铁路隧道软弱围岩施工对策探讨

1 软弱围岩的力学特点

典型的软弱围岩分为以下两种类型：地质结构面发育良好，岩体极度破碎，近于松散，处于层问破碎带．大型断层或风化强烈地带的岩体大多表现为此类特性，另一类属于块体强度较低，泥岩，黄土等属于此类。这些围岩主要有以下一些特点；

1．1这类围岩或因破碎强烈，地质结构面发育明显，呈相互交织状，致使方向性不明显；或因结构弱面相对块体自身强度较低，其相对影响不甚显著，而剪应力和压应力一般由地质结构面传递，所以在不承受拉应力时，可近似地认为软弱围岩是各向同性的均匀连续体(或称“类连续体”)。

1．2该类岩体的抗压议度较低，且不能承受拉应力。洞室开挖后，如果存在拉应力时，不但围岩由于拉应力的作用易导致破碎坍塌，而且压应力在其应力集中后会诱使岩体产生破坏滑移，形成剪切破坏区。若没有及时施加支护，洞室将由于围岩变形的发展而引发坍塌．不光现洞顶个别落石的问题，甚至丧失围岩的总体稳定性。

1．3在承受压应力的情况下，从软弱围岩岩体总体上来看，这种“似连续体”往往表现出一定的弹塑性特征，这种特征可理解为在岩体中的应力引起岩体破坏而产生滑移之后，岩体的一部分强度在变形发展的过程中尚可保持。在设计软弱围岩中的支护结构时，应考虑和利用软弱围岩的这一特征，利用弹塑性的相荚理论研究该问题。

2 支护结构的作用机理分析

在软弱围岩中．支护结构和围岩共同构成了承载的支护体系。作为其主要的承载结构，它的作用在于：保持坑道的端面使用净空，预防进一步恶化其岩体质量。承受可能出现的各种荷载，保证隧道支护体系具有足够的安全度。

任何一种支护结构，只要具有一定的刚度并与围岩紧密接触，总能施加一定的约束力造成围岩变形，即支护阻力。现以圆形隧道为例，假定围岩给支护结构的反力也是径向均匀分布的，来研究支护结构的作用机理。在一般情况下，支护结构的力学特性可以表达为：

同时，也将支护的起始点移至(0，u0)处。按照上述公式绘制的支护结构径向位移与径向压力图，如图1所示。

在提供多种支护时，可以假定每个组成部分刚度的总和构成组合支护体系的刚度。在支护结构的刚度得出后，亦可绘制支护结构的径向位移和它所提供的支护阻力关系曲线，即支护特征曲线，详见图2所示。

图中，平衡体系形成时洞周发生的位移即表现为围岩支护需求曲线与支护特征曲线交点处的横坐标；支护结构上承受的荷载表示为交点纵坐标以下的部分，其E部分由围岩来承担。支护结构与隧道围岩在相互作用中达到平衡状态的过程可从上图分析得知。作用初期(图中的A点)．支护约束力较围岩需要的小，一般支护结构不能满足需求。因此导致围岩的继续变形。在变形过程中相交干支护结构的支护特征曲线的一点，进而达到平衡。该交点应出现在支护结构的u或围岩的un之前。由图可以归纳出：

(1)达成平衡的和对于不同刚度的围岩和支护结构是不同的。围岩压力对于刚度大的支护结构数值要大-反之，较好柔度的支护结构其承受的围岩压力要小很多，如支护曲线②③。

(2)即使是同样刚度的支护结构，最后达成的平衡状态也会由于架设的时间不同而不同。越早架设支护结构，其承受的围岩压力相应就越大，如支护曲线①。但这并不是说支护结构参与支护作用的时间愈迟愈有利，因为不加控制的初始变形将导致围岩的迅速松弛，出现松动压力如支护曲线④，从而致使隧道的坍塌。

因此，支护本身的结构刚度、支护的安设时间以及其与围岩接触的好坏均会影响到支护所受围岩压力的大小与围岩的稳定性状态。

3 提高软弱围岩稳定性的施工支护措施

在软弱围岩中，提高其自支护能力的施工方式是很多的。根据铁路隧道的施工经验，提高软弱围岩自支护能力的基本方法是对围岩的松弛，坍塌采取控制措施。其总体原则是稳定掌子面和及时闭合断面。

3．1稳定掌子面

在软弱围岩中，确保掌子面的稳定性是尤为重要的，方法有维护拱顶稳定的超前支护、维护掌子面正面稳定的币面锚杆和保留核心土及稳定拱脚的锁脚锚管等。常采用的施工工法有：1)超前支护(超前锚杆．小导管等)：采用锚杆等提高前方围岩约束和使用小导管注浆加固掌子面。2)超前支护(钢插板等)：在掌子面自稳性差的围岩中．喷混凝土施工前有崩塌时，可采用此法。3)斜锚杆：多用在易崩塌的围岩中，作为支护结构的一部分轴力构件发挥作用，用以改善拱顶上方的围岩稳定性。4)短管棚：在没有凝聚力的围岩中采用管长：5m～7m，直径小于45cm．视情况可进行注浆。结合短管棚的超短台阶法适用于软塑状黄土隧道、土质隧道的易塌方段、地下水较大的土质隧道，浅埋段。5)正面喷混凝士与正面锚杆：用干提高掌子面正面的自稳性。

3．2及时闭合断面

在任何情况下，在较短时间内将隧道断面闭合都是极为重要的。及时封闭断面的方法视施工方法而异，主要有以下几种：1)临时仰拱：常在台阶法中采用。2)加强底部：如加强基脚、底脚的地层。向底部地层注浆、换填，设置底部锚杆．增加底部锁脚锚管并灌注水泥浆加固，型钢钢架横支撑加固等。3)改变施工方法；将今断面法改为超短台阶法，可大大缩短断面封闭时间，或采用带有辅助台阶的全断面法，即保持3m左右的台阶，上下断面同时开挖的方法，此工法在铁路单线隧道非常适用，能有效地控制掌子面后方塌方事故的发生。