公路隧道软弱围岩施工方法的探讨

公路隧道软弱围岩施工方法的探讨

魏海兵

中建八局第一建设有限公司山东省济南市250000

摘要：隧道是我国的公路和铁路系统的重要组成部分，隧道的出现极大的缩短了路程，增加了道路交通运输的效率。在隧道施工的围岩材料中，会将岩石按照其性质进行分类，IV级以下的岩石都属于软弱围岩，它承载力较低，如果不能进行合适的处理，那么势必会影响整个隧道的工程质量，一旦隧道发生坍塌，对公路、铁路交通影响巨大，直接导致交通瘫痪，进而影响我国的区域经济发展和建设。本文主要探讨公路隧道的软弱围岩的施工方法，对各种常见的施工方法的优劣进行了对比分析，希望通过本文的阅读，能够给公路隧道施工相关领域的研究工作者提供一定的帮助和启发。

关键词：公路隧道；软弱围岩；施工方法

前言：隧道施工过程中，软弱围岩一直是承载能力比较低的一部分，隧道是一个整体，就像一个木桶，其承载能力往往并不是由较长的板子决定，而是取决于其最短板，而隧道施工过程中，软弱围岩就是其最短板，直接影响着工程的顺利程度和今后的使用状况。根据以往的经验，在施工的过程中采用不同的施工方法，软弱围岩的工程质量具有一定的差别，如何选择正确的施工方法，是施工人员需要研究的。

1施工方法的选择

目前的公路隧道软弱围岩的施工，常采用上下台阶法、中隔壁法、双侧壁导洞法和CRD法三种方法，在进行施工方法的选择过程中，需要综合考虑一下几点因素，最终找到最为合适的施工方法，制定相应的施工方案。

（1）洞身的围岩状况

洞身的围岩情况十分复杂，不能单凭岩石等级的划分就判断施工方法，而是要综合考虑岩石的等级、地下水情况、岩性情况、初始应力情况等，只有将这些都考虑进去，才能是施工方案选择的有力佐证。

（2）洞室的形状

洞室的形状主要影响着开挖的跨度和隧道的扁平率，这两点对于施工方法的选择至关重要。

（3）施工水平

三种施工方法的难易程度不尽相同，所涉及到的施工机械也有一定的差异，因此，在选择施工方法时，要结合施工单位本身的施工水平和经验进行选择，如果不考虑这一点，强行选择了施工单位并不擅长的施工方法，那就是事倍功半了，工程的顺利程度可想而知。

（4）预留工期

对于每个公路隧道工程来讲，其预留的工期不尽相同，而不同的方法往往会带来不同的工期，需要根据施工的紧要程度进行合理的施工方法的选择。即如果工期比较紧就只能选择较为迅速的方式，因此，工期也是影响施工方法选择的指标之一。

上述的四种施工方法中，双侧壁导洞法不适用于两车道隧道，而目前我国公路隧道的规模以两车道隧道为主，因此在本次研究中仅对上下台阶法、中隔壁法以及CRD法进行对比和分析。

这些方法中，上下台阶法最为简单，几乎是所有的施工单位都运用比较多的一种施工方法，因此也是所有方法中运用最多的一种。不过也正因为如此，隧道施工过程中发生塌方病害的隧道也多是使用了上下台阶法进行处理，不过这实际上还是与施工人员操作不当有着直接的关系，上下台阶法本身没有问题。

2几种施工方法的力学比较

在对各种施工方法进行力学比较的研究过程中，我们选择了具有相当专业性的同济曙光岩土及地下工程设计与施工分析软件进行模拟和分析，采用德鲁克-普拉格准则作为研究中的屈服准则，采用梁单元和杆单元对隧道的侧壁和锚杆的力学结构进行等效模拟。架设施工隧道的岩石等级为V级，是宽度约为12米的两车道隧道。

2.1施工步骤

上下台阶法的施工步骤一般是由上到下的，先开上导洞，然后做好上导洞支护工作，支护工作做好之后，就可以挖掘核心土了，之后开挖下导洞，最后做好下导洞的支护工作即可。

中隔壁法的施工步骤则是从左至右的，先开挖左半洞，之后做好左半洞的支护工作，这里需要注意的是，要预留临时的中曲壁支护，在挖好右半洞并做好相应的支护工作之后再进行中曲壁的拆除，这也是中隔壁法的名字的由来。

CRD法则是将整个隧道分成左上、右上、左下、右下四个部分，同样需要建立中曲壁并最后进行拆除，具体的施工步骤是先左上，然后做好支护和中隔壁仰拱，之后开挖左下，做好支护，然后开挖右上，做好支护和仰拱，然后开挖右下，最后拆除中曲壁。

2.2三种方案的计算结果对比

对三种施工方法进行同等条件的模拟计算之后，我们主要考量的指标有三个，第一个是三中施工方法下的拱脚屈服度、拱顶及拱腰的下沉量以及支护部分的应力情况。

拱脚屈服度一般能够反映隧道施工的稳定性，屈服度越大证明受力越大，带来的稳定性可能就越差，经过计算，隧道成洞之后，洞周围的部分屈服度计算三种方法基本相同，但是在计算拱脚的屈服度时，我们发现上下台阶法的屈服度很高，达到0.67，而中隔壁法的拱脚屈服度仅为0.21，CRD法的拱脚屈服度则为-0.39，由此可见上下台阶法的拱脚处受力很大，容易造成不稳定。

拱顶和拱腰的下沉量一般反应的隧道围岩的松弛度，松弛度越大的隧道围堰其稳定性越差，越容易出现问题。此次模拟计算选取的点为拱顶和左右1/4处测量其下沉量，通过测量我们发现，上下台阶法的下沉量最大，其次是CRD法，中隔壁法的下沉量最小，证明其松散程度上最小，施工的更稳稳定牢固，与屈服度的计算结果相吻合。

最后是支护部分的应力情况，应力的计算点位选择的是拱顶和最大弯矩点，测量的力为初期支护轴力和弯矩，经过计算，上下台阶法的支护结构受力最大，也就是在同等情况下，上下台阶法的支护结构更容易出现问题。

3施工方案的讨论

3.1三种施工方案比较

首先通过计算结果我们就能够知道，上下台阶法由于拱脚的屈服度很大，导致在进行上导洞的开挖工作结束之后进行支护开挖核心土的过程中，很可能因为压力过大导致而发生形变，致使围岩结构更加松弛，再加上拱顶和拱腰的下沉量的计算结果能够在一定程度上反应上下台阶法的围岩结构并不致密，这也与在实际施工中上下台阶法常出现塌方的实际情况十分吻合。而相反，中隔壁法和CRD法能够在一定程度上增强初期支护结构的稳定性，确保工程的顺利进行。

因此，根据计算结果建议在选择施工方法时进行如下考量：

（1）隧道的洞身为岩土的时候，岩性并不致密，其本身就带有一定的不稳定性，最好能选择CRD法或者中隔壁法进行施工，增加施工的安全性。

（2）中隔壁法和CRD法在计算结果上显示安全性和稳定性十分相近，但是从上文的施工步骤分析中我们可以了解到，CRD法施工步骤更加复杂，所以在二者都适用的情况下，有限选择中隔壁法，可以在一定程度上减少工作量并缩短工期，对施工单位的要求也有一定程度的降低。

（3）进行CRD法和中隔壁法施工时，选择的中曲壁要有一定的刚度和曲率，这能够极大程度的增加施工的安全性，在拆除中曲壁的过程中也要做到谨慎小心，避免塌方。

3.2上下台阶法中的几个关键问题

上下台阶法虽然与中隔壁法和CRD法相比在应力结构计算上没有任何优势，但是因其施工工艺简单、操作便捷、对施工单位要求低、工期短的优势，成为了很多承建商的最爱，不过在施工的过程中也可以通过一些关键点的处理提升整个施工过程的安全性，例如固定拱脚，喷混凝土加固、使用更好的钢架锁锚等，能够在一定程度上提升上下台阶法的稳定性。

4结语

总之，隧道是我国公路运输的重要组成部分之一，目前我国的公路隧道软弱围岩施工仍主要采用上下台阶下，本文通过模拟计算证实了CRD法和中隔壁法的施工质量和安全稳定性要由于上下台阶法，若是处于安全考虑应率先选择其他两种方法，如果是受限于施工单位的水平或者赶工期的情况下，应对上下台阶法的拱顶、拱腰和拱脚进行加固处理，防止塌方的情况发生。

参考文献

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