淺埋隧道軟弱圍巖管棚超前支護及監(jiān)控量測技術(shù)研究

林港　梁茂生

摘要：文章主要以鐵路隧道的軟弱圍巖管棚超前支護與監(jiān)控量測技術(shù)作為主要研究對象，其中尤其側(cè)重分析超前支護的詳細施工技術(shù)，深入分析了超前支護中的管棚、超前錨桿、小導(dǎo)管超前注漿、深孔注漿等施工技術(shù)，并闡述了監(jiān)控量測技術(shù)在鐵路隧道的施工工程中的應(yīng)用，僅供相關(guān)工作人員參考。

關(guān)鍵詞：鐵路隧道；軟弱圍巖；超前支護；監(jiān)控量測

中圖分類號：U455 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）13-0035-02

由于淺埋隧道大部分屬于特殊地形，它具有地形偏壓、表層軟弱堆積物、風(fēng)化帶、軟弱圍巖、難以形成承載拱等不利因素，嚴重影響了淺埋隧道的施工工程質(zhì)量。根據(jù)淺埋隧道的獨特地質(zhì)影響，在進行隧道的開挖過程中，極有可能會出現(xiàn)拱頂下沉急劇增大、地表開裂、隧道凈空收縮、掌子面失穩(wěn)等現(xiàn)象，不利于隧道的施工。

1 淺埋隧道軟弱圍巖管棚超前支護分析

1.1 超前支護體系及其必要性分析

1.1.1 超前支護體系分析。超前支護體系主要包括管棚、超前錨桿、小導(dǎo)管超前注漿、深孔注漿以及地表注漿等。另外，超前支護一般適用于隧道圍巖的自穩(wěn)性較低的情況，通過采取超前支護，可以有效地避免出現(xiàn)坍方。

由于部分隧道屬于軟弱破碎地質(zhì)，即使可以通過采用深孔注漿起到止水固結(jié)的作用。然而，此種方法僅能起到一部分范圍固結(jié)的作用，而超前支護體系通過超前錨桿或超前小導(dǎo)管，在開挖隧道之前以鉆孔排水的方式進行排水降壓，防止地下水壓過大而影響隧道施工工程的質(zhì)量。另外，通過超前支護的方式，其鉆孔深度一般都大于注漿的范圍，可以有效地提高隧道施工工程的質(zhì)量。

1.1.2 淺埋軟弱圍巖隧道施工時采取超前支護的必要性。

（1）如上所述，在進行淺埋軟弱圍巖隧道的施工工作時，極易出現(xiàn)掌子面失穩(wěn)及地表下沉的現(xiàn)象。通過采取超前支護及監(jiān)控量測技術(shù)，并結(jié)合相關(guān)改善地層、管棚、水平高壓旋噴、藥液壓注及垂直錨桿等措施，以科學(xué)、合理的支護方法增強支撐力，并防止支護及地表出現(xiàn)下沉的情況。

（2）采取超前支護對于淺埋軟弱圍巖隧道施工的作用如下所述：首先，超前支護方式的支護結(jié)構(gòu)一般類似于一個沿隧道縱方向的梁結(jié)構(gòu)，可以有效地產(chǎn)生剛性梁效果。其次，超前支護可以通過在掌子面前方形成殼結(jié)構(gòu)，用其剛性及厚度提高隧道掌子面及其周邊圍巖的穩(wěn)定性。最后，通過超前支護中的注漿法，可以有效地提高隧道圍巖的強度，改善其周邊環(huán)境。

1.2 超前支護分析

1.2.1 管棚。

（1）管棚的分類及適用范圍：管棚主要分為短管棚及長管棚，它的超前長度一般為5～30米，主要適用于隧道圍巖非常軟弱、破碎，而且變形量極大的情況。

（2）管棚施工技術(shù)原理及操作分析：管棚的施工原理為在隧道開挖之前在隧道開挖輪廓線的外弧線上放置一個傘形的金屬保護棚架。由于該棚架的構(gòu)造為一系列由一定間距排列的大慣性矩的鋼管構(gòu)成，可以有效地保護隧道下部地層的開挖工程順利進行。

管棚的施工操作技術(shù)如下：首先，使用鉆機打出一定深度的鉆孔。其次，將所鉆的鉆孔一并插入于金屬鋼管之中。最后，使用注漿機將水泥砂漿或混合漿液壓入，水泥砂漿或混合漿液凝固之后便可以正式進行隧道的開挖工程。

1.2.2 超前錨桿。

（1）超前錨桿的材料：超前錨桿一般主要使用普通的砂漿錨桿或藥包錨桿、邁式錨桿，砂漿錨桿的適用范圍

較廣。

（2）超前錨桿的作用：另外，超前錨桿的作用為提前加固，它可以用于隧道開挖工程施工之前，通過使用超前錨桿，可以有效地加固周邊環(huán)境，提高隧道的施工質(zhì)量及施工效率。

1.2.3 小導(dǎo)管超前注漿。

（1）小導(dǎo)管超前注漿的適用范圍及作用：小導(dǎo)管超前注漿法一般適用于碎石土及礫石土較多、風(fēng)化較為嚴重或節(jié)理發(fā)育等軟弱圍巖條件下的隧道工程施工。它只需采用常規(guī)小型機械便可以進行施工，而且可以有效地保證隧道施工過程的安全性。加上小導(dǎo)管超前注漿法的操作簡便性、良好的加固止水作用以及超前支護作用，目前它已廣泛應(yīng)用于穩(wěn)定各大隧道圍巖的穩(wěn)定性工程中。

（2）小導(dǎo)管超前注漿的操作分析：小導(dǎo)管超前注漿法一般是通過沿著隧道開挖掌子面上所設(shè)計的開挖輪廓線之外0.2～0.3m處鉆孔，并安裝小鋼花管進行高壓注漿。注漿主要采用水泥及水玻璃作為漿液，可以有效地加固隧道內(nèi)的松散圍巖，等漿液達到一定強度后，便進行隧道工程的開挖。

1.2.4 深孔注漿。

（1）深孔注漿的分類及適用范圍：深孔注漿一般主要分為兩種方法，即深孔充填注漿與深孔劈裂注漿。它一般主要適用于斷層破碎地帶、軟弱破碎圍巖、地下水極發(fā)育或極易形成涌水、坍方的隧道工程。

（2）止?jié){墻的必要性及具體操作方法：止?jié){墻可以有效地避免隧道開挖面出現(xiàn)垮坍的現(xiàn)象，從而提高注漿的質(zhì)量及隧道施工工程的安全質(zhì)量。止?jié){墻的具體操作方法為：第一，在隧道開挖面鉆孔，埋設(shè)注漿專用孔口管，并將鋼筋網(wǎng)焊接于孔口管處。第二，將鋼筋網(wǎng)網(wǎng)格間距設(shè)為30厘米，再噴射15～20厘米厚的C20級混凝土，從而形成止?jié){巖盤。

（3）注漿作業(yè)：注漿所需的材料主要分為三種：第一種主要為無機材料，其適用范圍較廣，主要包括水泥、水泥砂粉、水泥粘土、水泥-水玻璃等無機物。第二種為有機材料，但有機材料的價格較高，增加了施工成本。第三種為復(fù)合材料，其操作方法及勞動保護復(fù)雜，而且價格昂貴，使用性不高。注漿法一般采取分段累進注漿的方式，其具體操作方法如下所述：首先，通過將注漿混合器連接于孔口管上進行試壓洗孔，以便清洗干凈孔眼內(nèi)的石渣。其次，對其大約注水兩三分鐘，確保圍巖的空隙通暢；在注漿的過程中應(yīng)當(dāng)由專人記錄好注漿的時間及注漿量、注漿時的壓力變化情況，還有止?jié){墻、圍巖、支護等的竄漿情況。最后，在注漿作業(yè)結(jié)束之后，必須將注漿部件拆洗，徹底清洗注漿機，防止注漿機損壞。

2 淺埋軟弱圍巖隧道施工監(jiān)控量測技術(shù)

2.1 監(jiān)控量測的目的和意義

2.1.1 監(jiān)控量測通過及時掌握圍巖位移和支護變形的動態(tài)，可以科學(xué)、合理地安排工序，以便及時修改支護參數(shù)。遇到突發(fā)情況時，可以通過監(jiān)控量測及時查找原因，以便及時采取措施解決問題，提高隧道施工工程的安全性及經(jīng)濟效益。

2.1.2 監(jiān)控量測有利于施工人員熟悉、了解本工程淺埋段圍巖壓力的基本特征以及支護的效果，并作為施工資料留存歸檔，供日后的工程參考。

2.2 淺埋軟弱圍巖隧道施工監(jiān)控量測技術(shù)分析

淺埋軟弱圍巖隧道施工的監(jiān)控量測技術(shù)主要應(yīng)用于隧道施工前階段及施工中階段。

2.2.1 在施工前階段的監(jiān)控量測技術(shù)主要通過地質(zhì)調(diào)查、直接剪切試驗以及現(xiàn)場試驗等方法確定隧道圍巖的特征，其中包括鑒定隧道圍巖的構(gòu)造、物理性質(zhì)等方面。

2.2.2 在施工中階段的監(jiān)控量測技術(shù)主要通過現(xiàn)場監(jiān)視隧道的施工實際狀態(tài)，包括檢查超前錨桿的加固效果及松弛范圍，量測坑道周邊的位移情況、支護結(jié)構(gòu)的內(nèi)應(yīng)力以及支護結(jié)構(gòu)與圍巖間的接觸應(yīng)力，以便及時控制變形情況并采取有效的措施修正，提高隧道施工工程的質(zhì)量及安全性。

由于淺埋隧道軟弱圍巖的自承能力較低，極易導(dǎo)致地層變形，影響隧道工程的施工質(zhì)量。因此，在進行淺埋隧道軟弱圍巖的施工時，必須結(jié)合超前支護方法以及監(jiān)控量測技術(shù)，及時采取有效的措施，提高隧道工程的施工質(zhì)量及其經(jīng)濟效益。

參考文獻

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（責(zé)任編輯：葉小堅）