淺埋隧道軟弱圍巖段施工控制技術初探

文/韓盟 北京鐵路局河北鐵建工程有限公司 河北石家莊 050000

目前中國在工程設計階段和可行性研究方面的風險因素分析不全面，因此推測的風險評估等級也不夠準確，這對于工程的質量造成了極大的影響，為此要加深對軟弱淺埋隧道施工的分析，結合圍巖大變形機理，有針對性的進行有效的控制和優化。本文結合某鐵道施工地經驗，詳細介紹了相關治理措施。

1、工程概況

某鐵路隧道穿越了被侵蝕的山丘陵區，呈東西延展分布，有些巖體風化現象較為嚴重，圍巖松散破碎。隧道全長6984米，開掘寬度13米，出口為246米，呈Ⅱ類軟弱圍巖段，埋深大致20多米，地處南亞熱帶，年平均氣溫21.7攝氏度，年平均降水量達到了1300毫米，地下水大多為基巖裂隙水，有侵蝕性。

2、軟弱圍巖的變形機理

2.1 機理

圍巖大變形即軟弱圍巖隧道中的常規支護圍巖發生塑性破壞，其變形沒有被有效地約束，變形量遠遠超過了規范允許范圍之內的變形量，或遠超過規范允許變形量的變化趨勢，或者是在隧道完成二次襯砌較長時期以后，邊墻、拱頂、拱角破裂或隆起等現象隧道地質環境不同會影響圍巖發生變形的位置及其破壞程度，最終所導致的影響范圍也會不同。對分析和控制隧道圍巖來說，圍巖變形發生的環境及約束條件，和力學機理都起著不容忽視的作用。

2.2 特點及分類

根據不同的環境條件或其他影響因素圍巖的變形可以大致分為三種形式，其中受圍巖巖性控制的變形包括軟弱的泥質頁巖、泥灰巖和砂質泥巖等有膨脹性的圍巖等等。軟弱淺埋隧道的松散圍巖形成的壓力作用于地下工程支護，在被開挖后圍巖重新分布，一些圍巖的結構表面會失去強度，成為母巖的分離塊，然后在重力作用下發生塌滑，軟巖在性變應力較大時會逐漸形成較大的圍巖變形。

2.3 原因分析

圍巖變形與一般巖體失穩等圍巖局部破壞的不同之處主要在于圍巖體的塑性變形，并有顯著的時間效應特征和累積性擴展內容，與此同時給施工處理造成了較大難度。淺埋隧道處于軟弱、破碎地層中的時候，其特點是以垂直下沉為主。而影響隧道變形的主要因素是巖性、地下水和施工工法的不同等，其中也包含不均勻的淺埋軟弱地層和拱腳承載力的不足亦或是鎖腳錨桿的失效亦或是地表水下滲和開裂等原因。淺埋大跨度的隧道時如果埋藏很淺，隧道上覆巖層就會接近于整體沉陷，而后便不能形成巖石承載拱。如果地質條件再過于復雜，巖體有損壞，或者因為節理發育和隧道圍巖的自穩能力差，其圍巖支護就會首先發生變形。

3、施工方法

該隧道軟弱圍巖隧道施工技術采用了錨桿，鋼筋網等。在洞口加固的過程中首先要在隧道拱部挖掘一個弧形并在其外部采用鉆孔打入法設超前小導管，拆除風動鑿巖機回轉抓，用沖擊錘把小導管打入巖體，使其外插角為8～10度。接著用高壓風沖洗管內的砂石，最后不要忘了進行壓水實驗，檢查設備及管路連接是否正常。

在洞身開挖時要把隧道襯砌在輪廓線以外的周邊，挖掘相應要求的長度，利用注漿機使漿液在小導管體的注漿孔內滲透，擴散，封閉地層中的縫隙并填充地穴，從而改善和提高圍巖的物理學性質。隧道洞身開挖使用手持風動鑿巖機鉆孔，巖孔直徑控制在毫厘之間，其眼間距為30厘米，采用的是直眼掏槽法。隧道每米設27根，沿隧道縱向采用的圓鋼要不同于沿橫向的圓鋼，隧道出口110米圍巖軟段，洞身挖掘采取半斷面法，上半斷面在起拱線下一米處左右，下半斷面在邊墻底邊緣，然后進行仰拱開挖，其開挖方式采取弱爆破，短進尺并及時支護的措施，上半斷面進尺0.8～1.0米，下半斷面進尺1.0～1.2米，其臺階長度約15～20米。根據設計情況，上半斷面挖掘進尺55米左右，接著進行下半斷面拉槽進洞，這就要求組織機械來挖掉洞口路基土石方，將下導坑邊仰坡一次性刷夠，用噴射硅噴覆開挖輪廓線外部分。下半斷面采取先拉中槽再跳挖馬口的策略，形成多個工作面，提高了施工的速度和質量。為了便于機械化作業，中槽挖掘寬度為5～6米，跳挖馬口要相互錯開，其長度不要超過3米但最好也不要少于2米，間隔約為10米左右。每挖完一個馬口就要立刻組織人力進行初期維護，防止圍巖大面積的變形甚至坍塌。初期支護手段要采用格柵鋼架、噴硅和錨桿、鋼筋網三種技術方法相結合。根據支護成形到硅襯砌前這段期間以及噴硅表面的變化，發現只有少數幾條微小裂縫，這說明初期支護的作用不容小覷，它在很大程度上保證了隧道施工的安全，尤其是軟弱圍巖地段。

根據現場圍巖地質調研，當隧道上半斷面挖掘110m左右時，圍巖節理由發育慢慢發展為較發育，無涌水，但少量滲水，圍巖裂隙明顯減少，整體較為完整，輕微風化。經研究決定，以后將采用全斷面掘進施工，嚴格遵守爆破用藥兩則，即控制爆破效果的重要環節，積極采用斜眼掏槽方和光面爆破技術。

總結：

其實不管巖層多么軟弱，只要我們采取正確有效的措施一樣能避免塌方事故，其中施工支護起著至關重要的作用，強有力的施工支護手段便能減緩甚至于阻止圍巖變形。軟弱圍巖的施工現場管理在軟弱圍巖地段施工過程中，也扮演著不容忽視的角色，這就要求施工生產管理者要有強烈的工作責任心，加大管理力度，同時也要求相關工程技術人員和施工管理人員認真勘察圍巖地質，仔細的分析和研究與之匹配且可行的施工方案。不斷提高施工管理的規范化和操作程序化。而合理的組織勞動力分配和良好的工序銜接同樣能加快軟弱圍巖施工的進度并保證其質量，從而保證施工工程的質量的。

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