隧道软弱围岩大变形的施工控制技术
摘要：通过对正在施工的兰渝铁路木寨岭隧道遇到的围岩大变形问题的分析研究，对围岩大变形
进行定义的基础上，进行了施工工艺和改善和支护参数的优化，为我国今后长大深在对埋隧道工
程大变形地质灾害的预测和防治具有重要意义。
关键词： 软弱围岩 大变形 支护参数 工序化注浆
0、引言
交通隧道、水工隧道及其它地下工程穿越高地应力区以及遇到软弱围岩体，常导致软岩
大变形等相关地质灾害。根据大量文献检索结果显示， 隧道工程围岩大变形已困扰地下工
程界的一个重大问题。
随着我国隧道工程以及地下工程的迅猛发展，其长大、深埋的特点日趋明显，而在一定
的围岩地质和环境地质条件下等则往往易于发生围岩大变形等地质灾害。围岩大变形是一类
危害程度大、整治费用高的地质灾害。目前正在施工的兰渝铁路木寨岭隧道也因围岩大变形
不得不加强初期支护，增加工程的投入。
1、隧道软弱围岩大变形的概述
1.1软弱围岩大变形的定义
关于围岩大变形，目前还没有形成一致的和明确的定义。有的学者提出根据围岩变形是
否超出初期支护的预留变形量来定义大变形，即在隧道施工时，如果初期支护发生了大于
25cm(单线隧道)和 50cm(双线隧道)的位移，则认为发生了大变形。然而也有的学者认为，
不能从变形量的绝对值大小来定义大变形问题，具有显著的变形值是大变形问题的外在表
现，其本质是由剪应力产生的岩体的剪切变形发生错动、断裂分离破坏，岩体将向地下空洞
方向产生压挤推变形来定义大变形。
1.2预防和控制软弱围岩大变形的施工措施
要预防和控制隧道施工中软弱围岩的大变形，首先做好超前地质预报，选择相应的安全
合理的施工方法和措施。在施工中始终遵循“先治水，管超前，短进尺，弱爆破，强支护，
早封闭，勤量测”的21字方针。严格执行施工规范，强化施工工序标准化，依据超前地质
预报，指导现场施工，严格支护措施。
2、隧道软弱围岩大变形的施工控制技术
本文以兰渝铁路木寨岭隧道为例，对隧道软弱围岩变形的形成及控制施工变形技术进行
一些探讨。
2.1工程概况
木寨岭隧道位于甘肃省岷县进内，进出口高程为2549.88m和2390.94m木寨岭隧道为单
线双洞隧道，全长19110米。木寨岭隧道地质条件极为复杂，洞身穿越木寨岭高山区，特殊
不良地质有湿陷性黄土、滑坡、泥石流、岩堆、炭质板岩及断层。基岩节理、裂隙发育，有
11条断层破碎带、3个背斜及2个向斜构造，属高地应力区。为极高风险隧道，是本标段控
制性重点工程。
气候属于高原性大陆气候，年平均日照时数2214.9小时，年平均气候4.9℃--7.0℃，
年平均相对湿度68%，年平均无霜90-120天，年平均降水量596.5毫米，最热7月份平均
气温16℃，最冷1月份平均气温-6.9℃。
2.2隧道软弱围岩大变形的施工控制技术
木寨岭隧道变形控制以支护结构的调整为主，在变形较为典型的7#斜井和正洞开展以
拱架调整为主的分阶段支护参数现场试验以及应力释放等试验，并将优化后的支护参数应用
于其它斜井施工中。同时，斜井变形段支护参数的优化结果也为正洞支护参数的选择提供了
基础。
（1）应力释放试验成果
前期在7#斜井进行超前大钻孔和超前导洞应力释放试验。
超前钻孔试验设计图和试验现场图片
试验段与对比段监测数据
（2） 正洞台阶法变形控制试验
正洞超前导洞扩挖法试验位于正洞右线DYK188+045~ DYK188+075。
三台阶法施工图片
里 程 沉降终值（mm) 平均值（mm） 水平收敛终值（mm） 平均值（mm）
对比段 斜800 49 51.7 195.06 237.71 斜795
62 212.25
斜790
44 305.83
超前钻孔试
验段
斜725
24 26.3 152.93
162.67 斜720 29 182.49
斜715
26 152.58
三台阶施工
三台阶施工中台阶变形
采用三台阶法施工时，平均拱顶下沉值为67.94mm，最大水平收敛为164.23mm，上、中
台阶收敛值相对较大，施工效率约为1.3m/d。通过台阶变形分析表明，上台阶施工是应力
调整的主要阶段，施工中要防止发生上部坍方。在中台阶、下台阶施工过程中要加强锁脚锚
杆的施做，仰拱快速闭合是控制变形的关键。
各台阶施工变形分布平均比例
中台阶开挖前 下台阶开挖前 仰拱开挖前 衬砌前
拱顶
32.79% 35.60% 24.16% 7.45%
上台阶拱脚
57.67% 21.93% 16.14% 4.25%
中台阶
57.58% 39.74% 2.86%
下台阶
98.34% 1.66%
（3）支护参数调整优化应用
大战沟正洞段右线重庆方向支护参数应用：
阶 段 第一阶段 第二阶段 第三阶段 第四阶段
里程 Dyk187+905~996 Dyk187+996~Dyk188+034 Dyk188+034~125 Dyk188+125~345
围岩情况 二叠系下统板岩夹砂岩 下统板岩夹砂岩夹灰质板岩 二叠系下统板岩夹灰质板岩 二叠系下统板岩
支护参数 H175型钢拱架，间距0.5m/榀 超前导洞试验段
H175型钢拱架，间距0.5m/榀 全环I20b型钢
拱架，间距0.8m
变形量（mm） 平均变形量330mm ＜160mm ＜130mm
平均变形量
345mm
木寨岭隧道长度大、地质复杂、断面多，施工中面临的不确定因素多，为确保安全及施
工的连续性，通过对木寨岭隧道已施工段落支护、变形进行分析总结，在前期支护参数的基
础上，进一步优化木寨岭隧道软岩大变形段支护参数。
（4） 工序化注浆的应用
根据围岩开挖揭示，预判隧道可能出现变形的，在隧道开挖支护初期预施做注浆锚管。
根据变形等级管理情况，当支护变形超过200mm，变形没有趋于收敛的情况下进行径向注浆
加固。
大战沟正洞右线重庆方向下台阶净空收敛群曲线图
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
550
10-6-1910-7-310-7-1710-7-3110-8-1410-8-2810-9-1110-9-2510-10-910-10-2310-11-610-11-2010-12-410-12-1811-1-111-1-1511-1-2911-2-1211-2-2611-3-1211-3-2611-4-911-4-2311-5-711-5-2111-6-411-6-18
时间
累
计
位
移
/
m
m
第一阶段超前导洞第三阶段第四阶段
（5）临时支撑的应用
采取工序化注浆加固措施后，变形超过300mm，且仍没有收敛趋势，为了保证支护结构
和施工的安全，架设临时支撑，使变形速率迅速下降，也为初支仰拱施做提供安全保证。同
时，二衬仰拱施做完成后，根据二衬施做长度，拆除相应长度的临时支撑，也保证了初期支
护不侵限。
通过对以H175、I20b型钢拱架为主的支护参数在正洞的应用，结合地质条件的变化，
适度调整间距；根据变形情况，适时进行工序化注浆、架设横撑等增强措施，保证支护参数
的相对稳定性。
3结论：
根据木寨岭高地应力炭质板岩特点，从地质预报、爆破优化、开挖、出渣运输、锚喷支
护、二次衬砌以及施工组织等方面进行了分析和总结，施工中遵循“加强支护，及时封闭，
DyK178+050～+040段临时横撑
DyK178+020～+010段临时横撑
位移变形曲线图
0
50
100
150
200
250
300
350
051015202530354045
日期
位
移
（
m
m
）
DYK178+080-A
DYK178+070-A
DYK178+060-A
DYK178+080-B
DYK178+070-B
DYK178+060-B
初期支护一次到位；杜绝拆换，减少套拱，二次支护适时施作”的原则，加强施工工艺控制，
优化施工工法，使其有机结合，达到变形控制，合理组织劳动力，实现三台阶多工作面平行
作业，提高了工效率，形成木寨岭高地应力软岩变形段快速施工技术。