探究軟弱圍巖隧道施工技術(shù)

蔡 向 前

(中交二公局第六工程有限公司，陜西 西安 710075)

探究軟弱圍巖隧道施工技術(shù)

蔡 向 前

(中交二公局第六工程有限公司，陜西 西安 710075)

介紹了在隧道施工過程中，軟弱圍巖的施工技術(shù)，從軟弱圍巖的地質(zhì)特征、軟弱圍巖施工工藝、軟弱圍巖隧道施工技術(shù)措施等方面進(jìn)行了論述，指出在隧道施工中，對(duì)軟弱圍巖施工技術(shù)進(jìn)行重點(diǎn)分析、重點(diǎn)控制，以提高軟弱圍巖隧道的施工質(zhì)量。

隧道，軟弱圍巖，施工技術(shù)

在隧道施工過程中可能會(huì)遇到軟弱圍巖，軟弱圍巖的施工難度大，會(huì)讓技術(shù)人員和施工人員在工作中感到巨大的壓力。軟弱圍巖是整個(gè)隧道施工中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。隧道施工中軟弱圍巖技術(shù)對(duì)提高工程質(zhì)量，控制工程的安全性都有著重要影響，因此在隧道施工中，需要加強(qiáng)對(duì)軟弱圍巖施工技術(shù)的分析。

1 軟弱圍巖的地質(zhì)特征和變形

1.1 地質(zhì)特征

1)軟弱圍巖中的巖石的強(qiáng)度要比一般巖石更低，依據(jù)我國相關(guān)的工程巖體標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行劃分，將單軸飽和抗壓強(qiáng)度不高于30 MPa的都稱為軟巖。軟巖一般具有流滑、內(nèi)摩擦角小、膨脹等特點(diǎn)。通常來說我國北方地區(qū)的軟巖含水量偏低，在失水后將會(huì)呈固態(tài)，如果受到擾動(dòng)容易發(fā)生崩坍。南方的軟巖的含水量偏高，擾動(dòng)后將會(huì)呈液態(tài)[1]。

2)軟弱圍巖在受到劇烈振動(dòng)后構(gòu)造將會(huì)受到嚴(yán)重影響，容易發(fā)生裂隙、斷層等現(xiàn)象，尤其是在結(jié)構(gòu)面上的充填物比較軟弱，圍巖自身的穩(wěn)定性將會(huì)嚴(yán)重下降。

3)通常情況下，圍巖的賦存環(huán)境都較差，軟弱圍巖經(jīng)常會(huì)處于地應(yīng)力不良、賦存于富水等惡劣環(huán)境中，而且比較容易引起塌方和涌水等災(zāi)害。

1.2 軟弱圍巖變形

隧道施工過程中，圍巖通常情況下會(huì)經(jīng)歷以下幾個(gè)階段：彈性變形；塑性和彈性變形共存；蠕變?yōu)橹鳎嬖谒苄宰冃危幱诖穗A段時(shí)圍巖容易發(fā)生斷裂和損傷。軟弱圍巖與堅(jiān)硬圍巖不同，其變形主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：1)變形量較大，在隧道開挖后，軟弱圍巖的一個(gè)最明顯特征就是塑性變形顯著[2]。2)變形速度快，軟弱圍巖在發(fā)生形變后會(huì)快速的發(fā)生變形。3)變形時(shí)間長，軟弱圍巖在隧道開挖過程中，不僅會(huì)出現(xiàn)發(fā)生較快的變化，而且會(huì)持續(xù)很長一段時(shí)間，并且蠕變特性比較明顯。4)軟弱圍巖擾動(dòng)范圍更大，軟弱圍巖隧道周圍塑性區(qū)擴(kuò)大，尤其是結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不當(dāng)或支護(hù)不及時(shí)，擾動(dòng)范圍將會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大，從而導(dǎo)致錨桿長度無法回到彈性區(qū)，由此造成噴錨支護(hù)失去其應(yīng)有的效果。

2 制定軟弱圍巖施工工藝

軟弱圍巖同一般圍巖相比，其自穩(wěn)能力差，強(qiáng)度低，在隧道開挖后，地應(yīng)力分布將會(huì)發(fā)生變化，隧道周圍將會(huì)形成一圈較大的松動(dòng)圈。如果在施工過程中施工方法以及工程措施存在錯(cuò)誤，極容易引起工程事故。由此可見，軟弱圍巖隧道施工中的核心問題是對(duì)變形進(jìn)行控制，對(duì)塌方進(jìn)行預(yù)防[3]。在對(duì)開挖方法的合理性進(jìn)行確定的基礎(chǔ)下，軟弱圍巖隧道施工需要圍繞控制變形開展，在施工中只有做好變形控制才能確保隧道的順利掘進(jìn)。以下為某隧道施工中制定的施工工藝，從實(shí)際應(yīng)用效果來看，取得了不錯(cuò)的成績：

1)超前支護(hù)。在施工中比較常見的支護(hù)方式有超前管棚和超前小導(dǎo)管。超前支護(hù)在隧道施工過程中主要起到的作用是對(duì)前方的圍巖進(jìn)行支護(hù)，施工中主要通過對(duì)周邊地層進(jìn)行加固，利用雙層小導(dǎo)管對(duì)松散地段進(jìn)行加固，從而使加固圈的范圍能夠得到進(jìn)一步擴(kuò)大。

2)強(qiáng)鎖腳。軟弱圍巖隧道中，合理的利用強(qiáng)鎖腳能夠使地基軟化得到有效控制，從而對(duì)上臺(tái)階支護(hù)下沉以及在開挖下臺(tái)階懸空而引起的下沉進(jìn)行控制。

3)墊塊和槽鋼。其作用與擴(kuò)大基礎(chǔ)相似，可以使工字鋼不會(huì)懸空，從而使拱腳在豎向的承載力能夠得到提高。此外，工字鋼和槽鋼通過焊接而構(gòu)成的整體受力能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)軟弱圍巖的控制目的。

4)臨時(shí)仰拱。如果在軟弱圍巖隧道施工中，出現(xiàn)變形較大的地段，應(yīng)當(dāng)及時(shí)完成閉合操作，在完成合成環(huán)后，可以使結(jié)構(gòu)的承載力得到提高，從而對(duì)變形進(jìn)行有效控制，避免了塌方的出現(xiàn)[4]。

5)均衡推進(jìn)上下臺(tái)階。在施工中盡量均衡推進(jìn)上下臺(tái)階，提高工作效率，確保初期支護(hù)能夠在15 d內(nèi)完成封閉成環(huán)，從而對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形進(jìn)行有效控制。

3 軟弱圍巖隧道施工措施

3.1 輔助作業(yè)面的設(shè)置

施工中，若軟弱圍巖地形較緩，很難從正面進(jìn)行暗挖，一般會(huì)在地形條件允許的情況下，采用平導(dǎo)、橫洞等具有輔助的作業(yè)面向躲開軟弱圍巖，然后再在軟弱圍巖條件較好的地段展開施工，通過鋪底襯砌成環(huán)的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)作為施工的后端，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)步掘進(jìn)的目的[5]。

3.2 正面進(jìn)洞和洞內(nèi)施工技術(shù)

軟弱圍巖施工中，正面進(jìn)洞技術(shù)的選擇一般要依據(jù)地形和地質(zhì)條件來定。常用的技術(shù)有回填反壓法、虛擬洞門、改善圍巖方法等。如果軟弱圍巖在的仰坡較陡，有滑動(dòng)面，通常情況在施工中不宜采用靠近作業(yè)面，而應(yīng)當(dāng)通過接長明洞方法，依據(jù)圍巖平衡側(cè)面，正面推力對(duì)明洞的長度進(jìn)行確定[6]。如果坡面較陡，不易接近仰坡，可以將擋墻夯填土反壓邊仰坡來施工。在軟弱圍巖施工中，可以通過打設(shè)泄水導(dǎo)洞，避免水流過多，導(dǎo)致地基軟化。若軟弱圍巖向下深度較淺，施工中可以挖掉部分軟土或全部軟土，再通過施作護(hù)拱的方式完成施工。

4 軟弱圍巖隧道施工技術(shù)的控制重點(diǎn)

4.1 預(yù)防隧道塌方

塌方是軟弱圍巖在施工中比較常見的一種事故，如果出現(xiàn)塌方不但會(huì)帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，還會(huì)提高工程施工困難，因此在隧道施工中對(duì)塌方進(jìn)行預(yù)防是十分必要的。施工隊(duì)伍在進(jìn)入軟弱圍巖施工時(shí)，需要對(duì)地質(zhì)情況進(jìn)行詳細(xì)的分析，深度認(rèn)識(shí)地質(zhì)情況，依據(jù)地質(zhì)情況合理的安排施工方法和施工進(jìn)度，對(duì)塌方情況進(jìn)行全面預(yù)防。施工單位需要定期對(duì)施工人員進(jìn)行安全培訓(xùn)，使施工人員對(duì)塌方能夠有一個(gè)正確的認(rèn)識(shí)，施工過程中堅(jiān)持以標(biāo)準(zhǔn)化流程進(jìn)行，培養(yǎng)施工人員在工作中的良好行為習(xí)慣，樹立“安全第一”的意識(shí)。此外，對(duì)塌方的預(yù)防還需要不斷地提高施工技術(shù)，對(duì)管理進(jìn)行規(guī)范，做好施工技術(shù)交底等工作。

4.2 控制爆破超欠挖

軟弱圍巖隧道的施工質(zhì)量、效益、進(jìn)度都受爆破超欠挖的影響，因此要做好對(duì)其的控制工作。開挖是隧道施工中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，如果在施工中，超挖過多，不僅會(huì)因?yàn)橐r砌量和出渣量的增加而導(dǎo)致工程的造價(jià)上升，而且會(huì)因?yàn)榫植砍谶^度集中，對(duì)周邊圍巖的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。欠挖則會(huì)對(duì)襯砌厚度造成直接影響，處理起來不僅費(fèi)力，而且需要大量的時(shí)間，因此在隧道開挖時(shí)需要控制好超欠挖問題，便于下一道施工工序的正常進(jìn)行。軟弱圍巖隧道施工中，爆破效果會(huì)對(duì)超挖欠挖產(chǎn)生直接影響，因此在施工中必須要控制好爆破。

4.3 襯砌防排水

在隧道結(jié)構(gòu)中襯砌防排水通常采用“防、排、堵、截相結(jié)合，因地制宜，綜合治理”的原則。在隧道施工初期就要采取相應(yīng)的排水措施，通過對(duì)彈簧透水盲管的使用，利用溝槽將水排出。在軟弱圍巖隧道施工中，隧道防水層施工涉及到的要點(diǎn)很多。隧道施工中，噴射的混凝土表面較為粗糙，因此在鋪設(shè)防水板前，要對(duì)粗糙處進(jìn)行處理，確保混凝土表面整潔。完成防水板鋪設(shè)后，施工人員不能穿帶釘子的鞋在防水板上行走，避免對(duì)其產(chǎn)生破壞。此外，在施工過程中對(duì)鋼筋的綁扎也需要格外小心，不能對(duì)防水層造成破壞，如果發(fā)現(xiàn)水板處存在小部分遭受了破壞，補(bǔ)焊時(shí)應(yīng)當(dāng)通過雙層補(bǔ)丁完成。當(dāng)需要進(jìn)行鋼筋焊接時(shí)，為了避免火花對(duì)防水層造成破壞，在焊接時(shí)需要利用石棉對(duì)周圍進(jìn)行遮擋，完成焊接后，石棉板需要在冷卻后再撤走。隧道施工中對(duì)混凝土的振搗必須要嚴(yán)格控制振動(dòng)棒的應(yīng)用，禁止與防水層發(fā)生接觸。

5 結(jié)語

軟弱圍巖隧道施工需要依據(jù)工程的實(shí)際情況，對(duì)施工技術(shù)和施工方法進(jìn)行重點(diǎn)控制。在確保施工安全的基礎(chǔ)下，盡量發(fā)揮施工機(jī)械和施工人員的技術(shù)水平，實(shí)現(xiàn)效益和技術(shù)雙贏的局面。隨著科技的發(fā)展，相信會(huì)有更多的更好的防塌方、爆破技術(shù)被應(yīng)用到軟弱圍巖隧道施工中，提高軟弱圍巖隧道施工質(zhì)量。

[1] 李文江,孫明磊,朱永全,等.軟弱圍巖隧道臺(tái)階法施工中拱腳穩(wěn)定性及其控制技術(shù)[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2012(1):2729-2737.

[2] 臧 福.淺埋、偏壓及軟弱圍巖隧道施工技術(shù)分析[J].門窗,2014(4):145-146.

[3] 張健儒.山嶺隧道軟弱圍巖工程地質(zhì)特性及施工對(duì)策[J].隧道建設(shè),2014(8):749-753.

[4] 馬士偉,韓學(xué)詮,廖 凱,等.大斷面軟弱圍巖隧道防塌方實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)研究[J].鐵道工程學(xué)報(bào),2014(9):88-92.

[5] 崔紅利,王海彥,滿 帥.軟弱圍巖隧道“三臺(tái)階斜角同步開挖”快速施工技術(shù)[J].石家莊鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2013(3):1-6.

[6] 勞道軍.淺談軟弱圍巖隧道臺(tái)階法施工中拱腳穩(wěn)定性及其控制技術(shù)[J].科技創(chuàng)業(yè)月刊,2013(9):188-189.

Research on soft surrounding rock tunnel construction technology

Cai Xiangqian

(CCCC2ndPublicBureauSixthEngineeringLimitedCompany,Xi’an710075,China)

This paper introduced the construction technology of soft surrounding rock in the tunnel construction process, made discussion from the geological features of soft surrounding rock, construction technology, tunnel construction technology measures and other aspects, pointed out that in tunnel construction, made key analysis, key control to soft surrounding rock construction technology, so as to improve the construction quality of soft surrounding rock tunnel.

tunnel, soft surrounding rock, construction technology

2015-04-08

蔡向前(1981- )，男，工程師

1009-6825(2015)17-0177-02

U455

A