泥巖地質(zhì)隧道大變形施工控制技術(shù)

郭鵬飛

由于泥巖的強(qiáng)度比較低,而且具有膨脹性,遇到水就會(huì)軟化,所以如果在泥巖地質(zhì)條件下進(jìn)行地下隧道的工程施工,就會(huì)容易發(fā)生隧道變形,例如拱頂下沉、水平收斂等,這很容易破壞隧道的初期支護(hù)。具體表現(xiàn)為鋼架扭曲、初期支護(hù)噴射的混凝土表面脫落等。最后就會(huì)導(dǎo)致剛性支護(hù)前隧道的性能遭到破壞。我國(guó)目前在鐵路隧道施工過程中廣泛使用的是CRD和CD方法,技術(shù)已經(jīng)成熟,能夠?qū)鷰r的大變形進(jìn)行有力的控制,保證隧道施工的安全進(jìn)行。

1工程概況

宜萬鐵路紅瓦屋隧道是礦山法施工的電氣化鐵路隧道,總長(zhǎng)3507m,起止里程是DK90+910～DK94+417,因?yàn)橐獫M足線路多功能的要求,在區(qū)間設(shè)置了非絕緣下錨段、余長(zhǎng)電纜腔和變壓器室等,隧道的結(jié)構(gòu)尺寸是(跨度×高度)11.14×8.97m,洞頂處最小覆土厚度是24.0m。

2地質(zhì)概況

宜萬鐵路紅瓦屋隧道位于湖北省宜昌市長(zhǎng)陽縣榔坪鎮(zhèn)社坪村境內(nèi),是大山山脈到方斗山山脈的北西翼,項(xiàng)目工程區(qū)屬于構(gòu)造剝蝕,地形起伏比較大。沿線的地層都是三疊系中上統(tǒng),區(qū)域的構(gòu)造應(yīng)力相對(duì)比較集中。隧道圍巖分為四個(gè)級(jí)別,分別是灰和深灰色泥質(zhì)的灰?guī)r夾頁巖,地下水都是基巖裂隙水,水量比較大。隧道的左側(cè)圍巖存有順層軟弱面,極易發(fā)生滑落、坍塌,對(duì)洞身產(chǎn)生側(cè)面擠壓形成變形,給施工帶來了特別大的困難。

3隧道變形的主要原因分析

3.1 不良地質(zhì)引起初期支護(hù)變形

根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料顯示,紅瓦屋隧道變形的地段都是泥巖、粘土、頁巖、塊石土等軟質(zhì)巖,或者是破碎的灰?guī)r和薄層砂巖等。

調(diào)查的結(jié)果表明:宜萬鐵路隧道的初期支護(hù)變形受到構(gòu)造影響的為4處,占總比例19%;受到高地應(yīng)力影響而發(fā)生變形的8處,所占比例是38.1%;由于地下水影響發(fā)生變形的是6處,占總比例的28.6%;受隱伏巖影響的3處,占總比例的14.3%。各個(gè)原因發(fā)生的比例都沒有達(dá)到50%,所以,高地應(yīng)力、構(gòu)造、隱伏巖、地下水只是造成隧道的初期支護(hù)變形侵限的原因,只要在施工過程中給予充分的重視,嚴(yán)格規(guī)范施工操作,是可以避免的。

3.2 設(shè)計(jì)原因引起的變形

根據(jù)對(duì)宜萬鐵路隧道變形情況統(tǒng)計(jì)的結(jié)果來看,對(duì)于個(gè)別雙線跨度比較大的軟巖隧道,因?yàn)槭艿礁鞣N因素的影響,設(shè)計(jì)施工的方法是短臺(tái)階法,從現(xiàn)場(chǎng)的施工情況分析,采取這種短臺(tái)階方法進(jìn)行施工很難避免出現(xiàn)初期的支護(hù)變形侵限,所以,針對(duì)一些雙線大跨度的軟巖隧道,應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)于施工方法或者輔助工法的設(shè)計(jì)。

3.3 施工原因引起的變形

本工程中,除了對(duì)于高地應(yīng)力的認(rèn)識(shí)水平有限之外,其它的情況均和施工有關(guān),主要原因在于施工方法、監(jiān)控測(cè)量、初期支護(hù)閉合三個(gè)方面。所以,在施工過程中加強(qiáng)對(duì)于施工方法的控制、及時(shí)加強(qiáng)初期支護(hù)閉合、加強(qiáng)監(jiān)控測(cè)量是避免初期支護(hù)變形侵限的一個(gè)主要手段,在施工過程中,要嚴(yán)格要求,及時(shí)檢查,一旦發(fā)現(xiàn)問題立即修改。

4泥巖隧道施工中的注意事項(xiàng)

(1)上下臺(tái)階之間不能拉的過長(zhǎng),通常情況下,在20m～30m之間最為適宜。

(2)開挖施工不能由于人為的因素延長(zhǎng)時(shí)間,要具有時(shí)效性。

(3)超前支護(hù)施工一定要按照設(shè)計(jì)的方案進(jìn)行操作,每一步都力求到位。

(4)初期支護(hù)工作在完成5m～10m之后,為了有效控制隧道的偏壓變形,要及時(shí)對(duì)軟巖處進(jìn)行壁后注漿處理。

(5)二次襯砌和仰拱一定要緊跟掌子面,通常二次襯砌應(yīng)該控制在150m的范圍之內(nèi),仰拱控制在100m范圍之內(nèi)。

5泥巖地質(zhì)變形控制措施

5.1 上臺(tái)階臨時(shí)封閉仰拱法

筆者通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)圍巖測(cè)量的資料進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn):在開挖下臺(tái)階之前,上臺(tái)階的圍巖情況已經(jīng)基本穩(wěn)定,拱角的周圍以0.15mm/d的速度收斂,拱底也以0.1的速率下沉。為了防止由于下臺(tái)階的開挖而導(dǎo)致上層臺(tái)階的變形,在施工的過程中可以采用臨時(shí)封閉仰拱的方法。

上臺(tái)階臨時(shí)封閉仰拱法工藝流程。

(1)用弱爆破的方式開挖上臺(tái)階,在上臺(tái)階附近做臨時(shí)支護(hù)以及初期支護(hù)的施工,初噴4cm厚的混凝土,然后鋪設(shè)鋼筋網(wǎng),在上臺(tái)階的初期支護(hù)上安裝鎖腳錨桿和拱架,在鉆設(shè)徑向錨桿之后再按照設(shè)計(jì)要求再次噴混凝土。

(2)監(jiān)測(cè)上臺(tái)階圍巖的情況。

(3)安裝臨時(shí)的仰拱鋼架。

(4)用弱爆破的方式開挖下臺(tái)階,在下臺(tái)階附近做臨時(shí)支護(hù)以及初期支護(hù)的施工,初噴4cm厚的混凝土,然后鋪設(shè)鋼筋網(wǎng),在下臺(tái)階的初期支護(hù)上安裝鎖腳錨桿和拱架,在鉆設(shè)徑向錨桿之后再按照設(shè)計(jì)要求再次噴混凝土。

(5)在下臺(tái)階開挖10m之后,開挖第三個(gè)臺(tái)階,下臺(tái)階噴混凝土。

(6)分析上臺(tái)階的監(jiān)控測(cè)量結(jié)果,等初期支護(hù)收斂之后把仰拱鋼架拆除,做下臺(tái)階仰拱施工。

5.2 上臺(tái)階扇形臨時(shí)支撐

在開挖下臺(tái)階之前,上臺(tái)階圍巖還不能保持穩(wěn)定狀態(tài),拱腳周邊的水平收斂速度是0.6mm/d,拱頂沉降速率是0.3。在下臺(tái)階開挖的過程中,為了盡量減緩上臺(tái)階的變形,施工的時(shí)候可以使用臨時(shí)的扇形支撐,也就是把環(huán)向鋼架補(bǔ)加在已經(jīng)施工完成的初期支護(hù)鋼架的里面,以增強(qiáng)初期支護(hù)的強(qiáng)度和剛度,進(jìn)而達(dá)到抗力要求。

上臺(tái)階扇形臨時(shí)支撐法的施工流程。

(1)用弱爆破的方式開挖上臺(tái)階,在上臺(tái)階附近做臨時(shí)支護(hù)以及初期支護(hù)的施工,初噴4cm厚的混凝土,然后鋪設(shè)鋼筋網(wǎng),在上臺(tái)階的初期支護(hù)上安裝鎖腳錨桿和拱架,在鉆設(shè)徑向錨桿之后再按照設(shè)計(jì)要求再次噴混凝土。

(2)監(jiān)測(cè)上臺(tái)階圍巖的情況。

(3)安裝臨時(shí)的仰拱鋼架,加設(shè)扇形支撐。

(4)用弱爆破的方式開挖下臺(tái)階,在下臺(tái)階附近噴厚度為4cm的混凝土,然后鋪設(shè)鋼筋網(wǎng),把鋼架接長(zhǎng),加鎖腳錨桿,在鉆設(shè)徑向錨桿之后再按照設(shè)計(jì)要求再次噴混凝土。

(5)在下臺(tái)階開挖10m之后,開挖第三個(gè)臺(tái)階,下臺(tái)階噴混凝土。

(6)分析上臺(tái)階的監(jiān)控測(cè)量結(jié)果,等初期支護(hù)收斂之后把仰拱鋼架拆除,做下臺(tái)階仰拱施工。

5.3 二次襯砌

在仰拱施工結(jié)束之后,如果隧道支護(hù)與圍巖的變形仍然在繼續(xù)的話,就可以采用二次襯砌的方法來加強(qiáng)支護(hù)的抗力能力。通過分析圍巖的測(cè)量結(jié)果可以看出,如果初期的支護(hù)變形一直在繼續(xù),變形的速率也沒有明顯的下降趨勢(shì)的話,就應(yīng)該盡快進(jìn)行二次襯砌。通常襯砌采用鋼模臺(tái)車整體式的施工方法,這種方法施工工藝以及方法都比較簡(jiǎn)單,為了達(dá)到安全穩(wěn)定的效果,可以適當(dāng)增加襯砌的厚度及配筋率。

6結(jié)語

根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)說明,上臺(tái)階臨時(shí)封閉仰拱法和上臺(tái)階扇形臨時(shí)支撐法工序簡(jiǎn)單,操作方便,進(jìn)度也比較快,但是如果其剛性結(jié)構(gòu)支護(hù)抗力較早的話,就不能徹底的釋放圍巖的壓力,這樣對(duì)控制變形很不利。在泥巖地質(zhì)條件下修筑隧道,做圍巖變形控制的時(shí)候,采用上臺(tái)階臨時(shí)封閉仰拱法和上臺(tái)階扇形臨時(shí)支撐法就能使泥巖變形得到有效的控制,所以在實(shí)際的施工過程中,要慎重選擇施工方法,從而取得良好的施工效果。

參考文獻(xiàn)

[1] 馬時(shí)強(qiáng).幾種控制軟弱圍巖大變形應(yīng)急方法的效果評(píng)價(jià)[J].隧道建設(shè),2010(4).

[2] 關(guān)寶樹.軟弱圍巖隧道變形及其控制技術(shù)[J].隧道建設(shè),2011(1).

[3] 伍毅敏.軟基隧道支護(hù)機(jī)理與病害防治技術(shù)研究[J].長(zhǎng)安大學(xué),2008.

[4] 鄭游.宜萬鐵路紅瓦屋隧道軟巖擠壓大變形施工控制技術(shù)[J].中小企業(yè)管理與科技,2010(8).

[5] 王凱.泥巖地質(zhì)隧道大變形施工控制技術(shù)[J].中線企業(yè)管理與科技,2011(11).

[6] TZ204—2008,鐵路隧道工程施工技術(shù)指南[S].中國(guó)鐵道出版社,2008.

[7] JTJ042—94,鐵路隧道施工技術(shù)規(guī)范[S].

[8] TB10003—2005/J449—2005,鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范[S].