試析淺埋偏壓軟弱圍巖隧道施工技術(shù)

陳昉

試析淺埋偏壓軟弱圍巖隧道施工技術(shù)

陳昉

我國的公路隧道、鐵路、水電工程建設(shè)中會遇到淺埋偏壓軟弱圍巖隧道。施工隊為保證施工質(zhì)量，不得不采取支護技術(shù)、銅鼓鋼架、徑向錨桿，還有網(wǎng)噴混凝土等方式做實事支護，才能增加圍巖的穩(wěn)定性，保證施工質(zhì)量的前提下，加快施工進度，增加施工安全系數(shù)。目前國內(nèi)在這方面的技術(shù)發(fā)展速度很快，與國外一些先進的技術(shù)存在差異，但是能夠做到隧道施工中地質(zhì)超前預(yù)報，在越來越重視地質(zhì)條件的今天已經(jīng)有很大的進步。研究更加安全、快捷、優(yōu)質(zhì)的施工方法，依然是我國有關(guān)部門研究的重點。綜合各方面考慮，設(shè)計更加合理的施工技術(shù)和方案，提高工程質(zhì)量。

淺埋；偏壓；軟弱圍巖；隧道；施工技術(shù)

這一技術(shù)的研究主要是為我國南方地質(zhì)條件考慮，在公路、鐵路的建設(shè)過程中經(jīng)常遇到淺埋偏壓圍巖隧道。針對這一種隧道的施工技術(shù)，早在80年代以前就有所研究，傳統(tǒng)的上導(dǎo)坑、和導(dǎo)坑棚架等部分進行開挖，然后采用木支撐作為臨時支撐手段，導(dǎo)坑主要采用框架式支撐，對于拱部擴大一般采用扇形支撐，接著實施襯砌。傳統(tǒng)的施工方法存在安全隱患，施工質(zhì)量得不到保障，容易開裂、拱圈下沉，修復(fù)維護工作進展十分緩慢，完全不適用于現(xiàn)代施工需求。網(wǎng)噴混凝土等新技術(shù)具有施工快、效果等特點，能夠增強圍巖的穩(wěn)定性，保證施工安全的同時保證施工進度。

1　軟弱淺埋隧道的特點

淺埋隧道很容易受到環(huán)境影響，由于臨近地表，環(huán)境或者各種地質(zhì)改變對其構(gòu)造影響很大，所以一般用于隧道口的施工[1]。深埋和淺埋的區(qū)別主要是其難以形成載拱。淺埋隧道存在很多問題，對隧道的開挖也會造新城很大的影響，比如偏壓、風(fēng)化帶、表層軟弱堆積物、軟弱圍巖等等。隧道在開挖的過程中會出現(xiàn)拱頂急劇下沉、隧道中凈空收縮、地表開裂等現(xiàn)象，這些現(xiàn)象的出現(xiàn)對過程的質(zhì)量有很大的影響。掌子面失穩(wěn)的情況一旦出現(xiàn)，應(yīng)該立即采取相應(yīng)措施，解決掌子面穩(wěn)定情況，控制地表的下沉情況。在這種情況表明地表的下沉與埋深有密切的關(guān)系。施工對為保證隧道橫斷面能夠形成承載拱，采用加大深埋程度方式，開挖以后在隧道周邊出現(xiàn)下沉，若深埋過淺，沒有形成承載拱，開挖以后下沉狀況會影響到地表。所以應(yīng)該采取支護技術(shù)，針對埋深小的隧道增強支撐力，防止支護下沉，并采用輔助工具垂直錨桿、藥液壓注等方式輔助施工。通過研究地層管棚、水平高壓旋噴等輔助方式，能夠海山隧道掌子面下沉現(xiàn)象[2]。

2　軟弱淺埋隧道的研究現(xiàn)狀

由于軟弱淺埋隧道施工困難，并且存在安全隱患，國內(nèi)的許多工程人員和研究學(xué)者都十分關(guān)注軟弱淺埋工程隧道的施工。淺埋軟弱圍巖隧道施工中，傳統(tǒng)方法已經(jīng)不能適用于現(xiàn)代社會的發(fā)展，施工過程中經(jīng)常出現(xiàn)拱圈下沉、開裂等質(zhì)量問題。隨著新技術(shù)的推出，隧道施工謹(jǐn)遵新奧法中的原理，采取相應(yīng)的保護措施，將新技術(shù)應(yīng)用到隧道的挖掘、支護、鋼架、網(wǎng)噴混凝土等措施中，加強隧道穩(wěn)定性，保證施工安全，提高施工效率。國外在這方面的研究已經(jīng)十分成熟，也特別助于地質(zhì)提前預(yù)報工作，各個發(fā)達國家在建設(shè)公路、鐵路隧道時，十分注重地質(zhì)勘察的質(zhì)量，勘察工作質(zhì)量決定了施工質(zhì)量，是隧道建設(shè)施工前不可或缺的一步驟。國內(nèi)有些施工單位也已經(jīng)注意到隧道地質(zhì)勘察的重要性，組織專業(yè)的勘察小組，集合廣大的技術(shù)人員共同進行地質(zhì)勘察工作，為施工隊提供專業(yè)的資料分析。設(shè)計圖紙經(jīng)過審核以后開始實施施工，全部施工人員就位以后還要求做好地質(zhì)預(yù)報和測量工作，了解真實的地質(zhì)情況，有效提高工作效率，將安全隱患扼殺在搖籃[3]。最大程度上減少塌方、瓦斯爆炸、巖爆等突發(fā)狀況發(fā)生，避免導(dǎo)致施工中斷，施工人員安全沒有保證，同時能夠降低工程造價，是施工方和承包方的利益得到保障。

3　軟弱淺埋隧道的施工技術(shù)

3.1超前支護及預(yù)加固

3.1.1超前支護

軟弱破碎的隧道施工中，采用一般的加固措置達不到理想效果，加上環(huán)境影響施工質(zhì)量得不到保障。超前支護能夠提高巖體穩(wěn)定性，穩(wěn)定松弛變形的圍巖，大大提高施工安全性。有很好的加護效果，方便之后的施工操作。適用于風(fēng)化比較嚴(yán)重、礫石土和節(jié)理很發(fā)育等一系列比較軟弱的圍巖條件?？梢约庸趟淼篮偷叵聦訋r石，同時也是塌方的解決主要辦法。利用小導(dǎo)管水泥和水玻璃預(yù)注漿止水加固措施，采用常規(guī)小型機械就可以實施操作，施工快捷方便，效果明顯。還可以采用壓縮空氣法或氣壓室法、冷凍法、頂蓋法等輔助方法，對施工地進行保護，具有減小地面沉降、強化隧道地層的作用，但是要注意這些輔助施工對環(huán)境會造成影響，所以施工完成以后注意植被的回收處理[4]。

主要有三個方面能夠體現(xiàn)超前支護的施工效果：梁效果，超前支護的結(jié)構(gòu)是一種巖隧道縱向架梁結(jié)構(gòu)，能夠使其發(fā)揮剛性梁的效果；殼效果，形成掌子面前方的一個殼結(jié)構(gòu)，主要是依靠殼的口度和硬度保證隧道掌子面的及周邊圍巖的穩(wěn)定性；改良效果，主要是將強隧道周邊圍巖強度。

3.1.2注漿

淺埋偏壓軟弱圍巖隧道的顯著特點就是地下水對施工的影響。我國很多地方都使用淺埋偏壓方法保證施工進程，提高施工質(zhì)量，同時保證施工安全。近幾年在淺埋偏壓軟弱巖隧道施工中，我國很多專家學(xué)者都做了深入的研究，探索到很多可行性很高的方案。淺埋偏壓軟弱圍巖隧道對于地下水的處理過程中，通常采用堵和引兩種方法配合施工，提高施工效果。圍堵地下水首先進行整段注漿，達到初步止水的下過，然后加入圓松散巖體，這種方式能夠通過高壓注漿對巖石層架構(gòu)進行調(diào)整，本質(zhì)上就是提高巖石等級，是圍巖在原有基礎(chǔ)上的整體水平得到改善。還有淺孔注漿、管棚注漿、中空錨桿注漿等注漿技術(shù)都可以用于隧道珠江施工當(dāng)中，這幾種方式主要是對開挖隧道外進行環(huán)形注漿，有效的防治地下水開挖工作范圍，減輕施工人員工作量，提高工作效率，但是這種方式并不能改變巖體結(jié)構(gòu)[5]。

3.2隧道開挖

開挖以后十分容易引起巖體塌方，施工隊必須提前防治事故發(fā)生，主要采用正確的挖掘方式，降低軟弱圍巖地段塌方的可能。在施工過程中如發(fā)生自燃災(zāi)害等突發(fā)狀況，必須立刻停止施工，離開巖體破碎帶，調(diào)整施工方案，增加施工人員的保護措施，有必要時可以采用技術(shù)處理手段。所以施工以前經(jīng)過進行詳細的地質(zhì)考察，增加施工人員對施工地的了解，針對施工條件、深埋尺寸、偃師級別還有地下水條件，環(huán)境氣候等等因素做好防護措施，降低事故發(fā)生率，保證施工人員生命安全，提高施工效率。還可以為提高施工效率，設(shè)計好路線以后，采用兩頭開挖的形式，使用反方向施工法。

3.2.1正方向施工

正方向施工基本流程是測量畫線、上斷面開挖支護、下斷面開挖支護、澆筑襯、回填灌漿。其中主要分為兩種施工方法：①臺階法，這種方法適用于Ⅴ、Ⅳ級圍巖，能夠隨著臺階長度縮短，拱頂位移、地表沉降等現(xiàn)象有所減緩，并且可以根據(jù)圍巖情況調(diào)整臺階長度。其施工設(shè)備簡單，開挖臺架、支架式風(fēng)鉆、小型運輸設(shè)備，操作簡單效果明顯。②留核心土法，這種施工方法是根據(jù)臺階法演變而來，主要應(yīng)用在段臺階開挖中[6]。

3.2.2反方向施工

反向施工適用于，施工場地條件差，洞口外懸、覆蓋層季度破碎的情況。采用反向施工可以與邊仰坡封閉、橋臺施工同時進行，有效避開施工難點，減少元地層擾動，增強運營的地質(zhì)災(zāi)害，降低運營的成本投入。

3.3質(zhì)量監(jiān)控

在施工現(xiàn)場應(yīng)該實時監(jiān)控圍巖支護系統(tǒng)的形變過程，進行精確測量。測量目的主要是為了獲得有效的觀測數(shù)據(jù)，控制圍巖穩(wěn)定性。測量實施應(yīng)該在施工前和施工中，能夠及時掌握信息，發(fā)現(xiàn)問題及時改正。通過現(xiàn)場分析可以判斷圍巖穩(wěn)定狀態(tài)，控制施工順序以及支護結(jié)構(gòu)的承載能力等。能夠有效降低維護成本，提高工作效率。

4　結(jié)束語

總而言之，在淺埋偏壓軟弱圍巖隧道施工中，經(jīng)常因為施工方式不當(dāng)造成施工事故，影響施工質(zhì)量和進度，造成施工單位的直接經(jīng)濟損失。所應(yīng)該利用科學(xué)的方法加快施工進度，提高施工質(zhì)量。結(jié)合施工場地地質(zhì)情況進行具體分析，有針對性的進行施工，預(yù)防施工中的安全隱患，保證施工質(zhì)量。

[1]呂劍云.淺埋偏壓軟弱圍巖雙連拱隧道施工技術(shù)[J].鐵道工程學(xué)報，2011（3）：72～76.

[2]王邦權(quán).老寨坳隧道出口段淺埋偏壓軟弱圍巖的施工技術(shù)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，2009（21）：108～109.

[3]涂才昌.論淺埋偏壓軟弱圍巖隧道施工技術(shù)[J].中國科技博覽，2009（33）：343.

[4]王必軍.淺埋偏壓、軟弱圍巖雙線客運專線隧道施工綜合技術(shù)研究[J].石家莊鐵道大學(xué)學(xué)報，2011，24（1）：14～16.

[5]汪泳.防止大斷面淺埋偏壓軟弱圍巖隧道坍塌的安全措施[J].新材料新裝飾，2014（2）：510.

[6]張振利.三臺階七步流水作業(yè)法在淺埋偏壓軟弱圍巖隧道中的應(yīng)用總結(jié)[J].科學(xué)咨詢，2010（13）：88～89.

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2015-6-12