软弱围岩隧道开挖方法与支护技术研究

引言

随着我国交通基础设施建设规模的不断扩大，越来越多的隧道工程需穿越软弱围岩地段。软弱围岩自稳能力差、变形复杂，常引发塌方、大变形等灾害，严重威胁施工安全与工程质量。因此，深入研究软弱围岩隧道开挖方法与支护技术至关重要。本文通过分析软弱围岩特性，探讨开挖与支护技术，并结合工程案例总结经验，旨在为相关工程提供理论与实践指导。

一、软弱围岩工程特性分析

（一）软弱围岩的定义与分类

软弱围岩是指强度低、自稳能力差，在隧道开挖过程中易产生大变形、坍塌等问题的岩土体。从地质成因角度，可分为破碎松散型、软弱夹层型、膨胀性黏土型等。破碎松散型由构造运动或风化作用形成，岩体破碎、节理裂隙发育；软弱夹层型在岩层中存在强度显著低于周边岩体的软弱夹层；膨胀性黏土型遇水后体积膨胀，产生较大膨胀压力。

（二）软弱围岩的物理力学特性

软弱围岩具有高孔隙率、高含水率、低强度等特性。其颗粒间胶结程度差，抗剪强度低，弹性模量小，在荷载作用下易发生压缩变形。且遇水后力学性能会进一步劣化，表现为黏聚力和内摩擦角降低，导致围岩承载能力大幅下降，施工中极易出现坍塌、挤出等现象。

（三）软弱围岩变形破坏机理

软弱围岩变形破坏主要受应力重分布和地下水作用影响。隧道开挖打破原有应力平衡，围岩应力重新分布，当应力超过围岩承载能力时，就会发生塑性变形。地下水的渗入会软化围岩，降低其抗剪强度，同时产生渗透压力，加剧围岩变形。此外，开挖扰动也会使围岩节理裂隙进一步扩展，导致围岩失稳，引发塌方、冒顶等破坏。

二、软弱围岩隧道开挖方法研究

（一）全断面开挖法

全断面开挖法是指按照隧道设计轮廓，一次性开挖成型的施工方法。其施工工序简单，可采用大型机械设备，施工效率高，能快速形成隧道空间，减少围岩暴露时间。但该方法对软弱围岩的自稳能力要求较高，由于开挖断面大，易引起围岩应力集中，导致大变形甚至坍塌。因此，仅适用于围岩整体性较好、软弱程度较低的隧道工程。

（二）台阶法开挖技术

台阶法将隧道断面分成上下多个台阶进行开挖，一般分为两台阶或三台阶。上台阶开挖后，可及时进行初期支护，控制围岩变形，下台阶跟进施工，保证施工安全。相较于全断面开挖法，台阶法对软弱围岩适应性更强，能有效减小单次开挖跨度。但台阶划分过多会增加工序转换时间，降低施工效率，且上下台阶施工干扰较大，需合理安排施工顺序。

（三）环形开挖预留核心土法

环形开挖预留核心土法先开挖隧道周边环形部分，预留核心土，待环形部分初期支护完成后，再开挖核心土。核心土能对掌子面起到支撑作用，有效抑制围岩变形，增强开挖面稳定性。该方法适用于软弱围岩及浅埋地段，安全性高，但预留核心土会增加土方运输量，施工效率相对较低。

（四）双侧壁导坑法

双侧壁导坑法将隧道断面划分为多个小导坑，先开挖两侧导坑并施作初期支护，再逐步开挖中间部分。该方法对围岩扰动小，能有效控制地表沉降和围岩变形，安全性最高。但施工工序复杂，临时支护多，成本高，工期长，一般用于极软弱围岩、浅埋偏压或下穿建筑物等复杂条件的隧道工程。

（五）开挖方法比选与优化

不同开挖方法在工期、成本、安全性等方面各有优劣。全断面开挖法效率高但风险大；台阶法适用性较广，需权衡施工效率与安全；环形开挖预留核心土法安全性好但效率低；双侧壁导坑法安全可靠但成本高。在实际工程中，需综合考虑围岩等级、隧道断面尺寸、埋深、周边环境等因素，对开挖方法进行优化组合。例如，可结合超前支护技术，在满足安全的前提下，提高软弱围岩隧道开挖效率，实现安全与效益的平衡。

三、软弱围岩隧道支护技术研究

（一）初期支护技术

初期支护是软弱围岩隧道施工中的关键环节，旨在迅速控制围岩变形，防止坍塌。常用技术包括喷射混凝土、锚杆支护、钢架支撑等。喷射混凝土可及时封闭岩面，填充裂隙，与围岩紧密粘结，提供早期支护力；锚杆通过锚固作用将不稳定岩体与深部稳定岩体相连，增强围岩整体性；钢架支撑刚度大，能快速承担围岩压力，与喷射混凝土共同形成稳定的支护结构。多种支护手段联合使用，可有效提高初期支护的承载能力。

（二）二次衬砌技术

二次衬砌作为隧道的永久承载结构，在初期支护基本稳定后施作。其主要采用模筑混凝土，通过浇筑钢筋混凝土形成坚固的外壳，进一步提高隧道的承载能力与防水性能。二次衬砌不仅能承受围岩后期变形产生的压力，还能为隧道运营提供安全保障，在设计与施工时需考虑与初期支护的协同作用，确保两者共同承担荷载，提高隧道结构的耐久性。

（三）超前支护技术

超前支护技术是在隧道开挖前对围岩进行预加固的措施，可有效减少开挖过程中的围岩变形与坍塌风险。常见的超前支护方法有超前小导管注浆、管棚支护等。超前小导管注浆通过向围岩注入浆液，改善围岩物理力学性能，形成加固圈；管棚支护则利用大直径钢管沿隧道开挖轮廓线设置，形成棚状保护结构，为后续开挖提供稳定的作业空间。超前支护技术能显著增强软弱围岩的自稳能力，保障隧道施工安全。

四、工程案例分析

（一）工程概况

某山区隧道全长1200 米，其中300 米段落穿越软弱围岩地层，主要为强风化泥岩与破碎砂岩，围岩等级为Ⅴ级，地下水丰富，且隧道上方存在浅埋路段，埋深最浅处仅8 米，施工风险高。

（二）开挖与支护方案设计

针对该隧道软弱围岩特性，采用环形开挖预留核心土法进行开挖，有效控制掌子面变形。支护方面，超前采用管棚注浆预加固，初期支护运用I20 型钢钢架、系统锚杆与C25 喷射混凝土组合；二次衬砌采用80cm 厚钢筋混凝土，确保结构长期稳定。

（三）施工过程控制

施工中严格遵循“短进尺、弱爆破、强支护、勤量测”原则，每次开挖进尺控制在0.8-1.0 米。加强监控量测，实时监测拱顶下沉、周边收敛等数据，根据监测结果及时调整支护参数，动态优化施工方案。

（四）效果评价与经验总结

工程顺利完工，隧道变形得到有效控制，地表沉降最大值仅 2 8 m m ，远低于预警值。经验表明，针对软弱围岩需综合考虑地质条件与施工环境，合理选择开挖支护方案，强化过程监测，才能保障施工安全与工程质量，为同类工程提供借鉴。

结语

本文系统研究了软弱围岩隧道开挖方法与支护技术，分析了软弱围岩工程特性，探讨多种开挖方法及支护技术，并结合实际案例验证其有效性。研究表明，科学选择开挖方法、合理运用支护技术、强化施工过程控制，是保障软弱围岩隧道施工安全与质量的关键。未来仍需在复杂地质条件下的技术创新与优化方面持续探索，提升隧道工程建设水平。

参考文献：

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