淺談軟弱圍巖隧道施工技術(shù)與方法

李志成

摘 要：論文簡(jiǎn)要闡述了隧道工程中常用的三大施工方法，強(qiáng)調(diào)了對(duì)軟弱圍巖的基本認(rèn)識(shí)，同時(shí)作者對(duì)于軟弱圍巖地質(zhì)條件下隧道實(shí)際施工采取何種方法與技術(shù)做了針對(duì)性的探討。

關(guān)鍵詞：隧道工程 軟弱圍巖 技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：U45 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）09（a）-0039-02

1 軟弱圍巖

軟弱圍巖是地下工程對(duì)于地質(zhì)條件的一個(gè)綜合性的界定，在地下隧道工程與巖土工程施工中，圍巖的性質(zhì)與基本條件將決定著工程所應(yīng)使用的施工方法與工程本身的技術(shù)難度。因此，對(duì)于隧道工程首先要明確圍巖的基本條件，掌握圍巖的基本性質(zhì)，在此基礎(chǔ)上才可以在后期的施工進(jìn)程中準(zhǔn)確把握施工要點(diǎn)，以達(dá)到順利施工的目標(biāo)。

一般而言，在地下鐵道、巖土及隧道等工程中，圍巖的種類(lèi)如何界定是根據(jù)圍巖本身的強(qiáng)度及穩(wěn)定性、風(fēng)化程度及完整性等因素進(jìn)行綜合考慮，進(jìn)而分成不同等級(jí)和種類(lèi)的圍巖，在現(xiàn)實(shí)施工的前期勘察階段，通過(guò)一定的技術(shù)手段對(duì)圍巖進(jìn)行勘測(cè)與性質(zhì)的測(cè)定，結(jié)合工程的特點(diǎn)得出圍巖的具體類(lèi)別。隨著施工技術(shù)的不斷發(fā)展，施工工程具有相對(duì)復(fù)雜的趨勢(shì)，施工人員對(duì)地質(zhì)條件的判斷與界定也有了更深層次的認(rèn)識(shí)，對(duì)于圍巖的分類(lèi)與認(rèn)識(shí)也在不斷加深，靠簡(jiǎn)單的感性判斷不夠科學(xué)，需要借助一些新的設(shè)備與技術(shù)才可以準(zhǔn)確得知圍巖的具體物理性質(zhì)。因此對(duì)于圍巖的認(rèn)識(shí)，不同階段、不同的地質(zhì)條件、不同的工程特點(diǎn)，圍巖的特殊性很難一概而論，需要具體問(wèn)題具體解決。

2 隧道工程施工方法與理論

對(duì)于地下空間的探索，實(shí)際上歷史已經(jīng)久遠(yuǎn)，從遠(yuǎn)古時(shí)期人們以地為穴的居住方式就形成了地下空間施工的雛形。隨著目前我國(guó)大規(guī)模的地下工程建設(shè)，包括地鐵、地下隧道、公路的地基施工等都涉及到地下工程的施工。一般而言，針對(duì)地下隧道工程，常用的基本方法有礦山法、新奧法、地質(zhì)工程施工法。

2.1 礦山法

作為一種傳統(tǒng)的地下隧道施工方法，其基本原理是在隧道爆破后，造成周?chē)鷰r石穩(wěn)定性與強(qiáng)度下降，受力上整體處于松弛狀態(tài)，是一種軟弱性質(zhì)的圍巖，在該條件下，進(jìn)行邊支護(hù)邊施工，以防止圍巖坍塌對(duì)于隧道穩(wěn)定性與安全的影響。在支護(hù)的環(huán)節(jié)上，對(duì)于軟弱圍巖主要是利用剛性襯砌作為支撐，剛性襯砌最大程度地防止隧道斷面的變形，并有效地抵擋了擾動(dòng)后的圍巖對(duì)開(kāi)挖面的荷載。礦山法是一種暗挖法，以爆破的方式形成開(kāi)挖面，并借以剛性襯砌作為臨時(shí)支撐，在實(shí)際隧道開(kāi)挖的施工過(guò)程中，采用分部開(kāi)挖的方式，邊開(kāi)挖，邊修筑襯砌，邊支護(hù)。開(kāi)挖時(shí)，首先要開(kāi)挖導(dǎo)坑，為了最小限度減少?lài)鷰r的擾動(dòng)，以導(dǎo)坑作為開(kāi)挖的基礎(chǔ)向周分部擴(kuò)大開(kāi)挖，尤其對(duì)于軟弱具有坍塌可能的圍巖就需要結(jié)合開(kāi)挖斷面的尺寸，在分部開(kāi)挖中具體采取何種順序與方式進(jìn)行仔細(xì)衡量才可以確定。

2.2 新奧法

新奧法是在礦山法的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)，其施工原理在于強(qiáng)調(diào)圍巖的自承重能力，以錨桿、鋼筋網(wǎng)、噴射混凝土等柔性手段進(jìn)行主要支撐，以此抵抗圍巖的變形。實(shí)際在此過(guò)程中圍巖作為了支護(hù)系統(tǒng)的重要組成部分與受力部分。與傳統(tǒng)的礦山法相比，在手段與施工概念上而言都是一種突破。新奧法通過(guò)錨桿而形成的加固拱與噴射混凝土層形成內(nèi)外兩層襯砌，混凝土同時(shí)以強(qiáng)大的噴射力注入到圍巖土層的縫隙中，與土層進(jìn)行了結(jié)合，圍巖的穩(wěn)定性與抗變形能力得到進(jìn)一步提升。此外，新奧法減少了圍巖擾動(dòng)的強(qiáng)度、頻率與持續(xù)周期，新奧法的支護(hù)手段一般不需要拆除，作為永久性支撐，嵌入到開(kāi)挖面中，減少了施工的程序，相對(duì)較小的噴射層厚度又可以保證開(kāi)挖的工作量，節(jié)省了開(kāi)挖跨度對(duì)工程周期與穩(wěn)定性的影響。

2.3 地質(zhì)工程施工

地質(zhì)工程施工是在隧道開(kāi)挖面進(jìn)行開(kāi)挖與圍巖擾動(dòng)前期對(duì)地質(zhì)條件進(jìn)行主動(dòng)加固的一種方法。如常利用在隧道開(kāi)挖洞口的大管棚支護(hù)技術(shù)和地面注漿技術(shù)。地質(zhì)工程施工主要采用一定的工程措施，以主動(dòng)方式去控制圍巖的變形與穩(wěn)定性，平衡圍巖和支護(hù)的共同強(qiáng)度，以保住一開(kāi)始就為隧道順利掘進(jìn)與開(kāi)挖創(chuàng)造一個(gè)相對(duì)寬松的施工環(huán)境。

隨著工程難度的差異性，一般在地下隧道工程中常常根據(jù)特定的地質(zhì)綜合條件、水文狀況、圍巖的性質(zhì)、工程性質(zhì)與復(fù)雜程度，采取不同的隧道施工方法，有時(shí)候?yàn)榱吮Ｕ瞎こ痰陌踩耘c穩(wěn)定性常常綜合幾種方法共同發(fā)揮作用而不是單純采用其中一種。對(duì)礦山法、新奧法、地質(zhì)工程施工法的分析中，筆者得知不同的方法都有其各自的優(yōu)勢(shì)與不足，在實(shí)際施工中應(yīng)該相互借鑒，取長(zhǎng)補(bǔ)短。例如在礦山法施工的過(guò)程中常常借鑒新奧法對(duì)于支護(hù)的安全度進(jìn)行監(jiān)測(cè)與控制。對(duì)于地質(zhì)條件比較特殊的情況，新奧法的施工比礦山法更加成熟有效，對(duì)于襯砌的要求也更加嚴(yán)格。而地質(zhì)工程的施工則結(jié)合了新奧法與礦山法的優(yōu)勢(shì)，從前期就開(kāi)始對(duì)影響隧道施工的各種因素進(jìn)行預(yù)測(cè)與準(zhǔn)備，從宏觀上與整體施工戰(zhàn)略上給隧道工程一些指導(dǎo)。

3 軟弱圍巖下隧道工程施工方法與技術(shù)

在隧道實(shí)際施工工程中，主要涉及開(kāi)挖與襯砌兩道施工工序，其次涉及到一些輔助工程如防水排水等工藝技術(shù)。在上節(jié)對(duì)三種主要隧道施工方法進(jìn)行闡述的基礎(chǔ)上，該節(jié)重點(diǎn)討論對(duì)于軟弱圍巖條件下隧道工程的施工技術(shù)與方法。

首先對(duì)于實(shí)際工程的地質(zhì)特征，圍巖的性質(zhì)必須有個(gè)明確的認(rèn)識(shí)。對(duì)地質(zhì)條件與圍巖特征進(jìn)行詳細(xì)的預(yù)測(cè)與勘察是在隧道工程的設(shè)計(jì)階段與施工階段首先要解決的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。如在施工中采取超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、地質(zhì)素描、圍巖彈性波速等對(duì)圍巖進(jìn)行全面的了解與接觸，在此基礎(chǔ)上才可以精準(zhǔn)確定隧道施工方案，事先做好預(yù)案工作。

其次，施工的最開(kāi)始應(yīng)堅(jiān)持地質(zhì)工程施工的基本理念，盡量做好基礎(chǔ)性支護(hù)工作，如對(duì)開(kāi)挖洞口的大管棚超前支護(hù)、地面注漿技術(shù)等對(duì)圍巖進(jìn)行事先的預(yù)應(yīng)力主動(dòng)防護(hù)，此舉可以有效保證后期隧道開(kāi)挖中圍巖受力更加合理，并可以提高軟弱圍巖的基本力學(xué)屬性。

第三，在實(shí)際開(kāi)挖的進(jìn)程中，應(yīng)盡量采取新奧法，對(duì)圍巖避免過(guò)多的擾動(dòng)，采取光面爆破技術(shù)，保證圍巖基本受力面的均衡。對(duì)若軟圍巖應(yīng)盡量增強(qiáng)圍巖的自穩(wěn)能力，必要條件下，可以輔助配合礦山法施工，將兩者的優(yōu)勢(shì)充分結(jié)合。在新奧法施工的指導(dǎo)下，進(jìn)行分部施工，根據(jù)開(kāi)挖工作面尺寸與地坑深度選擇正確的分部施工方法，如對(duì)單側(cè)壁導(dǎo)坑法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法、臺(tái)階法的合理運(yùn)用。在軟弱圍巖受到大擾動(dòng)的情況下，要盡量做好及時(shí)的防護(hù)工作，應(yīng)盡量采用柔性支護(hù)技術(shù)。開(kāi)挖時(shí)還應(yīng)做好圍巖的監(jiān)測(cè)工作，對(duì)支護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行實(shí)時(shí)的反饋與控制。

第四，軟弱圍巖條件下的隧道施工，常常由于地質(zhì)條件的不確定性，同一隧道不同跨度與進(jìn)尺的圍巖特征存在差異性變化，對(duì)于軟弱圍巖新奧法配合礦山法往往有時(shí)候更加有效保證了隧道的順利施工。

4 結(jié)語(yǔ)

軟弱圍巖是隧道施工中常常碰到的地質(zhì)情況，該情況下，隧道保證正常施工需要對(duì)圍巖首先有個(gè)比較全面的認(rèn)識(shí)，并盡可能做好圍巖的超前支護(hù)措施，實(shí)際開(kāi)挖過(guò)程中要根據(jù)工程的實(shí)際特點(diǎn)選擇正確的施工方法，對(duì)礦山法與新奧法進(jìn)行有選擇的運(yùn)用，保證隧道圍巖的自穩(wěn)能力和抗變形能力。圍巖在施工擾動(dòng)后，為了抵抗其松弛變形盡可能綜合運(yùn)用柔性支護(hù)與剛性襯砌結(jié)合的支護(hù)手段，同時(shí)做好圍巖的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制措施。

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