简谈隧道软弱围岩开挖进度

研究结果显示，隧道围岩应力重分布的关键在于隧道开挖，且各施工步骤均能找到与之相对应的短期洞形。隧道软弱围岩施工过程中，其支护方案、开挖方法及施工步骤的不同均可能导致隧道施工成本及围岩稳定性发生改变。隧道软弱围岩施工必将导致若干岩体边界发生变化，且于工程施工阶段及营运阶段，围岩稳定性及围岩支护方案均与工程施工效果及施工方法等间存在必然联系。在本案，笔者就隧道软弱围岩开挖为研究对象，并结合工程实例，探析工程施工方法。

一、工程概况

小坝山隧道地处构造剥蚀中低山区，属双线双洞隧道，右线桩号K285+128—K288+280，左线桩号K285+108—K288+260，隧道单洞总长为3152m。Ⅰ类及Ⅱ类软弱围岩段总长约1167m，为37%隧道全长。小坝山隧道山体以NNE-SN向扭折状为主，即多断裂带发育、构造发育、坡陡谷深、地形切割强烈。此外，小坝山隧道地层发育至今多属单斜层，即软弱围岩分布广、岩性复杂（即挤压性断层）、稳定性差。小坝山隧道洞身穿越断层数量约为24条。

二、计算方法和模型

就隧道开挖传统方法而言，小坝山隧道软弱围岩试验段开挖方法有上下台阶法、双侧壁小导坑法、全断面法、单侧壁导坑法，并计算出各工况围岩位移场、应力场、塑性区，就力学角度对隧道软弱围岩开挖施工方法展开探讨。就模拟隧道开挖而言，隧道软弱围岩开挖各施工方法分不开挖计算方法为FLAC，即快速拉格朗日元法。

计算断面里程选取隧道小坝山隧道右线K287+880，隧道软弱围岩选取Ⅱ类围岩，隧道支护架系统选取隧道开挖初期支护。拱顶与地面间间距为38.8m、隧道底部开挖宽度为12.04m、拱顶开挖高度为8.68m。隧道软弱围岩屈服判断选取摩尔—库仑准则、围岩计算模型选取D-P弹塑性模型。隧道软弱围岩计算单元选取平面八节点四边形单元，隧道软弱围岩开挖初期支护喷层砼模拟被简化为模拟梁单元。下表一为小坝山隧道右线K287+880软弱围岩及其初期支护参数（源于《铁路隧道设计规范》【TB10003-99】）。

小坝山隧道因受初期支护锚杆作用的影响，针对这一点，则围岩内摩擦角f 值及粘结力C值均应在上表所示数值基础上增加30%。

三、隧道软弱围岩开挖方法施工步骤 （一）全断面法

若在小坝山隧道中应用全断面法，则隧道软弱围岩开挖步骤模拟应为：全断面开挖→施作砼层（应力释放50%后）→完成应力释放。

（二）上下台阶法

若在小坝山隧道中应用上下台阶法，则隧道软弱围岩开挖步骤模拟应为：上台阶开挖→施作上台阶喷砼层（应力释放50%后）→下台阶开挖→施作下台阶喷砼层（应力释放50%后）→完成应力释放。

（三）单侧壁导坑法

若在小坝山隧道中应用单侧壁导坑法，则隧道软弱围岩开挖步骤模拟应为：右侧壁开挖→施作右侧壁喷砼层（应力释放50%后）→左侧壁开挖→施作左侧壁喷砼层（应力释放50%后）→完成应力释放。

（四）双侧壁小导坑法

若在小坝山隧道中应用双侧壁小导坑法，则隧道软弱围岩开挖步骤模拟应为：右侧壁小导坑开挖→施作右侧壁喷砼层（应力释放50%后）→左侧壁小导坑开挖→施作左侧壁喷砼层（应力释放50%后）→中间部分围岩开挖→施作其余部分喷砼层（应力释放50%后）→完成应力释放。

四、力学效应分析 （一）隧道周边围岩分析

就小坝山隧道软弱围岩施工方法而言，其施工方法不同，则其开挖成型的边墙、拱顶及仰拱等隧道周边环境位移结果计算数据则不尽相同，详见下图：

由上表可得，双侧壁小导坑施工法位移程度相对更小。就双侧壁小导坑施工法及单侧壁导坑施工方法而言，拱部位移量较已开挖完成的一侧更大。此外，就台阶法、全断面法、单侧壁导坑、双侧壁小导坑4种隧道软弱围岩施工方法而言，其围岩量值大小及应力场分布情况间差异较小，仅全断面施工方法于拱脚与拱腰间的压应力较大。

通过对台阶法、全断面法、单侧壁导坑、双侧壁小导坑等4种施工方法开挖成型时围岩塑性区比较分析得知，上下台阶法及全断面法塑性范围较其他2种方

法更大，尤其是拱部位置；双侧壁小导坑法及侧壁导坑法仅于拱腰的塑性区较大，原因为拱腰首侧壁导坑开挖的影响更大。

（二）隧道软弱围岩施工阶段拱顶收敛及下沉曲线

小坝山隧道软弱围岩开挖施工阶段，全断面开挖拱顶收敛及下沉曲线（见图一）、上下台阶法拱顶收敛及下沉曲线、单侧壁导坑法拱顶收敛及下沉曲线、双侧壁小导坑法拱顶收敛及下沉曲线（见图二）彼此间均存在较大差异。

（三）综合分析

由表二及图一、二分析可得，若隧道软弱围岩施工方法不同，则隧道软弱围岩因此产生的力学效应为：

1.就变形角度而言，双侧壁小导坑法位移量相对更小；

2.就周边塑性区而言，双侧壁小导坑法塑性区范围相对更小，而全断面法塑性区范围相对更大，其中单侧壁导坑及台阶法塑性区处于双侧壁小导坑法与全断面法之间；

3.就拱顶收敛及下沉曲线而言，若双侧壁小导坑变形稳定，则其位移变形相对更小。

结束语

综上，隧道软弱围岩开挖方法多，且各种施工方法的影响因素也并不单一，如施工工序、运输机械、开挖机械、围岩地质条件、隧道造价、施工管线布置、施工工期等。在本案，就隧道软弱围岩开完进度而言，笔者认为其最重要的影响因素当属施工方法的选取，则优化隧道软弱围岩施工方法应作为隧道软弱围岩开挖进度研究的重心。

参考文献：

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