軟弱圍巖鐵路隧道預加固技術及要注意的問題

曹金勝

（中鐵二十四局集團南昌鐵路工程有限公司， 江西 南昌 330002）

軟弱圍巖鐵路隧道施工中，由于工程自身特性，施工期間不可避免受到不良地質條件影響，包括偏壓、淺埋、泥質頁巖雨水膨脹和破碎帶等，尤其是軟弱圍巖地質條件，加劇鐵路隧道施工難度，在一定程度上影響到施工質量和安全。這就需要在軟弱圍巖鐵路隧道施工中，尋求合理的預加固技術和措施，盡可能規避圍巖變形，提升圍巖結構穩定性同時，促使鐵路隧道施工活動安全有序進行。通過軟弱圍巖鐵路隧道預加固技術相關內容分析研究，可以為后續相關工作提供依據，推動鐵路隧道工程建設和發展，創造更大的經濟效益。

1 工程概況

以某鐵路工程為例，隧道全長13188m，設計時速為200km左右；施工區以高山構造侵蝕和溶蝕地貌為主，單面上坡，隧道內為變質巖地層，極限埋深550m左右。

2 軟弱圍巖鐵路隧道施工條件分析

2.1 地質構造

在軟弱圍巖鐵路隧道施工區域，由于施工區域地質條件較為復雜，由于巖性多樣，屬于強應變板巖范疇，貫穿2.5km溶巖段，大概占鐵路隧道全長20%。隧道的褶皺緊密，部分倒轉，一組沖斷層。通過地質勘察，該地區水文地質條件復雜，地下水分布規律混亂，不同區域水位差異大，受到地形地貌、地質構造和裂隙發育控制影響[1]。其中地表水主要以溝水和溪水為主，有兩個水庫，地下水則以構造裂隙水和巖溶水兩種，預測該區域最大用水量 145000 m /d以上。隧道區域內巖溶發育中，途徑地區包括斷裂帶和褶皺帶，在隧道開挖中可能有溶洞和暗河地質，在一定程度上加劇隧道突水突泥災害出現，影響鐵路隧道施工質量和安全，地下水環境被破壞，加劇地表水流失。

2.2 施工要點

在軟弱圍巖鐵路隧道施工中，由于軟弱圍巖，受到風華溶蝕嚴重，巖體破碎，整體穩定性較差。在隧道開挖中可能受到地應力作用影響，加劇圍巖變形問題出現，由于支護技術選擇不當可能產生嚴重的安全事故[2]。部分軟弱圍巖隧道施工中國，臺階開挖施工中可能由于臺階落底，或問題加劇圍巖擾動，出現變形問題，影響到隧道支護效果。對于隧道中埋深30m以下的巖體節理裂隙發育，由于開挖會在一定程度上擴張裂隙，影響到隧道頂部巖體穩定性，抗水性下降，可能受到水侵蝕逐漸軟化崩解，后期使用中產生嚴重的變形和開裂事故，威脅到鐵路行車安全。

3 軟弱圍巖鐵路隧道預加固技術分析

3.1 預加固技術方案對比

鐵路隧道預加固處理中，應該充分結合軟弱圍巖特性，尋求合理的預加固技術。預加固技術應用，主要是以提升圍巖結構強度和穩定性為目標，圍巖開挖期間不會出現過大變形和破壞影響到隧道整體施工安全性，如錨桿支護和注漿方式。相較于預加固技術而言，與支護技術則傾向于支護功能，加固區域物性指標提升到一定程度后，發揮超前支護作用，水平旋噴樁和管棚等超前支護的強度，要遠遠高于圍巖[3]。

通過地質勘察實踐獲取的材料來看，花崗巖全風化層開外期間，一旦遇水會導致巖層水崩解，出現突水突泥災害。該工程施工區域地下水量充分，但是分布不均勻，規律不可預測，為了保證施工安全，則需要選擇合理的排水措施，或是預加固止水措施。通過工程實踐可以了解到，花崗巖全風化層施工中采用傳統注漿技術，不僅加劇注漿難度，無法均勻擴散[4]。但是，注漿壓力增加，會導致漿液呈現脈狀和片狀擴散，鐵路隧道施工構成中無法形成完全封閉止水帷幕。這樣不僅會影響到地層加固效果，還會為后續隧道施工埋下一系列安全隱患。所以，花崗巖全風化層是不適合單一措施使用，可以結合實際情況選擇合理有效加固方法。

水平旋噴樁加固技術應用，高壓旋噴條件下切削地層，將水泥漿液和破碎土體充分混合在一起，形成均勻的固結體。通過工藝樣控制，形成高強度樁體，狀體之間相互要和，形成連續旋噴樁帷幕體，以此來實現止水和地層加固目的。如果是在中細砂地層，旋噴樁平均抗壓強度可以達到18MPa～19MPa，相較于混凝土強度并無顯著差別。

由此可以了解到，軟弱圍巖鐵路隧道施工中采用水平旋噴樁預加固方法，在隧道周邊施加一圈水平旋噴樁，孔深30m，樁徑50cm，環向間距0.35m，加固體相互要和厚度在 10cm以上，外插角在 6°～8°以上。水平旋噴技術在實際應用中，對于成樁質量控制難度較大，可能由于操作不當，受到客觀因素影響出現斷樁問題，最終成樁抗剪強度偏低。管棚注漿盡管不具備止水功能，但是剛度較大，有助于改善旋噴樁的不足[5]。故此，應該結合隧道施工需要，將管碰注漿技術和水平旋噴樁技術整合在一起，優勢互補，以便于實現圍巖的有效加固，提升預加固處理效果。

所以，軟弱圍巖鐵路隧道預加固技術應用，注漿技術操作簡單、便捷，應用方法多樣化，但是加固剛度小，均勻性不足，可能出現漿液滲漏浪費現象，適合應用在孔隙大、地下水流動性小的砂土層；錨桿操作靈活、簡單，不需要選用專門設備，但是此種技術整體剛度小、柔性大，在一定程度上阻礙后續開挖活動開展，適合地下水較少的軟弱圍巖。

3.2 開挖方案分析

在軟弱圍巖鐵路隧道開挖中，應該結合施工區域實際情況，對比分析選擇開挖方案，如CRD法、CD法和雙側壁導坑法開挖方法，但是由于施工地質條件復雜，上層遇水軟化，下層結構仍然需要爆破開挖，在一定程度上增加施工難度，延誤工期，影響到隧道結構穩定性。如果是采用臺階法開挖，在下部硬巖上設立支護拱腳，保證地基具備足夠承載力，維護施工活動安全有序進行。在隧道預加固處理中，臺階法應用效果可觀，有助于加快施工進度，最大程度上降低施工風險，保證施工質量和安全。

3.3 排水通風

由于鐵路隧道貫穿于多個區域，隧道涌水量較大，需要結合實際情況選擇合理的排水通風措施，營造安全的作業環境?？梢酝淼婪笤O防水板，外貼止水帶和中埋止水帶，形成完善的止水結構，以便于規避地下水對隧道的不良影響。同時，還要注重隧道通風，采用單節20m通風軟管，拉鏈式連接，營造安全作業環境。

4 結論

綜上所述，軟弱圍巖鐵路隧道施工中，由于施工地質條件較為復雜，很容易影響到施工質量和拿權。故此，應該充分結合區域實際情況，選擇合理的預加固技術，盡可能規避圍巖變形，保證隧道施工安全。