隧道施工過程中極破碎圍巖整治初步探究

謝云揚

隨著我國社會主義經濟建設的快速發展以及國民經濟的穩步增長,鐵路建設作為重中之重,顯示出了它的重要地位。目前,我國的經濟發展的一個特點就是發揮區域性優勢、建立有特色的產業帶及產業園區。而鐵路交通是經濟發展的重要命脈,在經濟發展中占有著不可替代的重要地位。但是,在風化破碎相對比較嚴重的環境下,隧道的施工就會變得比較困難,所以,在淺埋斷層極破碎圍巖區域,采用預加固技術之前,必須要對隧道開挖工程施工過程中破碎圍巖內部的應變場、應力場以及位移場的變化規律做系統的研究,然后綜合考慮各種不同施工開挖方法的特點,最終選定合理的方案。

1破碎圍巖的特點

由于強烈地質構造的運動而引起地層發生擠壓、錯位、揉皺、扭轉作用,破壞了巖體的連續性遭,使巖塊的尺度減小,而形成斷層破碎帶。

破碎地層的特點有:穩定性差、結構松散、膠結性弱、在施工過程中極容易發生坍塌,如有地下水則更嚴重。若在開挖的過程中破壞了巖體的原有應力平衡,如不及時采取有效地施工技術措施則可能導致隧道塌方,直接對施工人員的生命安全與施工設備造成了威脅,并且使工期延長。此外,在隧道埋深相對較淺的時候,開挖很難形成承載拱,地表的變形下沉可能會直達地表,因此,必須研究圍巖的物理力學特性和破碎巖體間的膠結情況,采取必要且有效地加固手段,對確保隧道施工以及運營安全都起著至關重要的作用。

2破碎地層的分類

在斷層破碎區域的地層中進行隧道施工時,首先必須從工程的特殊性角度入手,確定破碎圍巖的力學性質。通常來說,隧道圍巖的破碎程度可以直接反映出圍巖的穩定性,圍巖穩定性的主要影響因素可以歸納為兩大類,第一類是和工程所在地地質環境相關的自然因素,決定了圍巖質量;第二類是屬于工程活動中的人為因素,包括了隧道的斷面尺寸、形狀和施工方法等。

從圍巖穩定性的分級來說,通常以巖體的完整性或破碎程度來表示,直接反映了圍巖受到地質構造影響的嚴重情況。坑道是否穩定主要是圍巖的破碎程度起著主導作用,其圍巖越破碎,則坑道開挖后圍巖越容易失穩。判斷圍巖是否與破碎圍巖和坑道的尺寸規模有關,一般相對裂隙間距在1/5～1/20的范圍內屬于破碎的,在小于1/20的范圍內屬于極易破碎的。

3隧道施工過程中極破碎圍巖的常用措施

3.1 洞內靜壓注漿加固法(也叫地表靜壓注漿加固法)

靜壓注漿是在洞內或是在地表先用鉆機把注漿管置入到地層的預設位置,然后利用注漿泵把漿液由注漿管注入或者滲透到隧道周邊的地層孔隙中,使滲入的漿液凝固后把破碎圍巖膠結成為一個整體,進而改善破碎圍巖在物理力學方面的性能,并提高圍巖的自穩能力。

靜壓注漿采用的漿液通常為水泥漿,通常用的漿液的水灰比大概在0.8∶1～1.2∶1之間,有時為了改善漿液性能而添加一些外加劑,例如:懸浮穩定劑(即氯化亞鐵、膨潤土)、早強劑(即工業氯化鈣、三乙醇胺等)和速凝劑(即水玻璃)等。

靜壓注漿的優點是工藝簡單、造價低和所用設備少,不足之處是難以人為的控制注漿加固范圍和效果。

3.2 超前錨桿或者超前小鋼管預支護法

(1)構造。沿著隧道開挖輪廓線的外側,按一定的外插角,向開挖面的前方打入小鋼管或是安裝錨桿并注漿,形成了對前方破碎圍巖的預加固(或預支護),在預加固的保護下進行開挖及支護等作業。

(2)性能、特性及適用性。超前錨桿或超前小鋼管,是一種起到預支護作用的措施。此種超前預支護的整體剛度較小、柔性較大。它們都能夠與系統錨桿焊接來增強其整體性,但當圍巖應力偏大時,其后期的支護剛度就有些不夠大。所以,這種超前支護主要適用圍巖應力較小或是地下水比較少的軟弱破碎圍巖。

3.3 超前小導管注漿預加固法

(1)構造。沿著開挖輪廓線向開挖面的前方,按照一定的角度打入管壁帶有小孔的小導管,然后按照一定的壓力往管內壓注能夠起到膠凝作用的漿液,當漿液硬化后,隧道周邊的圍巖得到預加固,并且形成了一定厚度的加固圈。在其加固圈的保護下,可以安全的進行開挖作業。

(2)性能、特點及適用條件。漿液被超前壓注至巖體的裂隙中并硬化后,它既可以把巖塊或是顆粒膠結成一個整體,又起到了超前預支護的作用。而且,漿液還能充填裂隙,有效的阻隔地下水向坑道內部滲流,起到了防水與堵水的作用。這種超前小導管注漿預加固法適用于斷層破碎帶、自穩時間較短的砂層、軟弱圍巖淺埋地段、砂(礫)卵石層、地下水較多的軟弱破碎圍巖地段和處理塌方地段等。

超前小導管注漿只需要小型的機械,工藝簡單,且容易操作,但有時不易保證小導管周邊的注漿效果。

3.4 超前圍巖深孔預注漿加固地層方法

超前圍巖預注漿又稱為深孔注漿或長孔注漿,是加固地層和封堵水源的一種方法。

(1)深孔預注漿的構造。

在特殊困難或是地下水特別豐富的地段,應采用超前圍巖深孔預注漿(包括地表超前注漿、洞內圍巖超前注漿和平導超前注漿),通過深孔預注漿后,就可以形范圍比較大的且具有一定厚度的加固區,形成帷幕注漿。

(2)深孔預注漿的性能、特點及適用性。

超前圍巖深孔預注漿主要是通過漿液壓力,把軟弱破碎圍巖中的孔隙或縫隙用漿液充填和固結,通過擠壓加固作用,而達到加固地層與堵水的效果。深孔預注漿法適用于自穩性能較弱的含水地質地段、軟弱圍巖和斷層破碎帶的加固,更加適用于地下水較多的地層和有壓地下水中的加固與堵水,同時也很適用于在施工過程中需要采用大中型機械的方法。

超前圍巖深孔注漿需要專用的注漿機械和鉆孔機械。

4結語

破碎圍巖地質在隧道工程施工中是比較常見的,如果對地質情況認識的不夠,施工過程中工藝安排不恰當,就很容易造成塌方的后果,這樣不但會造成比較嚴重的直接經濟損失,還會給隧道施工帶來不好的影響,增加施工的難度,嚴重的甚至會造成質量安全事故。所以隧道工程在破碎圍巖地質區域的施工一定要制定安全、合理的施工方案,采取有效、積極的施工措施,以保證工程的施工質量,推動經濟的發展。

參考文獻

[1] 金國東,劉士鋒.隧道施工過程中極破碎圍巖整治初步探究[J].山西建筑,2012(2).

[2] 童志輝.淺埋軟弱圍巖隧道施工[J].鐵道建筑,2002(6).