尽量减少傍山、浅埋段，避免短隧道群。

（3）隧道洞身宜平行水平最大主应力方向，争取垂直岩层走向；（4）避开或远离断层破碎带，必须穿过时，宜大角度穿过；并应注意选择在断层、特别是活动断层的被动盘内通过。

2、充分贯彻“早进晚出”的原则，强化软弱围岩隧道进洞设计

洞口位置的选择充分考虑施工、运营安全和环保要求，遵循“早进晚出”的原则。有条件时应尽量接长明洞，不要为了缩短隧道的长度而偏压、拉槽进洞，使洞口处挖深过大，破坏山体坡面的稳定和植被，给施工和运营安全带来隐患。

进洞成功实例

进洞失败实例 软弱围岩隧道宜采用超前管棚进洞，并对洞口临时开挖坡面采取锚杆（索）、压浆、钢筋网、喷射混凝土等支护措施；同时，在开挖进洞之前，还应做好地表防排水系统，以确保隧道进洞安全。

3、高风险软弱围岩双线长隧道，宜采用双洞单线分修方案

高风险软弱围岩双线长隧道宜采用上下行分修，修建两座单线隧道，由于隧道开挖跨度、断面减小，有利于施工时控制围岩和支护变形，防止坍方事故的发生。

4、加强地质勘察工作，细化软弱岩层工程特性判释

重视软弱围岩地段的地质勘察工作，开展综合勘探，查明其工程地质、水文地质条件，围岩合理定级。

对于通过软弱围岩地段的隧道，地质勘察工作的主要目的是确定软弱围岩在隧道洞身上的分布段落、工程特性。

通过地质测绘辅以槽探、平硐等方法，了解软弱岩层的分布层位，综合地面物探成果初步确定软弱围岩在洞身的分布段落。在此基础上布置钻探工作，通过钻探、孔内综合测井、原位测试和室内试验，进一步细化软弱围岩在隧道洞身段的分布段落和工程特性。

为弥补勘察工作的局限性，应加强施工地质特别是超前地质预报工作，在开挖环境下、围岩的受力、地下水的径流条件均有所变化，应高度重视局部的小构造、不同岩性的接触带、层间不利的结构面组合对隧道稳定性的不利影响。

5、针对软弱围岩的工程特性，设计方案应做到“三个有利于”

软弱围岩的力学特性是强度低、承载力低，隧道开挖后变形大。因此，针对围岩与隧道变形的控制措施是设计的要点。设计应做到“三个有利于”：

（1）开挖方法的设计应有利于保护围岩，减小塑性区范围，最大限度地调动围岩的承载作用，控制围岩的变形量；例如采用弱爆破、围岩预加固等设计；

（2）支护结构的设计应有利于支护结构尽快封闭，形成整体稳定的封闭环状结构，以达到减小支护自身变形的目的；例如采用有利于快封闭的cd/crd等工法；

（3）支护结构未封闭之前，辅助工程措施的设计应有利于控制支护结构的整体下沉；例如采用大拱脚或拱脚支撑桩等措施。

6、加强现场配合，积极开展信息化设计

隧道施工图一般是通过施工前的地质勘察，按工程类比或标准设计进行设计的，正确与否或与实际的符合程度需要通过施工的检验;因此应重视施工过程中的调查和监测等信息的收集、分析，开展信息化设计，及时对施工图设计进行有针对性的设计修正。

信息化设计是从设计角度出发防止软弱围岩隧道坍方的最有效手段。信息化设计的基础是：监控量测、超前预报。

监控量测是确保软弱围岩隧道施工安全的“哨兵”, 是隧道施工不可缺少的一道工序。通过监测动态信息，及时评价围岩及支护结构体系的稳定性状态，用以指导设计、施工，确保施工安全。

监控量测工作各单位职责

设计：设计应将监控量测、超前预报方案纳入设计文件，根据工程地质条件、埋深、洞外环境、施工方案等明确监测项目、监测频率、监测及资料整理分析要求，提出变形控制基准及信息反馈要求。

施工：施工单位，在编制施工组织时必须将监控量测工作列入施工流程，并由专业队伍来实施。

监理：监理单位应做到每天检查监控量测记录和报告。建设：建设管理单位应严格审查监控量测实施计划，当监控量测数据出现异常时，应及时签发预警通知或暂停施工。

六、结束语

我国铁路的快速发展，为我们提供了一个高起点的技术发展平台，同时也为广大工程技术人员展示才华提供了大的舞台。我们将按照部党组的要求，牢固树立“不留遗憾，不当罪人，建不朽工程”的质量理念，进一步加大科技投入，开展隧道设计系统集成研究；不断提高技术水平、加强技术管理、确保勘察设计质量，为我国从隧道修建大国成为隧道修建强国做出我们应有的贡献。

隧道软弱围岩施工原则 隧道软岩大变形篇四

软件说明书

隧道围岩变形分析系统

1.软件界面说明

软件总体界面如（图 一）所示：有菜单栏、工具栏、项目管理区、图形报表操作区、图形显示区等区域。

（图 一）

各部分简要说明如下：

菜单栏：该部分提供了该系统软件所有功能的菜单项，通过点击这些菜单就可以实现软件提供的功能。

工具栏：为了使用方便，避免频繁地打开菜单，软件将一些比较常用的功能放到了工具栏中，这样就能快速地使用这些功能了。

项目管理区：该区域是用来管理新建或打开的工程项目的，工程项目可以以隧道名称来命名，其中包含着该隧道上的各个里程（也即各个断面），而每个断面中又包含了该断面上布设的各条测线或测点。该区域是用树形结构来管理工程项目的，树根处是工程项目（系统最多可以管理10个工程项目），工程项目的下一级是断面名称，再下一级是测线或测点名称，总共三级结构。

图形报表操作区：该区域由三部分组成。首先是直观显示测线数据以及收敛值的列表框，见（图 一）中图形报表操作区最左部分；

其次是生成各种回归图形和报表的各个按钮和图形参数设置部分，各个按钮的具体功能，以及各参数的设置将在“5．图形报表操作区功能说明”终予以详细说明；最后见（图 一）中最右部分的文本编辑框，该文本框用来显示回归方程、标准差、相关指数、置信度区间等各项回归参数。

图形显示区：该区域是回归图形输出部分，数据经处理后，就按要求在该部分显示需要的回归图形。软件提供了各种常用的图形操作功能，可以对图形进行编辑，并可以采用屏幕截取的方式保存图形或将图形以auto cad dxf文件格式导出，还可以将图形存为系统图形文件格式(.sd)。

以上便是对软件界面各部分的介绍。

2.菜单功能说明

主菜单共有如（图 二）所示六个

（图 二）

分别是：文件、数据管理、绘图、图形操作、屏幕截取、查看和帮助。

※文件菜单※的功能主要是关于工程的建立、打开、关闭，工程和工程组的管理以及图形文件的打开、导出和打印。

其子菜单如（图 三）分别为：

（图 三）

新建工程：用来建立新的工程，点击之后弹出如（图 四）新建工程对话框。选定工程类型后填入该工程相关的隧道信息，可以选择工程保存路径，单击‘…’按钮将弹出对话框（图 五）,选择保存工程的路径，按确定退出。然后单击‘增加’，则生成了一个新工程。此时系统将弹出消息框提示工程建立完成，按确定后，单击‘退出’，则工程建立完毕，并返回到 主界面，左边项目管理区内的树状图应出现刚才建立的工程名称，并且根据选择的

（图 四）

（图 五）

之后可对该工程导入全站仪的数据，具体导法见‘数据管理’菜单中‘数据导入’子菜单项的详细介绍。

打开工程：用来打开已经存在的工程文件。选择此菜单项，会弹出如（图 六）所示的打开工程对话框。选择已有的工程，单击‘打开’，便可打开该工程，以后便可进行数据导入、回归分析等操作，这与新建一个工程后的操作是一样的。

（图 六）

工程（组）管理：这项功能用来同时管理一组工程。如果系统中原先不存在工程，选择此菜单项，会弹出如（图 六）所示的打开工程对话框，用户可以先打开一个存在的工程文件，这样若系统中已有工程，就会弹出如（图 七）所示的工程组管理对话框。可以选择‘导入’按钮将一已存在的工程加到现有工程中作为工程组管理（图 八）。注意不可导入同一工程，否则系统将给予提示（图 九），在工程（组）管理中可以更新已有工程的有关信息，修改有关信息后按‘更新’按钮即可更新。当几个工程被组成工程组后，下次打开任一工程，就会把同一工程组中的其它工程同时打开在工程（组）管理对话框中，按‘确定’后则几个工程就会同时出现在左边的项目管理区中。要解除同一工程组中各工程的联系，可以在工程组管理对话框中通过按‘删除’来删除某工程组中的工程。其中删除工程时需要注意1.（图 十）只将该工程从该工程组中移去，保留该工程的所有信息；2.（图 十一）除了1中的操作以外，还将该工程的所有信息从硬盘中删除，不可恢复，故应谨慎操作。

（图 七）

（图 八）

（图 九）

（图 十）

（图 十一）

关闭工程：关闭系统中现有的工程。若项目管理区中没有工程，则此菜单项为灰色，只有新建或打开工程后才能激活。

打开图形：打开保存好的该系统格式的图形文件(*.sd)。如何将图形保存为系统图形文件格式，见工具栏中

功能的详细说明。

图形导出：将图形以auto cad dxf文件格式导出。

打印预览：该项功能是将当前图形报表操作区中列表框中的数据和图形显示区中的图形一起以报表的形式打印出来。选择此菜单后进入打印预览窗口，可以进行预览，确认无误后即可打印。（只有打印机在该软件所在操作系统上驱动后才有此功能）

打印设置：设置打印的一些参数。这些参数包括：打印机的名称选择、属性设置，纸张的大小、来源，打印的方式等。

最近图形：显示最近打开过的系统图形文件。对于经常调用某一图形文件比较方便。

退出：关闭系统。

※数据管理菜单※的功能主要是：全站仪数据的导入、隧道断面信息的输入、隧道断面信息的查询、极限位移规范参考以及全站仪原始数据的管理等。

其子菜单如（图 十三）所示，分别为：

（图 十三）

数据导入：把全站仪上传的数据导入到相应工程的数据库中。点击后系统弹出如（图 十五）的数据导入对话框。

（图 十五）

(图 十六)

选择隧道名称，单击‘选择文件’按纽，如(图 十六)所示。选择全站仪数据文件。单击打开，如果文件格式正确，系统将从文件中读取信息，并根据所测数据自动画出测点的示意图，如（图 十七）所示，如果文件格式错误，将出现（图 十八），如果错误发生，则单击‘查看该文件’，便可修改该文件为系统的文件格式（注意：凡手工修改了文件，需重新选择该文件，文件的修改才是有效的）。如无错误发生，可按‘导入’便可将该文件导入到系统中。重复‘选择文件’----‘导入’，便可将测量数据全部导入。注意：

1.如果想把同一次观测的两个测站的数据作为一个时间段的数据使用，需设定‘双站间隔时间’，系统默认为20分钟，即前后设站间隔小于20分钟的，系统将弹出如（图 十九）消息框给以提示用户可根据实际情况作出相应选择。

2.相同里程的某时间段的数据不能导入两次,否则系统将给予提示。

（图 十七）

（图 十八）

（图 十九）

数据导入后可人工输入该里程的断面信息，以便将来管理时的查询。按‘输入断面信息’按钮后弹出如（图 二十）所示，点击隧道名称和相应的隧道里程，可查看、修改、删除

（图 二十）

（图 二十一）

该断面的信息，具体操作见菜单‘隧道数据’下‘隧道断面输入’菜单的说明，二者的功能是一样的。另外单击（图 十七）中的‘平差’按钮可直接查看各测线平差后的长度，如（图 二十一）。数据都导完后，可单击‘退出’回到主界面，这时点击项目管理区中工程名称前的‘+’号，就可看到导入的断面及测线情况。

隧道数据：主要负责隧道断面信息的输入和查询。该菜单有两个下级子菜单，如（图二十七）：

（图二十七）

选择‘隧道断面输入’菜单，弹出（图 二十）对话框。单击‘添加’按钮，弹出如（图 二十八）的对话框，选择隧道名称，填入参考里程，按‘确定’后，该工程和断面

（图 二十八）

（图 二十九）

就会导入到断面信息维护对话框中，如（图 二十九），然后输入各类信息，按‘保存’按钮，就能把这些信息存入数据库中，如果要删除，可按‘删除’按钮。

选择‘信息查询’菜单，弹出（图 三十）对话框。当需要查询任一工程中的有关信息时，可按以下方式操作，输入查询信息以产生查询条件，如需查询隧道名称为‘test1’的工程信息，则可按下列方法查询：在查询字段中选择‘隧道名称’，在运算符中选择‘=’，在查询值中填写‘test1’,单击‘语句生成’，再单击查询，便可将隧道名称为‘test1’的工程查出（图 三十一），单击‘生成报表’可将结果存为文

（图 三十）

（图 三十一）

极限位移规范：这里提供了一个单线隧道初期支护极限相对位移百分表，以供用户对照数据、图形作为参考。

原始数据管理：可对全站仪上传的原始数据进行管理。当需要查看一工程的原始数据时。可按如下操作进行。选择‘数据管理’菜单中的‘原始数据管理’将弹出（图 三十二）对话框。

（图 三十二）

选择一工程，则右边显示该工程的原始数据文件。选中需查看的文件，单击‘查看’便可观看该文件内容。也可单击‘删除’删除该文件。

※ 绘图菜单※的功能主要是：直线、圆弧、文本等图形的绘制及颜色的选择。该项菜单如（图 三十三），具体方法均类似于autocad中的有关操作。

（图 三十三）

※ 图形操作菜单※的功能主要是：对图形显示区中的图形进行放大、缩小、漫游、删除、全图显示等操作，具体方法均类似于autocad中的有关操作。菜单如（图 三十三）。

（图 三十三）

※屏幕截取菜单※的功能主要是：对图形进行截取并保存为bmp格式的位图文件。‘全屏截取’是获得整个屏幕的图形，‘用鼠标选取范围’则可以获得选定范围内的图形。具体菜单如（图 三十四）。

（图 三十四）

查看菜单和帮助菜单比较简单，这里没有详细说明。

3.工具栏功能说明

工具栏基本是常用的菜单的快捷方式，但也有菜单不具有的功能，具体情况如下：

新建图形。该项功能是将图形显示区刷新，即清除图形显示区的所有图形，恢复为空白的画布。

新建工程。具体功能与菜单栏中的‘文件’一〉‘新建工程’一样。

打开图形。具体功能与菜单栏中的‘文件’一〉‘打开图形’一样。

打开工程。具体功能与菜单栏中的‘文件’一〉‘打开工程’一样。

保存图形。该项功能是将图形显示区中的图形保存为本系统软件的图形文件格式（*.sd），以后可以用

或菜单栏中的‘文件’一〉‘打开图形’来打开图形。

导入。具体功能与菜单栏中的‘数据管理’一〉‘数据导入’一〉‘（测线法）无基准点’一样。

打印预览。具体功能与菜单栏中的‘文件’一〉‘打印预览’一样。注意：应该按拟合曲线按钮及时刷新回归图，以获得与数据一致的回归图形。

绘图。这三栏分别是绘制直线、圆以及圆弧的功能。

放大缩小。这两项功能是对图形的放大和缩小操作。

删除物体。该项功能是从图形显示区删除选中的图形或文字，删除完后，右击鼠标回弹出一菜单，选择‘取消’即可退出删除操作。

显示全图和移动图形。如果想在图形显示区中看到全图，点击‘显示全图’，系统会自动调节图形的大小，使图形能完整的显示在图形显示区中。如不想改变图形的大小，则点击‘移动图形’进行图形漫游。退出操作如上所述。

全屏显示和恢复。该功能使系统的框架和菜单隐去，突出显示系统的视类。

断面信息查询。具体功能与菜单栏中的‘数据管理’一〉‘隧道数据’一〉‘信息查询’一样。

断面信息输入。具体功能与菜单栏中的‘数据管理’一〉‘隧道数据’一〉‘隧道断面输入’一样。

关于。显示程序信息，版本号。

退出。

4.图形报表操作区说明

由于前面已对该区作了简要说明，并指明了列表框和文本框的作用，所以这部分主要详细说明如（图 三十五）所示的生成各种回归图形和报表的各个按钮和图形参数设置部分。呈现为（图 三十五）。

（图 三十五）

先说明各报表按钮的功能，具体如下：

在项目管理区种选择隧道名称，并单击‘测线报表’，则产生该隧道所有的测线报表，如选择里程，则产生该隧道该里程的所有测线报表，如选择某测线，则产生该隧道该里程的该测线的报表。其间，如果选择了‘存为文件’则将结果输出为文件，否则将打印输出。‘坐标报表’功能类似。

必须是在项目管理区中选择里程，此功能才会有效。但击‘断面报表’，会产生前面输入的隧道信息（包括开挖信息、岩体信息、支撑设计、地质描述等）的报表。如果没有信息，用户可以单击‘断面信息’按钮对此断面进行描述，然后保存即可。

单击‘原始数据报表’，结果如‘测线报表’，根据在项目管理区中选择的不同，分别产生三种原始数据的报表。

单击‘工作人员报表’，产生工作人员（负责人和观测者）的报表。

单击‘断面信息’，图形显示区中出现如（图 三十七）界面，在这儿可以输入所选里程的断面信息。

（图 三十七）

回归分析是本软件提供的一项重要功能之一。全站仪对各断面测线经过一段时间的量测，得到测线随时间变化的数据，其中测线敛值和时间之间具有非线性的相关关系。回归分析的功能就是对这些数据进行处理以回归图的形式显示在图形显示区，以供用户参考，并对围岩稳定性进行了预测。系统提供了5种曲线函数，以供用户选择最合适形状的区线来拟合。

各回归分析按钮功能的具体说明如下（假设x对应时间，y对应测线收敛以及它们的速率）：

在项目管理区中选中具体测线或测点后，单击‘对数函数’，系统会对测线收敛以 对数函数为回归方程进行非线性回归分析，并在图形显示区中显示回归图形（包括原始数据图、收敛值或位移值图和收敛或位移速率图）。

适用情况：当y的增量随x增大而逐渐减少。

功能类似‘对数函数’，适用情况：根据具体数据而定。

功能类似‘对数函数’，适用情况：当y随着x逐渐增加而越来越急剧地增大。

功能类似‘对数函数’，适用情况：当y的增量随x增大而逐渐减少。

功能类似‘对数函数’，适用情况：当y随x增大而增大的速度与x成比例。

单击‘自动选择’，系统会对数据进行分析，自动选择合适的回归曲线。

见（图 三十五）右上角是回归图形的一些参数设置，x轴、y轴和y负轴分别是所需坐标轴的长度，‘网格’和‘标注’表示图中是否需要它们，‘稳定条件’是进行稳定性预测所需要的数据。

6.其它注意事项

隧道围岩三维变形分析系统与自动全站仪配合使用，并对其量测时的测线布置规定如下各图：

测线布置图：

3测线

4测线

6测线

7测线

图 三十八

隧道软弱围岩施工原则 隧道软岩大变形篇五

隧道围岩大变形机理及处治技术研究

【摘要】本文结合工程实例，对公路隧道围岩产生大变形的原因进行分析，并提出合理的处治措施。

【关键词】隧道围岩 大变形 原因 处治

一、隧道围岩大变形机理分析及工程实例

1、隧道围岩产生大变形的原因

各类围岩在正常施工条件下都会产生一定的变形，不同国家、不同行业对各级围岩岩及各种支护结构都规定有不同的预留变形量以容纳这些变形。大变形是相对正常变形而言，目前还没有统一的定义和判别标准。产生大变形主要有客观和主观两方面原因，地质条件是客观原因，技术措施不当是主观原因，前者是根本原因。

2、工程实例

某公路隧道进口斜井位于沟谷地带，地形呈左高右低现状，地形起伏较大。该斜井设计平长140m，开挖范围上部岩层为粉质粘土，下部为强-全风化页岩夹砂岩，围岩分级为v级。本工程地下水为上层滞水、基岩风化裂隙水及构造裂隙水。隧道净空断面尺寸为4.7（宽）×5.75（高）m，开挖断面尺寸为5.82（宽）m×7.62（高）m。

在斜井施工至掌子面里程xk0+113时，通过观察发现xk0+113～+122.5段初期支护喷射混凝土有开裂剥落现象。此时，仰拱施工至xk0+122.5；加强二衬施工至xk0+125.5。大变形段里程为xk0+113～+122.5，长9.5m，该段右侧钢拱架失稳内敛约60cm，初支砼严重剥落，变形过程+115～+118右侧拱脚处、+118～+122右侧墙角处分别流出黄色、黑色泥浆；地表沉陷深约1.7m，面积约70m2。通过对本段隧道所处地质环境综合分析，围岩大变形的主要原因有：

（1）地质因素。隧道围岩经过多年地质构造运动，围岩应力处于平衡状态，一经开挖，潜在应力释放，应力重新分布，在原生应力已遭破坏，新生应力场尚未稳定前提下，围岩承受压大、极易失稳导致坍塌；当通过各种堆积体是，由于结构松散，颗粒间无胶结或胶结差，开挖后引起坍塌；在挤压破碎带，岩脉穿插带、节理密集带等裂结构地层中，岩块间互相挤压钳制，一经开挖则失稳，常见岩块掉落、坍塌；在软弱围岩节理发育的情况下，或泥质充填物过多，均易产生较大的坍塌；在构造运动作用下，薄层岩体形成的笑摺曲、节理发育地段，施工中常常发生坍塌；岩层软硬相间，或有软弱风化夹层的岩，在裂隙水的作用下，软弱面强度大大降低，因而发生坍塌；裂隙水的软化、浸泡、冲蚀、溶解等作用加剧岩体的失稳和坍塌。

（2）结构支护原因。由于围岩应力变化具有不确定性，结构支护承载应力很难进行精确计算，设计支护强度、刚度是否能够满足承载应力的要求是很难进行精确的判断的，因此，支护参数的偏小，往往也是导致隧道坍塌的主要原因之一，且造成的危害性极大。

（3）施工原因。施工方法与地质条件不相适应，地质条件发生变化，没有及时改变施工方法；施工支护不及时；地层暴露过久，引起围岩松动、风化；忽略了围岩的变形规律，围岩的变形同时具有连续变形和突然变形的特征。当开挖距离小于d（d为隧道开挖宽度）时，围岩两端由于受到二次衬砌砼和开挖掌子面支撑的约束作用，连续变形很小，主要是爆破后的受震动影响的突然变形，而且在这个距离范围内由于衬砌和开挖面支承的“空间效应”的影响，即使初期支护抗力不足围岩滑移力亦不至于失稳，当这个距离为1.5d～3d时，“空间效应”的影响完全消失，初期支护抗力小于滑移力的问题即刻暴露出来，围岩急剧变形，极易引起塌方。

二、隧道大变形段施工处治措施

1、垂直锚杆加挂网喷浆施工

本工程洞外处理措施采用全长粘结型早强垂直锚杆加挂网喷射混凝土。

（1）主要设计参数：锚杆孔深度、孔径由设计决定，锚杆长度根据隧道埋深深度来确定，设计锚杆φ22螺纹钢筋组成，间距1.5×1.5m梅花形布置，每根长4m；设置ф6钢筋网，网格间距20cm×20cm。插入钢筋束后压浆机进行灌注1：1.5的水泥砂浆。孔口表面用砂浆护面，砂浆厚度10～15cm。

（2）施工技术要点。

①清除地表植被地表大致整平：人工清除地表植被，大致整平地表，经监理工程师检查合格后方可进行下一步工序施工。

②测量定孔：工程技术人员根据设计图纸测定孔位，并用木桩标出，其孔位误差不得大于10cm；同时对施工人员进行图纸及现场技术交底。

③钻孔。露天钻机精确就位并固定，保证钻机钻杆线垂直以及钻机在钻进时不产生偏移和倾斜；钻孔顺序由里向外或由外向里，先钻高位孔。

④制作锚杆钢筋及钢筋束。锚杆宜采用锰硅螺纹钢，直径为22mm。用钢筋切割机将钢筋按设计长度进行切割。

⑤安装锚杆钢筋束。在安装钢筋前用高压风进行清孔，以清除孔内粉碴及杂物。安装钢筋束：可借助于简易钢管架，安装卷扬机对钢筋束进行垂直吊放。

⑥灌注砂浆：安装好钢筋束后，堵塞孔口，用注浆机结合导管进行孔内灌注水泥砂浆，使孔内砂浆堵塞密实，保证地表锚杆的锚固效果；注浆时，孔口压力〈0.4mpa。

2、管棚超前支护施工

本工程洞内xk0+113～+122.5大变形段采用dn65中管棚加固过渡。

（1）主要施工参数：①管规格：内径65mm，外径76mm；②管距：环向间距40cm；③倾角：外插角1°～3°为宜，可根据实际情况作调整；④注浆材料：m20水泥浆或水泥砂浆；⑤设置范围：拱部120°～135°范围；⑥长度：15m。

（2）施工技术要点：

①开挖管棚工作室。工作室分步开挖，分步施钻。即先在两边拱脚分别开挖两个工作室ⅰ，进行钻孔、安管、注浆之后，再开挖工作室ⅱ；当开挖工作室ⅱ时，可弃碴于两拱脚工作室ⅰ。这样既减少开挖工作量、减少搭拆平台，又便于移动钻机，有利于钻孔作业。

②搭设平台、安装钻机、测定孔位。搭设钻机平台，钻机平台尽量一次搭好。钻孔顺序，有高孔位向低孔位进行，可缩短移动钻机与搭设平台的时间，便于钻机定位、定向。

③钻孔。钻孔为便于插管，管棚钢管钻孔直径应比管棚钢管设计直径大20～30mm；若围岩注浆固结好或岩质较好，可以一次成孔；围岩局部注浆效果不好的，钻进时可能产生坍孔、卡钻，则需补注浆后再钻进。

④安装管棚钢管。根据设计，管径如采用80～180mm壁厚4mm以上碳素无缝钢管，每节管长4～6m；每节钢管用8mm厚的管箍连接；15m左右一次成孔的短孔，可用人工将钢管直接插入钻孔。管节与管箍的丝扣应提前在专用管床上按规定加工。

⑤安装管棚钢筋笼及管外注浆。管棚钢管安装好后，放置钢筋笼并注浆。管内设置的钢筋笼，由四根长4m的螺纹钢筋焊接在壁厚8mm、长8cm的管节上而成，钢筋直径、管节外径应根据管棚钢管直径大小而定。在钢管钢筋笼安好后，进行注浆。注浆用泥浆泵压注，根据所要求的凝固时间决定采用水泥浆或水泥水玻璃双液，分二次进行，第一次对二个工作室ⅰ各个钻孔注浆；第二次对工作室ⅱ各个钻孔注浆。

三、结束语

隧道围岩大变形施工处治关键在于弄清软弱围岩的变形规律特征，找出其变形原因，采用合理的施工方法和支护参数。该隧道施工中有效地控制了大变形，整个施工过程中未发生一起安全事故，而且质量均在控制要求范围内，表明软弱围岩采用的大变形施工处治技术是成功的可供同类工程施工参考。

参考文献：

1、孙剑峰，秦岭灞源隧道围岩大变形处理方法，《中国科技博览》2023年第19期