某隧道水平层状围岩支护优化设计与施工

    摘 要：本文结合工程实例，论述某公路穿越水平岩层隧道，根据现场跟踪调查和试验，
对围岩岩性、地层结构、原洞身围岩质量、原支护设计方案优化等进行了探讨，并利用数值模
拟方法验证了其合理性。同时，施工后拱顶下沉及周边收敛监测结果显示，围岩变形完全满
足要求，进一步证明了支护优化设计合理，效果明显。

 

　　关键词：隧道工程；水平层状围岩；支护优化设计；探讨

 

　　引

 言 

　　

 随着我国国民经济的快速发展，公路建设的速度也越来越快，山区公路隧道的修建也

越来越多。某公路穿越水平岩层隧道，这类岩层节理、裂隙较发育，开挖后拱顶、拱腰等部位
极易产生块体失稳，且规模较大，造成沿隧道轴线方向同一岩层的整体塌方，从而给隧道
施工带来极大的安全隐患。在施工过程中，从影响围岩质量的重要因素出发，准确对围岩质
量进行评价，并以此为基础，结合水平岩层的结构特征，对施工中可能出现的诸如平拱、拱
顶离层破坏、拱顶弯折内鼓等影响施工安全的问题进行预测分析，提出合理的预防措施和灾
害有效处理方法，是确保隧道快速安全施工和运营必不可少的重要基础和条件

[1-2]。而针对

这种特殊的水平层状围岩，隧道施工中较难遇到类似的多个隧道均出现的情况，据有限的
资料查阅

[3-4]发现，针对这方面的研究还很少，在实际中往往根据有限的勘探资料，为确

保安全进行了安全系数很高的设计和施工，造成了极大浪费，因此，亟待对其开展深入研
究。本文中结合某隧道的具体情况，从影响围岩质量的重要因素出发，对原围岩支护设计进
行了优化探讨，研究成果对确保该隧道的顺利施工和安全运营有着重大意义，同时，也可
推广应用于其他类似隧道的建设。

 

　　

1、隧道水平层状围岩的基本特征 

　　

 据现场跟踪调查，该隧道的走向为 1300 方向，隧址区岩层为近水平层状，产状，隧

道与岩层走向为小角度斜交，地层岩性主要为中生界白垩系下统剑门关组紫红色泥岩与粉
砂质泥岩。洞身段粉砂质泥岩微风化、泥岩弱～微风化，岩层多为厚层或巨厚层，水平层理
不是很明显。同一洞段，泥岩的风化程度均高于粉砂质泥岩。主要发育

2 组优势节理，产状

分别为和，其与层面的空间组合构成主要的不稳定块体。由于洞身段岩层为厚～

 巨厚层，

节理间距较大，因此围岩整体稳定性较好，仅局部洞顶发生离层破坏，出现掉块现象，形
成平拱

[5]。 

　　

 另外，根据现场试验资料，弱风化和微风化泥岩，其天然与饱和抗压强度分别为

18.7、7.6MPa 及 25.31、13.41MPa，由此可见泥岩对水的敏感性较强。而微风化粉砂质泥岩，
其天然抗压强度与饱和抗压强度分别为

49.O3、47.91MPa，对水的敏感性不是很强。此外，

隧道开挖过程中，未见到较大规模的涌水等不良水文地质现象。开挖后，隧道洞壁干燥，局
部地段潮湿，偶见串珠状水流。

 

　　

2、围岩原支护措施及设计变更评价 

　　

 2．1 原支护措施及设计变更 

　　

 针对该类隧道，以研究的隧道为代表，原设计中隧道洞身围岩主要根据公路详勘报告

中确定的围岩级别进行支护设计。

 

　　

 隧道开挖初期，根据现场围岩呈现出的侧壁围岩稳定、拱部易掉块的特征，于 2006 年

12 月初对原洞身

Ⅳ级围岩的支护进行了设计优化(V 级保持不变)，具体变更内容有 2 个方

面：

 

　　

 (1)全线隧道

Ⅳ型衬砌段落中，原设计均未带钢架支护和超前支护，变更后，均带格栅

钢架和超前支护，喷混凝土厚度由

15cm 增加至 20cm，钢架采用

Ⅳ(g)型格栅钢架，超前支

护采用

3.5m 长的 φ22 药卷锚杆，在隧道拱部布置，环向间距为 40cm。 

　　

 (2)全线隧道原设计的

Ⅳ(g)型衬砌，变更后，隧道边墙下部系统锚杆被适当取消；拱部