軟弱圍巖隧道施工技術(shù)的探討

摘 要：隨著我國(guó)公路建設(shè)日新月異，隧道建設(shè)項(xiàng)目日益增多。在隧道施工建設(shè)中常會(huì)遇到淺埋地層松散軟弱，破碎圍巖帶等不良地質(zhì)段。由于淺埋地層埋藏較淺，大都是風(fēng)化破碎的隧道圍巖，受力復(fù)雜，導(dǎo)致圍巖和支護(hù)應(yīng)力分布和變形非常復(fù)雜，尤其是在地形起伏較大的丘陵地帶，在隧道施工中，面臨更為復(fù)雜的圍巖應(yīng)力分布和襯砌受力變形狀況，增加了設(shè)計(jì)和施工難度。

關(guān)鍵詞：軟弱圍巖；破碎；施工技術(shù)；防水；坍塌

重慶至長(zhǎng)沙公路黔江至彭水段公路肖家坡隧道左線起訖樁號(hào)為ZK51+984.747～ZK54+105，全長(zhǎng)2120.253m，右線起訖樁號(hào)為YK52+000～YK54+130，全長(zhǎng)2130m，大部分圍巖為軟弱圍巖，圍巖主要為砂巖災(zāi)泥巖，強(qiáng)風(fēng)化。受構(gòu)造影響，巖體破碎，節(jié)理裂隙較發(fā)育，層間結(jié)合差，夾帶軟弱層，加之地下水發(fā)育，泥巖遇水軟化、失穩(wěn)，易產(chǎn)生掉塊及坍塌，造成了隧道初支變形和坍方事故，處理較為困難，嚴(yán)重影響施工進(jìn)度，威脅施工安全、質(zhì)量。針對(duì)本段隧道軟弱圍巖比較多的情況，為了提高軟弱圍巖隧道施工水平，預(yù)防變形和坍方，確保施工安全。通過分析軟弱圍巖地質(zhì)工程的特點(diǎn)。進(jìn)一步闡述其施工方法，對(duì)軟弱圍巖隧道施工技術(shù)進(jìn)行了探討。

l 軟弱圍巖隧道地質(zhì)工程的特點(diǎn)

1.1 地質(zhì)特點(diǎn)

軟弱圍巖主要指的是第四系全新、中更新、更新統(tǒng)的坡殘積土部分，涵蓋江河湖岸和池塘沖積、淤積層、人工雜填土、溶洞充填物等。圍巖強(qiáng)度低，承載能力低。如黏性土、粉土、砂類土、黃七、全風(fēng)化巖體等。普遍節(jié)理發(fā)育、破碎、自穩(wěn)能力差。如巖體破碎的泥巖、頁(yè)巖、砂巖、千枚巖等。斷層帶散體結(jié)構(gòu)、自穩(wěn)能力極差。受構(gòu)造影響，斷層帶結(jié)構(gòu)面雜亂無序，呈角礫、縻棱狀或碎裂結(jié)構(gòu)，充填泥質(zhì)或泥災(zāi)巖屑。

1.2 工程特性

軟弱圍巖強(qiáng)度低、自穩(wěn)能力差。隧道開挖后地應(yīng)力重新分布，使隧道周邊產(chǎn)生較大的松動(dòng)圈。軟弱圍巖被擾動(dòng)之后，它的穩(wěn)定性會(huì)下降，軟弱松動(dòng)的范圍可能還會(huì)不斷加大，圍巖的壓力也會(huì)不斷增大，想要恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)的需要的時(shí)間相對(duì)比較長(zhǎng)，支護(hù)和襯砌結(jié)構(gòu)因?yàn)閴毫Φ脑?，很容易引起下沉與變形等危害。

因?yàn)檐浫鯂鷰r強(qiáng)度低、穩(wěn)定性差、易滑塌等特點(diǎn)，所以在工程洞口段若拉槽施工就很容易導(dǎo)致大范圍的牽連性滑動(dòng)，使得工程施工進(jìn)洞相當(dāng)困難。若在洞內(nèi)施工，也會(huì)因圍巖的承載力不夠，會(huì)使支護(hù)結(jié)構(gòu)下沉，同時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)坍塌等危險(xiǎn)現(xiàn)象，給安全施工增加了很大的困難。因軟弱圍巖的自穩(wěn)時(shí)間比較短暫，需要采取化變大為小和分部施工的方法。軟弱圍巖的地質(zhì)比較復(fù)雜，施工時(shí)，需要隨時(shí)根據(jù)具體地質(zhì)情況作出施工方法調(diào)整。一旦工程措施（包括設(shè)計(jì)措施）和施工方法不當(dāng)，將極易發(fā)生初期支護(hù)變形侵限和隧道坍方等工程事故，給施工隊(duì)伍最嚴(yán)峻的考驗(yàn)。

2 軟弱圍巖隧道施工技術(shù)

根據(jù)軟弱圍巖隧道工程特點(diǎn)，做好三個(gè)超前、四個(gè)到位、一個(gè)強(qiáng)化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。實(shí)行標(biāo)準(zhǔn)化施工管理，然后安全、穩(wěn)定的通過軟弱圍巖不良地質(zhì)段。

2.1 超前預(yù)報(bào)

超前地質(zhì)預(yù)報(bào)是隧道信息化施工的重要組成部分，施工階段必須把超前預(yù)報(bào)納入正常施工工序中。根據(jù)地質(zhì)、水文變化及時(shí)調(diào)整施工方法和采取相應(yīng)的技術(shù)措施。實(shí)施中主要采取以下方法：

（1）地質(zhì)素描、物探、超前鉆探方法是軟弱圍巖超前預(yù)報(bào)的主要手段。

（2）在破碎帶和斷層地段。加強(qiáng)長(zhǎng)超前、短鉆孔。及時(shí)探明隧道前方地質(zhì)情況，特別是地下水的發(fā)育情況。嚴(yán)禁在未探明情況下盲目開挖。

2.2 超前加固

在斷層破碎帶和軟弱地層。特別是富含水時(shí)，必須對(duì)圍巖進(jìn)行超前加固，改良地層，確保隧道安全施工。必須配備專業(yè)隊(duì)伍、專業(yè)設(shè)備，進(jìn)行專項(xiàng)設(shè)計(jì)，保證加固效果。常用的圍巖加固方法是注漿法。注漿法主要分全斷面注漿和局部注漿兩種，在富水?dāng)鄬拥貛?，常采取全斷面注漿。全斷面注漿法鉆孔數(shù)量多，制作周期長(zhǎng)；局部注漿是針對(duì)隧道前方地層特點(diǎn)，對(duì)薄弱部位進(jìn)行注漿，鉆孔數(shù)量少。施作周期短。無論是全斷面注漿，還是局部注漿。都要求必須配備先進(jìn)的鉆孔注漿設(shè)備，必須采取信息化注漿。

2.3 超前支護(hù)

常用的超前支護(hù)方式有超前大管棚和超前小導(dǎo)管兩種。

（1）超前大管棚：超前大管棚一般是在對(duì)沉降有嚴(yán)格要求時(shí)使用，適宜于淺埋洞口、堆積體、砂土質(zhì)地層、斷層破碎惜地層。大管棚一般采用?70～?159mm的鋼管，縱向長(zhǎng)度10-30m，根據(jù)工程需要設(shè)置。

（2）超前小導(dǎo)管：超前小導(dǎo)管是在對(duì)施工安全要求較高的條件下使用。在破碎圍巖、堆積體、砂土質(zhì)地層、斷層破碎帶中普遍采用。當(dāng)?shù)貙涌ㄣ@嚴(yán)重時(shí)，可采用自進(jìn)式錨桿。小導(dǎo)管一般采用?32～?60mm的鋼管，縱向長(zhǎng)度2.5～6m，根據(jù)工程需要設(shè)置。小導(dǎo)管布設(shè)后根據(jù)地層穩(wěn)定情況，如需要可進(jìn)行注漿，加固周邊地層。

2.4 開挖工法

2.4.1 增加設(shè)置輔助作業(yè)面

如果遇到軟弱圍巖的地形比較緩，而正面比較難接近暗挖，通常會(huì)在地形有條件的時(shí)候采用橫洞、平導(dǎo)、斜井等輔助作業(yè)面，先避開軟弱圍巖，在圍巖條件比較好的地段先施工。之后，利用鋪底襯砌成環(huán)步步緊跟的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)作后盾，穩(wěn)步掘進(jìn)軟弱圍巖。

2.4.2 正面進(jìn)洞以及洞內(nèi)施工技術(shù)的選擇

軟弱圍巖施工中正面進(jìn)洞技術(shù)，通常是根據(jù)地形以及地質(zhì)條件的差異來靈活選擇。一般有接長(zhǎng)明洞法、夯填反壓法、改善圍巖條件、切坡減載、地表超前加固處理、虛擬洞門與護(hù)拱法等施工技術(shù)的方法。如果軟弱圍巖的仰坡比較陡峭，存在滑動(dòng)面的情況，一般就不能用拉槽刷坡方法來靠近作業(yè)面，這樣的情況以接長(zhǎng)明洞的方法為宜，根據(jù)圍巖平衡側(cè)面以及正面推力來確定長(zhǎng)明洞的長(zhǎng)度。當(dāng)坡面比較陡而全斷面不容易接近仰坡時(shí)，可以將擋墻夯填土反壓邊仰坡來施工。軟弱圍巖施工時(shí)，可以打設(shè)輔助泄水導(dǎo)洞，防止水流過多軟化地基。如果軟弱圍巖向下伏的深度比較淺時(shí)，可以將軟土全部或者部分挖掉，然后通過施作護(hù)拱的方法進(jìn)行。在軟弱地表打樁也可以加固施工地基。當(dāng)全斷面沒有辦法靠近仰坡時(shí)，可以利用鋼拱架等形成虛擬洞門來施工。

2.5 初期支護(hù)和襯砌

按圍巖級(jí)別及圍巖自穩(wěn)能力不同分別進(jìn)行了格柵鋼架和型鋼鋼架初期支護(hù)設(shè)計(jì)。在隧道開挖達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，應(yīng)盡快施作初期襯砌和支護(hù)。不得使圍巖開挖臨空面長(zhǎng)時(shí)間暴露。應(yīng)第一時(shí)間進(jìn)行第一層混凝土噴射，并及時(shí)封閉圍巖表面。初期襯砌一般采用C25噴射混凝土。初期襯砌噴射混凝土應(yīng)采用濕法噴射。然后再施作系統(tǒng)錨桿、掛鋼筋網(wǎng)、立支和穩(wěn)固鋼架、再分層噴射混凝土成型等工序。隧道開挖后短時(shí)間或變形量小時(shí)，初期支護(hù)與地層共同承受形變壓力。支護(hù)不及時(shí)或支護(hù)后變形量過大，巖體松動(dòng)后荷載加大，由初期支護(hù)完全被動(dòng)地承受松動(dòng)壓力。因此，必須保證初期支護(hù)的強(qiáng)度和剛度，及時(shí)支護(hù)，控制變形。

2.6 二次襯砌閉合

根據(jù)圍巖級(jí)別、圍巖自穩(wěn)能力不同及初期支護(hù)襯砌情況分別進(jìn)行了二次襯砌設(shè)計(jì)。二次襯砌采用防滲標(biāo)號(hào)不低于S8的C25模筑混凝土或模筑鋼筋混凝土。由于目前初支+二襯共同承載的設(shè)計(jì)方法，適時(shí)進(jìn)行二次襯砌對(duì)安全施工十分重要，根據(jù)有關(guān)要求：Ⅳ級(jí)圍巖二襯距掌子面距離不大于90m，V級(jí)、Ⅵ級(jí)不大于70m，這些經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)是十分重要的，現(xiàn)場(chǎng)必須嚴(yán)格執(zhí)行。

在隧道仰拱施作之前基底浮渣應(yīng)清理干凈，除去浮土和淤泥，露出開挖基巖（或初期襯砌）表面，方可澆筑仰拱混凝土（仰拱開挖長(zhǎng)度不大于3m）。初期支護(hù)仰拱（臨時(shí)仰拱）及時(shí)閉合極其重要，閉合成環(huán)后，提高了結(jié)構(gòu)的承載能力，從而有效地控制變形、避免坍方。

2.7 監(jiān)控量測(cè)

監(jiān)控量測(cè)是軟弱圍巖隧道安全施工的“眼睛”，是判斷結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、指導(dǎo)軟弱圍巖隧道安全施工“最重要”的信息化手段。監(jiān)控量測(cè)是隧道設(shè)計(jì)與施工的重要組成部分，是隧道施工管理中不可缺少的重要環(huán)節(jié)，應(yīng)當(dāng)作為關(guān)鍵工序納入現(xiàn)場(chǎng)施工組織管理，按現(xiàn)行《鐵路隧道監(jiān)控量測(cè)技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定建立等級(jí)管理、信息反饋和報(bào)告制度。隧道拱頂下沉和凈空變化的量測(cè)斷面間距：Ⅳ級(jí)圍巖不得大于l0m，V級(jí)圍巖不得大于5m，當(dāng)拱頂下沉、水平收斂速率達(dá)5mm/d或累計(jì)達(dá)l00mm時(shí)，應(yīng)暫停掘進(jìn)，并及時(shí)分析原因，采取處理措施，當(dāng)采取接觸量測(cè)時(shí)，測(cè)點(diǎn)掛鉤應(yīng)做成閉合三角形，保證牢固不變形。

2.8 富水軟弱圍巖施工

由于該標(biāo)段內(nèi)植被發(fā)育，隧道內(nèi)地下水發(fā)育，加之圍巖主要以砂、泥巖為主，泥巖遇水軟化，發(fā)生掌子面圍巖掉塊，已支護(hù)完地段圍巖膨脹，發(fā)生擠壓變形，施工時(shí)應(yīng)根據(jù)具體情況調(diào)整方案。

（1）采用超前地質(zhì)預(yù)報(bào)手段，提前了解開挖工作面前方地質(zhì)、地下水情況，采取有效的預(yù)防措施。

（2）施工中采用注漿堵水結(jié)合超前鉆孔限量排水。

（3）特大涌水時(shí)可采用輔助坑道排水，輔助坑道開挖成超前適當(dāng)距離。

（4）當(dāng)隧道埋深在20m以內(nèi)時(shí)，可采用地表注漿，當(dāng)隧道埋深超過20m時(shí)，則采用開挖工作面預(yù)注漿。

（5）掘進(jìn)進(jìn)尺控制在0.5～1.0m。

（6）在初期支護(hù)己成型地段采用在切支表面施作泄水孔或埋設(shè)盲管，以釋放初支內(nèi)部積水，減少水壓。

3 結(jié)束語(yǔ)

軟弱圍巖隧道施工，由于地質(zhì)條件復(fù)雜，圍巖變化頻繁，再加之技術(shù)措施不合理、施工方法不當(dāng)、施工工藝不到位等諸多問題，造成了的隧道變形和坍方事故，造成了財(cái)產(chǎn)損失和工期延誤。軟弱圍巖地質(zhì)條件復(fù)雜，施工工序繁多，工藝要求嚴(yán)格，技術(shù)含量高，施工中一般需要根據(jù)實(shí)際工程情況，靈活采用施工方法，重點(diǎn)控制好各個(gè)施工技術(shù)階段的難點(diǎn)。堅(jiān)持在確保施工安全的情況下，最大限度地發(fā)揮施工人員的施工技術(shù)水平與施工機(jī)械的最大性能，實(shí)現(xiàn)安全與效益的雙贏局面。隨著科學(xué)技術(shù)的日益進(jìn)步，相信會(huì)有更多更好的施工防塌方辦法、爆破技術(shù)以及防排水材料應(yīng)用到軟巖隧道施工當(dāng)中來，為解決軟弱圍巖施工帶來便利。

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作者簡(jiǎn)介：鄧成杰（1976-），男，工程師，本科，畢業(yè)于西安科技大學(xué)。