軟巖隧道施工變形控制

張明龍

中鐵十七局集團第四工程有限公司，重慶，401121

軟巖隧道施工變形控制

張明龍

中鐵十七局集團第四工程有限公司，重慶，401121

伴隨現(xiàn)如今我們國家鐵路網(wǎng)的完善，使得有關(guān)建設(shè)方面要求提高，尤其是高速鐵路以及客運專線的大量修建，使得我國現(xiàn)如今對于隧道項目實施規(guī)模以及技術(shù)水平也有了新的突破。可是，軟弱圍巖隧道塌方以及有關(guān)工作人員傷亡等現(xiàn)象還經(jīng)常出現(xiàn)，這就顯示出了現(xiàn)如今對于隧道建設(shè)方面的安全管理工作仍然不能和當前形勢所適應(yīng)。因此，處理好現(xiàn)如今軟弱圍巖隧道建設(shè)時變形問題是非常重要的。針對該問題，下文主要對于軟弱圍巖變形控制技術(shù)展開深入論述，并且選擇合理開挖方法以及支護措施，控制變形，讓其變形控制在基準范圍內(nèi)，以此來確保圍巖以及隧道結(jié)構(gòu)長久穩(wěn)定。

軟巖隧道；施工變形；控制

隨著社會的發(fā)展進步，人們對于自身的生活質(zhì)量有了很大的提高，也就對于自身的出行交通有了更高的要求，為了能夠更好的服務(wù)于人們大眾，所以本文將會對軟巖隧道施工變形控制進行深入的探討。

1 工程概況以及工程地質(zhì)

1.1 工程概況

廣通至大理鐵路擴能改造項目是國家I級雙線鐵路，整個項目全長174.45公里，我單位所承建的祥和隧道地處云南高原和橫斷山脈的交接地區(qū)，呈現(xiàn)侵蝕高中山峽谷地貌，并且其地表溝谷縱橫，地形起伏非常大。因為隧道本身處于可溶巖和非可溶巖地層，所以在項目實施時一定會遇到涌水以及坍塌等現(xiàn)象，這里面以小范圍坍塌以及涌水最為普遍。尤其是在隧道建設(shè)穿過可溶巖和非可溶巖、不同巖性組合段以及侵入巖蝕變帶時，出現(xiàn)塌方導致涌水的危險情況也會更多。

1.2 工程地質(zhì)等情況

項目在實施時最主要難點就是地質(zhì)因素非常復雜，隧道主要不良地質(zhì)就是巖溶和斷層。隧道正洞包含有，III級圍巖設(shè)計一千九百五十四米，IV級圍巖四千三百四十米，V級圍巖三千九百二十六米，IV級V級圍巖占到了百分之八十左右。隧道處在川滇南北向構(gòu)造帶以及青藏滇緬帶子形構(gòu)造帶之間，因此斷裂密集發(fā)育，并且因為受區(qū)域性活動斷裂紅河深大斷裂及賓川-程海斷裂斷裂影響強烈，使得其有關(guān)巖體穩(wěn)定性非常不好。特殊巖土主要有軟土及膨脹土特殊巖土具體包含有軟土和膨脹土。受區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造影響測區(qū)內(nèi)發(fā)育上泥哨斷裂、蕎麥地-馬鞍山斷裂、水茂村斷裂以及柳沖箐斷層和上迎風村斷裂等幾個斷裂構(gòu)造，這其中巖體節(jié)理以及裂隙發(fā)育。隧道預計正常涌水量是92800m3/d，而雨季項目實施的最大涌水量是111360m3/d。

2 隧道軟弱圍巖變形控制方法

依照圍巖變形的空間分布規(guī)律，可以把圍巖變形分成掌子面前方變形、掌子面擠出變形以及掌子面后方變型這3類。下面將對這3種情況變形控制方法進行論述。

2.1 控制掌子面前方變形方法

因為祥和隧道的軟弱圍巖穩(wěn)定性不好，所以在對于掌子面進行挖掘以后，因為其自我穩(wěn)定時間非常短，所以如果初期對其不做實施，那么圍巖變形將會超過它能承受的范圍，這時候就應(yīng)當選擇超前支護方法，來避免開挖之后將會出現(xiàn)的荷載，通過初期支護技術(shù)來將后期所釋放的荷載減小，因此這時候二者共同承擔了開挖時將會釋放出的所有荷載。

合理使用超前支護技術(shù)，讓開挖時所釋放出的荷載可以控制在初期支護能力范圍內(nèi)是現(xiàn)如今控制掌子面前方變形技術(shù)的重要所在。只有將變形控制在要求范圍內(nèi)，才可以確保初期支護工作順利進行，并且讓其和超前支護一起承擔圍巖釋放的所有荷載。而對于掌子面超前變形，主要是通過利用超前支護技術(shù)來進行的，而這一技術(shù)從總體上能夠分成兩類，并且都是依照構(gòu)造來進行分類的，首先是通過利用隧道縱向剛性的梁構(gòu)造來分類，其次是通過橫向剛性的拱形構(gòu)造進行分類。前者通常能夠分成采用小導管以及管棚和注漿等方法進行施工。而后者都是選用初噴混凝土預支護技術(shù)進行實施。因為超前支護技術(shù)在使用時受到設(shè)備以及地質(zhì)環(huán)境等要求很多，所以在選擇支護技術(shù)時一定要依照具體地質(zhì)條件以及周邊狀況等展開施工。依照隧道地質(zhì)環(huán)境以及周邊條件，選擇下面的技術(shù)進行施工：

2.1.1 超前小導管

超前小導管技術(shù)是現(xiàn)如今經(jīng)常會用到的預防拱頂塌落的支護技術(shù)。并且其一般都是在對安全要求很高的環(huán)境里使用，在對破碎圍巖以及斷層破碎帶施工時經(jīng)常會見到這一技術(shù)。它是在開挖前向掌子面前方的拱部,斜向打入4～6米的鋼管,每次向前挖掘后打入。將其布設(shè)完畢之后依照圍巖情況，還可以對其進行注漿，以此來加固周圍土層。

2.1.2 超前大管棚

該技術(shù)通常是在對沉降有著很嚴格的要求的情況下使用，主要用于淺埋洞口以及斷層破碎帶地層。通常都是選用直徑70毫米到159毫米的鋼管，縱向長度為十米至一百米，依照具體情況進行設(shè)置。管棚剛性很大，并且它還有梁的作用，輔以注漿還可以很好的改良圍巖，所以超前大管棚技術(shù)得到了非常好的效果。相比于超前錨桿以及小導管等技術(shù)來說，這技術(shù)主要是可以抑制超前位移以及擠出位移，以此來確定拱頂穩(wěn)定。而注漿所用的材料可以依照具體情況來選擇。并且這一方法相對于超前小導管支護技術(shù)不能應(yīng)用的場地，可以發(fā)揮出很好的作用。

順著開挖斷面朝著掌子面前方的圍巖，可以對其配置長度為二十米至三十米的管棚，以此來控制圍巖的超前位移，并且還能夠發(fā)揮出穩(wěn)定掌子面以及控制地表面下沉的優(yōu)勢。這種方法適用于不連續(xù)面非常發(fā)育的圍巖，以及強度小的軟巖和河谷段等環(huán)境，并且還能應(yīng)用于需要抑制地表面下沉的環(huán)境等。祥和隧道在實施時能夠選用隧道地質(zhì)鉆機施作管棚，因為其所具有的安全性很高，所以能夠提升工作效率，加快項目實施速度。

2.1.3 初噴混凝土預支護

初噴混凝土預支護技術(shù)也屬于超前支護技術(shù)中的一種。其是通過噴射厚度二十厘米左右的噴射混凝土殼，以此來構(gòu)成相對柔性的拱殼，并且還可以噴射厚度三十厘米左右的混凝土形成剛性相對較大的拱殼。前者主要用在穩(wěn)定掌子面上，而后者主要用在控制地表下沉上。

2.1.4 管幕

該方法實際上是在隧道開挖前順著其周邊用鉆機設(shè)置超前長鋼管，并且在鋼管里面填充水泥砂漿。所以這一方法是抑制洞口以及超前變形和保護周圍環(huán)境的有效方法。通常其所選用的鋼管要比常見的鋼管直徑更大，因此所取得的效果也會更好。通常用到的鋼管直徑大概是一百五十毫米以上，而長度大概在三十米以上。該方法經(jīng)常會用在隧道正上方有鐵路以及建筑物等作為避免地表面塌陷的方案里面。這一方法還需要設(shè)置反力壁等相對較大的臨時裝置，并且實施時速度也很慢，應(yīng)當充分考慮項目實施環(huán)境以及所需時間來制定方案。并且這一方法當中鋼管在實施中的下沉可能會比隧道在建時的下沉還大，所以對其進行施工時，一定要把對于圍巖的控制降到最低。從目前隧道支護技術(shù)的發(fā)展趨勢看,超前支護是一個很重要的領(lǐng)域。并且在對于許多隧道設(shè)計標準里面，早就規(guī)定了短、中以及長3種超前支護的基本參數(shù)。因此這對于超前支護技術(shù)的研究有著非常重要的意義。

2.2 控制掌子面擠出變形措施

2.2.1 留核心土

該方法實際是在掌子面不能夠自穩(wěn)的不良圍巖里，通過挖掘?qū)⑵渲醒氩糠直Ａ?，以此來確保掌子面穩(wěn)定。并且還應(yīng)當和后面所講的掌子面噴射混凝土以及掌子面錨桿結(jié)合起來，使其能夠更加穩(wěn)定。對拱部進行開挖叫做拱弧形開挖，開挖時能夠選擇挖掘機進行實施，尤其是在自穩(wěn)性能較差的圍巖里，還應(yīng)進一步地進行分割開挖。并在其之后立即噴射混凝土，完畢以后繼續(xù)對相鄰部分進行挖掘。

2.2.2 噴射混凝土

對于掌子面噴射混凝土封閉實際上是為了使其具有穩(wěn)定性，因此在開挖之后對其噴射五至十厘米的混凝土。在不良圍巖位置周邊，應(yīng)當讓其多和核心土以及掌子面錨桿共同作用，這對于核心土的腳部作業(yè)以及在掌子面打設(shè)錨桿作業(yè)都非常重要。并且進行噴射混凝土封閉掌子面，是在開挖以后馬上實施的，因此其能夠很好的避免初支崩塌以及防止掌子面圍巖松弛，所以一定要盡早的噴射混凝土。對于隧道當中的不良圍巖，其掌子面自穩(wěn)性特別的差，所以一定要用挖掘機以及噴射機共同使用，對于局部進行開挖以后馬上進行噴射，使得其暴露的時間可以變得更少。

2.2.3 掌子面錨桿

該方法通常是對于掌子面流坍顯著的地方應(yīng)用。并且其中所用的錨桿通常長度是在六米以下的短桿以及六米以上的長桿。為了保證相關(guān)連續(xù)補強效果，將其全長一半殘余長度當做搭接長度。鉆孔和錨桿施作時也要用到水平鉆機。通過采取這一方法，核心土長度能夠縮短。如此就能夠使初期支護中錨桿貼近掌子面進行實施。

2.3 控制掌子面后方變形措施

2.3.1 調(diào)整開挖荷載釋放時機

調(diào)整開挖荷載釋放時機實際上是通過調(diào)整開發(fā)方法以及實施工藝來達到目標的，并且不一樣的方法它所釋放核載的過程也不一樣。即便是相同的方法，在對于核載量進行釋放時也會因為其所選用的工藝不一樣而產(chǎn)生差異。

開挖方法和隧道施工工藝的選擇，不但會影響主要荷載的釋放過程，并且也會影響隧道施工的速度、安全以及成本。所以，要充分考慮后再選擇適宜的方法并且對于施工工藝進行優(yōu)化。臺階法相對簡單，并且操作起來難度也很低，這就使得其在實施時會有著很高的效率，而且也無復雜的臨時支撐，所以成為隧道施工中最常用的工法，通過研究其荷載釋放過程及其對圍巖變形的影響，這樣就能夠得到最適宜的臺階高度以及長度。通過試驗，采取上下臺階高度一樣的辦法所取得的效果最佳。

2.3.2 提升初期支護承載能力

高規(guī)格鋼支撐,鋼支撐是順著隧道開挖面設(shè)置的拱形的型鋼支護構(gòu)件，由于在對其架設(shè)時就可以發(fā)揮出作用，所以可以把它用在噴射混凝土強度以及錨桿的錨固材料強度出現(xiàn)之前。

多重支護,多重支護控制變形技術(shù)實際上就是在隧道進行挖掘時控出足夠的變形預留量，首先釋放出一部分變形，展開第一次支護，然后繼續(xù)釋放變形，等到其到了極限之后，接著施作第二次支護，有時候還能夠進行第三次支護，如此使得其最終能夠控制在要求范圍里。該方法的好處就是不用進行反復擴挖以及支護工作，也就是說沒有了拆除頂替已經(jīng)承載的支護構(gòu)件以及對圍巖展開多次擾動的問題。容許一次支護變形，減少其作用在第二次支護上的壓力，而且能夠在最內(nèi)側(cè)形成完整的殼體，讓整個支護穩(wěn)定。

改變輔助導坑初支斷面,祥和隧道中平行導坑的初支斷面設(shè)計是直墻式，在項目前期建設(shè)過程里，發(fā)現(xiàn)這一方式受力條件非常差，并且會使很多邊墻出現(xiàn)不同程度的變形。通過和有關(guān)單位進行研究之后，可以把其改成曲墻式，如此就能過改善受力環(huán)境，進而控制變形。并且在后期的隧道施工中，對于平導初支變形也有了更好的控制。

3 結(jié)語

隧道圍巖變形控制原理，實際上就是開挖以及支護時怎樣將變形控制在容許范圍內(nèi)，以此來保證隧道結(jié)構(gòu)體系能夠長久穩(wěn)定。

軟弱圍巖隧道變形控制理念，可以將其歸納成剛性結(jié)構(gòu)控制理念以及柔性結(jié)構(gòu)控制理念和剛?cè)峤Y(jié)合控制理念。這里面剛?cè)峤Y(jié)合的理念是比較符合軟弱圍巖變形規(guī)律的，并且是相對科學的方法之一。

依照隧道軟弱圍巖的變形控制，分析鐵路隧道凈空位移以及掌子面超前變形、掌子面后方初期支護變形和掌子面擠出位移的施工控制技術(shù)措施。

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