随着我国经济的持续、健康、快速发展，城市化进程不断加快，为应对国际性经济问题，缓和城市交通拥挤状况，国内各大城市相继开展了城市轨道交通建设，城市轨道交通建设业已进入蓬勃发展时期。 
　　规模大
　　工期紧
　　埋深深
　　地质与环境条件复杂
　　专业队伍资源紧张
　　施工风险大 
　　
       并且，软弱围岩地铁隧道坍方、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。从风险源头上解决当前软弱围岩在轨道交通建设过程中存在的问题，是非常必要和及时的。

 
      二、软岩的工程特征
      (一)软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）软岩工程上的变形与破坏特征 
      软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; 
      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。



      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。这种坍方对地铁隧道工程的建设和环境的危害性极大。 

     （三）软岩分布
      软岩在地球表面分布广泛，在特定环境下,它具有显著的变形性质，常给结构设计、施工带来一系列特殊问题。在我国大部分省市均有分布，以大连地区尤为典型，其特点是埋深浅，工程特性明显。 

　　 
      三、软岩典型地质条件下浅埋暗挖法施工工程风险分析
     （一）竖井开挖风险分析
       1、对竖井开挖的风险发生的原因（机理）分析 
     （1）竖井开挖风险。
竖井开挖的位置位于软弱岩层上，地层受地质构造作用与地下水渗透、侵蚀作用，使得竖井地层岩石破碎，存在软弱构造面，地下水的富集或充填，造成竖井施工中的突水、突泥风险。另外，软岩地层破碎，必将导致围岩结构力学性能降低，竖井开挖后，围岩不能自稳导致坍塌风险。 
　　
     （2）支护结构失效风险。
      竖井井口结构受地面机械设备和吊装设备的垂直荷载作用，使竖井井口结构受到较大的压力而存在失效风险；竖井井身结构受地层挤压变形和地下水渗透侵蚀存在失效风险。 
　　
       2、处理措施
     （1）加强施工地质工作。竖井施工中采用垂直钻探进行地质预报。
     （2）竖井开挖风险控制：
       1.竖井开挖符合设计要求，确保竖井开挖净空尺寸符合设计和规范要求。开挖后及时进行初期支护，防止竖井周边围岩应力自身调整不能自稳出现坍方，确保竖井施工安全。
       2.竖井开挖过程把注浆防水和围岩加固作为一个工序纳入施工中，根据围岩开挖情况和地下水富水情况，进行注浆，既达到堵水的效果，也加强了围岩的 整体性，防止开挖中突泥、突涌水的发生。同时，井身防排水采用吊泵和深井泵接力排水，并且随时保持一套排水机械作为突涌水时的防备措施，配备备用电源，确保连续抽水，保证竖井施工安全。
       3.根据地质条件、所使用的钻眼机具以及所采用的开挖方法，结合围岩的级别设计循环进尺，合理计算炮眼布置、装药量，提高测量放线的精度和作业人员水平，提高钻眼质量和优化爆破设计，严格控制隧道竖井超欠挖，保证开挖成型，减少爆破对围岩的振动和防止围岩应力集中。保护好竖井周边围岩的完整性，也有利于减少围岩坍塌和突泥、突涌水的发生。

     （二）马头门开挖风险分析 
      1、对马头门开挖的风险发生的原因（机理）分析 
      马头门处于竖井与横通道垂直交叉，软弱围岩开挖扰动大，结构受力复杂，结构受软弱围岩应力释放调整，容易产生应力集中风险。容易产生渗漏水、井壁塌陷。

      2、处理措施 
      1）首先对竖井接近横通道位置处的围岩进行注浆加固，改 善围岩的性能，提高自稳能力； 
      2）在竖井内沿横通道开挖位置预埋加强筋，并施作固定锚杆，使竖井靠近横通道位置处钢架连接成整体，并通过锚杆与注浆使竖井支护与围岩共同作用； 
      3）横通道开挖过程中，在竖井与横通道交界面架设临时支撑，保证竖井支护结构开口后的稳定性； 
      4）横通道拱架采用抗力大、抗扭性好的高强钢架，提高横通道初期支护的刚度； 
      5）竖井钢架与横通道钢架采取双层、扩大连接，增强抵抗应力集中的能力，并通过锚杆进行固定； 
      6）横通道在竖井范围内开挖初期支护完成后，统一浇筑二次衬砌，使二者连接处的二次衬砌为一个整体，利于结构稳定 
     
    （三）小导管施做风险分析 
      1、对小导管施做的风险发生的原因（机理）分析 
小导管工法多适用于节理、层理、片理等不连续面多的中硬岩、软岩等。由于在软岩地层中，软岩强度软硬不均，打设过程中无法保证孔位精度，造成小导管侵入隧道开挖线内，相邻的钢管相撞和立交。并且在成孔过程中由于围岩松散，孔壁不能自稳，形成塌孔。


       2、处理措施 
     （1）钻孔前，精确测定孔的平面位置、倾角、外插角，并对每个孔进行编号。 
     （2）严格控制钻孔平面位置，超前小导管和超前锚杆不得侵入隧道开挖线内，相邻的钢管不得相撞和立交。 
     （3）终孔后，要检查锚杆的位置、孔深、方向和外插角，然后用高压风将钻孔吹洗干　　
     （4）软岩地层中，孔壁不能自稳的情况下可采用钻孔及注浆用同一锚杆的自钻式工法。

     （四）大管棚施做风险分析
      1、对大管棚施做的风险发生的原因（机理）分析 
在软弱围岩中施做大管棚，若富水破碎，自稳性极差，难以成孔。另外由于软弱围岩的软硬不均，在钻孔施工中，会因钻具漂移或下垂引起钻孔偏差超出设计要求范围。

      2、处理措施 
    （1）在软弱围岩中施做大管棚，若富水破碎、自稳性差，难以 成孔的情况下，可以采用跟进跟管方式成孔。 
    （2）钻孔施做过程中，为减少因机具漂移或下垂引起的钻孔偏差，钻机立轴方向必须控制准确，钻进过程中根据导向显示数据和钻孔长度采用测斜仪量测钢管钻进的偏斜度，发现偏斜超过设计要求应及时纠正或调整。

    （五）隧道土方开挖风险分析 
      1、对隧道土方开挖的风险发生的原因（机理）分析 ：
      拱顶崩塌；
      掌子面失稳；
      底鼓现象严重；
      长时间的持续变形，或变形不收敛；
      初期支护严重变形；
      爆破开挖，装填药量超标，欠挖、坍塌；
      在富水条件下出现异常涌水，围岩流失，形成背后空洞等。

      节理性软岩爆破塌方

      初期支护钢架扭曲、锉断　
　　
       2、处理措施 ：
       超前地质预报；
       采取与支护（加固）方法控制掌子面前方先行位移及掌子面挤出位移对策；
       采取控制地表下沉及拱脚下沉的技术对策；
       采取控制掌子面后方位移的对策；
       采取控制地下水的技术对策；
       采取弱爆破的原则对策；
       采取有针对性的观察、量测、前方围岩超前探查等技术对策。
       总之，暗挖隧道施工应遵循“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”十八字方针的原则。对于钻爆法施工应遵循“分部开挖、短进尺、弱爆破”的原则，根据围岩特征，采用光面爆破或预裂爆破；对于爆破震速要控制，应采用减震方法进行爆破。

全断面注浆 

软岩段施工分步开挖 

 信息化指导施工

拱部小导管密排施作

　　
     （六）对主体结构影响风险分析
       1、对主体结构影响的风险发生的原因（机理）分析 ：
软岩的失水和吸水均可造成软岩发生膨胀变形破坏或泥化破坏。 
底板围岩承载力不足造成隧道结构整体沉降；
底鼓现象严重；

暗挖隧道侧墙遇水滑塌 

　　
       2、处理措施
     （1）注浆固结，利于围岩整体化，极大提高围岩强度和承载力。同时阻断水源对软岩的相互作用。
     （2）加强基脚的措施，即首先要把底鼓和侧壁的挤入控制住,包括：
       向底部地层注浆加固；
       向两侧打底部锚杆；
       支撑加底部及加筋肋；
       设底部横撑或临时仰拱。 
     
     （3）提高地基承载力，防止整体沉降。隧道及围岩既是承载体也是荷载体，软弱、可压缩的软弱地基（包括仰拱及墙脚）应进行改良处理（如：注浆及其他改良方法），提高底板围岩承载力，有效抑制整体沉降。

     （七）采用爆破法开挖过程的崩塌、失稳风险分析
       1、采用爆破法开挖过程的崩塌、失稳风险发生的原因（机理）分析
　　
       软岩具有易扰动性，系指软岩软弱、裂隙发育、吸水膨胀等特性，导致软岩抗外界环境扰动的能力极差。对卸荷松动、施工扰动极为敏感。爆破法施工中，在围岩中产生爆破震动，甚至形成炮震裂缝，周边围岩常因凹凸不平而加剧应力集中，从而加速了围岩的松动破坏，造成过大的围岩压力，尤其对地质条件较差的围岩影响更为严重。采用爆破法施工，围岩因冒落、片帮而失稳，从而产生应力集中现象，导致崩塌。爆破振动不仅会影响围岩的稳定，甚至可能破坏已有的支护体系。

       爆破振动过大,导致隧道掌子面崩塌
　　
       2、处理措施
由于软岩的遇水易泥化膨胀的特性，钻眼采用干式钻眼法，以控制围岩的膨胀变形，消除膨胀压力，也可以易泥化膨胀的特性，钻眼采用干式钻眼法，以控制围岩的膨胀变形，消除膨胀压力，也可以有效的防止底鼓的发生；并且，在爆破施工中采用浅眼光爆技术，打浅眼，少装药，放小炮，毫秒爆破，减小震动波对围岩的扰动，使软岩具有一定的自稳时间，并能迅速转入支护工作。因软岩节理性发育，过大震动容易导致片帮而失稳，从而产生应力集中现象。施工过程中注意结合现场实施来调整钻爆参数，才能达到安全、合理、经济的爆破效果。注意爆破轮廓和周边围岩稳定。其爆破参数的选定最好是实地试验确定，也可参考有关光爆和预裂爆破的相关资料选定。软岩大多宜采用预裂爆破。爆破振动不仅会影响围岩的稳定，甚至可能破坏已有的支护体系。因此，在施工过程中应严格控制爆破参数，减少爆破振动对围岩稳定的影响。 
 　　
       四、软岩地质条件下浅埋暗挖法控制施工风险建议 
       1、从设计源头降低软弱围岩隧道风险，强化软弱围岩隧道进洞设计，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；　　
　　
     （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。
　　
       2、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。
     
       3、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“眼睛”, 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。
　　
      4、明确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。
　　
      五、结束语

      在城市轨道交通建设过程中，软岩地质条件下工程建设一定要选定合理浅埋暗挖方案，在施工前编制详细的施工组织计划。务必使隧道开挖和支护顺序安排合理，对施工中应注意事项进行重点分析，避免突发性不安全事故发生。通过对城市轨道交通工程软岩地质条件下浅埋暗挖法施工的各类风险分析及采取的控制措施进行了介绍，对软岩的成因、特性、各种软岩条件下施工节点容易出现的问题进行了梳理，希望给轨道建设的同行们一些参考并作为讨论的依据。（来源：网上整理）

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