淺埋隧道軟弱圍巖段施工控制技術(shù)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(shè)計(jì)階段和可行性研究方面的風(fēng)險(xiǎn)因素分析不全面，因此推測(cè)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等級(jí)也不夠準(zhǔn)確，這對(duì)于工程的質(zhì)量造成了極大的影響，為此要加深對(duì)軟弱淺埋隧道施工的分析，結(jié)合圍巖大變形機(jī)理，有針對(duì)性的進(jìn)行有效的控制和優(yōu)化。本文結(jié)合某鐵道施工地經(jīng)驗(yàn)，詳細(xì)介紹了相關(guān)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(qū)，呈東西延展分布，有些巖體風(fēng)化現(xiàn)象較為嚴(yán)重，圍巖松散破碎。隧道全長6984米，開掘?qū)挾?3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(dá)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(jī)理

2.1 機(jī)理

圍巖大變形即軟弱圍巖隧道中的常規(guī)支護(hù)圍巖發(fā)生塑性破壞，其變形沒有被有效地約束，變形量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了規(guī)范允許范圍之內(nèi)的變形量，或遠(yuǎn)超過規(guī)范允許變形量的變化趨勢(shì)，或者是在隧道完成二次襯砌較長時(shí)期以后，邊墻、拱頂、拱角破裂或隆起等現(xiàn)象隧道地質(zhì)環(huán)境不同會(huì)影響圍巖發(fā)生變形的位置及其破壞程度，最終所導(dǎo)致的影響范圍也會(huì)不同。對(duì)分析和控制隧道圍巖來說，圍巖變形發(fā)生的環(huán)境及約束條件，和力學(xué)機(jī)理都起著不容忽視的作用。

2.2 特點(diǎn)及分類

根據(jù)不同的環(huán)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(zhì)頁巖、泥灰?guī)r和砂質(zhì)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(hù)，在被開挖后圍巖重新分布，一些圍巖的結(jié)構(gòu)表面會(huì)失去強(qiáng)度，成為母巖的分離塊，然后在重力作用下發(fā)生塌滑，軟巖在性變應(yīng)力較大時(shí)會(huì)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(wěn)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(shí)間效應(yīng)特征和累積性擴(kuò)展內(nèi)容，與此同時(shí)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(shí)候，其特點(diǎn)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(shí)如果埋藏很淺，隧道上覆巖層就會(huì)接近于整體沉陷，而后便不能形成巖石承載拱。如果地質(zhì)條件再過于復(fù)雜，巖體有損壞，或者因?yàn)楣?jié)理發(fā)育和隧道圍巖的自穩(wěn)能力差，其圍巖支護(hù)就會(huì)首先發(fā)生變形。

3、施工方法

該隧道軟弱圍巖隧道施工技術(shù)采用了錨桿，鋼筋網(wǎng)等。在洞口加固的過程中首先要在隧道拱部挖掘一個(gè)弧形并在其外部采用鉆孔打入法設(shè)超前小導(dǎo)管，拆除風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)回轉(zhuǎn)抓，用沖擊錘把小導(dǎo)管打入巖體，使其外插角為8～10度。接著用高壓風(fēng)沖洗管內(nèi)的砂石，最后不要忘了進(jìn)行壓水實(shí)驗(yàn)，檢查設(shè)備及管路連接是否正常。

在洞身開挖時(shí)要把隧道襯砌在輪廓線以外的周邊，挖掘相應(yīng)要求的長度，利用注漿機(jī)使?jié){液在小導(dǎo)管體的注漿孔內(nèi)滲透，擴(kuò)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(xué)性質(zhì)。隧道洞身開挖使用手持風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)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(shè)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(jìn)行仰拱開挖，其開挖方式采取弱爆破，短進(jìn)尺并及時(shí)支護(hù)的措施，上半斷面進(jìn)尺0.8～1.0米，下半斷面進(jìn)尺1.0～1.2米，其臺(tái)階長度約15～20米。根據(jù)設(shè)計(jì)情況，上半斷面挖掘進(jìn)尺55米左右，接著進(jìn)行下半斷面拉槽進(jìn)洞，這就要求組織機(jī)械來挖掉洞口路基土石方，將下導(dǎo)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(gè)工作面，提高了施工的速度和質(zhì)量。為了便于機(jī)械化作業(yè)，中槽挖掘?qū)挾葹?～6米，跳挖馬口要相互錯(cuò)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(gè)馬口就要立刻組織人力進(jìn)行初期維護(hù)，防止圍巖大面積的變形甚至坍塌。初期支護(hù)手段要采用格柵鋼架、噴硅和錨桿、鋼筋網(wǎng)三種技術(shù)方法相結(jié)合。根據(jù)支護(hù)成形到硅襯砌前這段期間以及噴硅表面的變化，發(fā)現(xiàn)只有少數(shù)幾條微小裂縫，這說明初期支護(hù)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(jù)現(xiàn)場(chǎng)圍巖地質(zhì)調(diào)研，當(dāng)隧道上半斷面挖掘110m左右時(shí)，圍巖節(jié)理由發(fā)育慢慢發(fā)展為較發(fā)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(fēng)化。經(jīng)研究決定，以后將采用全斷面掘進(jìn)施工，嚴(yán)格遵守爆破用藥兩則，即控制爆破效果的重要環(huán)節(jié)，積極采用斜眼掏槽方和光面爆破技術(shù)。

總結(jié)：

其實(shí)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(hù)起著至關(guān)重要的作用，強(qiáng)有力的施工支護(hù)手段便能減緩甚至于阻止圍巖變形。軟弱圍巖的施工現(xiàn)場(chǎng)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(chǎn)管理者要有強(qiáng)烈的工作責(zé)任心，加大管理力度，同時(shí)也要求相關(guān)工程技術(shù)人員和施工管理人員認(rèn)真勘察圍巖地質(zhì)，仔細(xì)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(guī)范化和操作程序化。而合理的組織勞動(dòng)力分配和良好的工序銜接同樣能加快軟弱圍巖施工的進(jìn)度并保證其質(zhì)量，從而保證施工工程的質(zhì)量的。

[1]唐雨春，馮宇．山區(qū)隧道洞口淺埋段軟弱圍巖開挖工法探討[J]．湖南交通科技，2015,41(3)：130-132

[2]李紅哲．軟弱圍巖條件下淺埋隧道施工關(guān)鍵技術(shù)探討[J]．資源信息與工程，2016,31(6)：162-163

[3]孟凡勇．軟弱圍巖性質(zhì)下大跨度淺埋隧道的進(jìn)洞施工措施和質(zhì)量管理方法[J]．交通世界，2016(32)：98-99

[4]張勇華．淺埋偏壓軟弱圍巖隧道施工技術(shù)解析[J]．企業(yè)技術(shù)開發(fā)月刊，2016,35(3)：145-146