軟弱圍巖隧道工程施工技術的研究

李 慶

（中鐵二十二局集團第一工程有限公司， 325113）

0 引言

在高鐵隧道挖掘過程中，經(jīng)常會遇到軟弱圍巖的路段，對整個工程施工帶來一定的危險，一定程度上阻礙工程的正常施工。為了能夠更好地保障軟弱圍巖施工的正常進行，需要采取一定的施工技術對其進行支護，以保證隧道施工安全。本文重點對軟弱圍巖隧道的挖掘、爆破、支護等技術步驟及技術要點進行分析。

1 軟弱圍巖隧道挖掘技術

1.1 臺階挖掘法

臺階挖掘法指的是需要將整個結(jié)構斷面進行一定的區(qū)分，通過分開的形式來進行分別挖掘，這樣才能夠更好地保證施工質(zhì)量。這種方法是隧道施工過程中最主要的施工手段。此種方法適用于各種地理環(huán)境，特別是對不良地質(zhì)條件的情況能夠給進行穩(wěn)定實施。而且這種方法的使用十分靈活，能夠進行穩(wěn)定的掘進工作，還能夠進行一定的施工配合。在上部進行挖掘和支護工作之后，下部分的挖掘工作是比較安全的，這樣就能夠保證整個隧道施工作業(yè)處于安全的環(huán)境之中。而且這種挖掘設備的投資資金較少。施工過程中，首先應該進行一定的弱爆破工作，這樣能夠更好地進行臺階周圍的支護工作。進行支護操作時首先應該進行混凝土的澆筑，然后再進行一定的掛網(wǎng)操作，同時需要進行拱架的搭設，并且通過一定的錨管設置，重新進行混凝土的澆筑，這樣就能夠保證支護質(zhì)量的提升，滿足安全施工的要求。當支護完成后，需要進行下一步的弱爆破工作，繼續(xù)向前進行隧道的挖掘并支護，從而更好地進行隧道掘進施工[1]。

1.2 臺階法與臨時仰拱法結(jié)合施工

在隧道挖掘過程中，使用臺階挖掘法結(jié)合臨時仰拱技術,能夠更好地將所有的小單元進行封閉成環(huán)，能夠讓其受力方向成為一個環(huán)狀，這樣可以較好地進行支護工作，有效防止出現(xiàn)結(jié)構變形問題發(fā)生。當前循環(huán)超前支護工作完成之后，需要進行一定的弱爆開挖工作，并且進行簡單的前期支護，施工方法同上。需要對邊墻進行一定的混凝土澆筑，并且進行厚度的檢查，要求符合設計標準。當混凝土厚度達到要求后，等待其凝固，這樣能夠更好地向前施工。

2 爆破技術方案控制要點

2.1 爆破方式

爆破工作是整個隧道施工中非常重要的一個環(huán)節(jié)，也是施工質(zhì)量的決定性因素之一。因此，需要進行一定的爆破設計工作，這樣才能夠在最大程度上提高施工質(zhì)量，降低施工危險。在施工的過程中，需要通過一定的鑿巖臺車和鉆孔臺架進行配合，從而能夠?qū)鷰r進行鉆孔工作。需要運用導爆管進行起爆工作，通過一定的控制來按照一定的順序進行爆破。在進行爆破的參數(shù)設計中，應該根據(jù)圍巖的地質(zhì)情況和爆破材料等相關內(nèi)容進行研究，這樣才能夠確定爆破參數(shù)[2]。

2.2 炮眼布設

為了能夠提高隧道爆破質(zhì)量，需要進行一定的炮眼設計?？梢岳眯毖蹃磉M行整個炮眼的掏槽工作，能夠順著隧道的掘進面進行一定的布設工作。在進行炮眼設置的過程中，應該符合周邊眼抵抗線的要求。還需要進行輔助炮眼的設置，需要將其設置在內(nèi)圈眼和掏槽眼之間，這樣就能夠更好地滿足爆破的需求。

2.3 爆破控制

在進行爆破工作中，應該針對其爆破質(zhì)量問題來進行一定的技術控制。在進行鉆孔工作之前，需要進行一定的測量防線工作，這樣能夠更好地去對等高線以及相關的炮孔進行位置測量。為了能夠保證測量準確，需要利用激光鉛直儀進行測量，保證其位置符合設計要求。需要在防線的過程中進行水準點的設置，要求每隔100m進行一次的水準點放置。當距離掘進面50m的位置時，需要進行中線樁的埋設工作，并進行爆破參數(shù)的設置，保證爆破效果。在鉆孔作業(yè)前，需要仔細研究炮孔設置圖，對所有的工作人員、機械設備的位置等內(nèi)容進行確定，還需要進行鉆桿的精確定位，保證鉆桿與孔位的誤差不大于5cm，同時保證鉆孔的方向是平行的，不能夠出現(xiàn)交叉的情況，這樣才能夠保證安全施工。周邊眼開鑿應保證其深度不大于3m，其外插角度不大于3°。而眼深度在3～5cm之間時，需要保證其外插角度小于2°，這樣才能夠保證爆破質(zhì)量。在進行含水地段爆破中，應該使用乳化炸藥，而對于其它情況的地段應該用2號巖石硝銨炸藥進行爆破,同時控制炸藥的用量，從而保證爆破效果及爆破安全。

3 隧道支護技術控制要點

3.1 掌子面前方變形控制

在進行軟弱圍巖隧道施工過程中，極容易出現(xiàn)圍巖變形的情況，影響整個施工安全。當隧道開鑿之后，圍巖自身穩(wěn)定時間非常短，無法保證初步的支護時間。因此，需要通過對變形的控制來進行支護。那么就需要進行超前支護工作，減輕其在挖掘后所釋放的荷載，從而保證圍巖不會發(fā)生變形。在進行掌子面前方變形控制主要通過以下技術實施：

3.1.1 小導管支護技術

小導管支護技術是高鐵隧道施工過程中經(jīng)常用到的技術，能夠更好地防止出現(xiàn)坍塌的問題。此種技術需要使用鋼筋、鋼管、注漿管等多種設備進行施工。小導管支護工作主要是在掌子面前方的拱部位置，進行錨桿和鋼管的打入，一般其長度大概在6m左右，而且需要進行斜方向打入，一般是在斜向60°左右。每次進行打入的位置和深度都要根據(jù)實際情況進行一定的調(diào)整，還可以運用砂漿來進行錨固調(diào)整工作。

3.1.2 插板技術

此種技術也是隧道軟弱圍巖支護的一種方法，可以利用插板法來進行一定的支護工作，通過對插板的搭接工作能夠更好地防止出現(xiàn)砂礫泄露的問題。一般都是采用鋼插板，其寬度應該在15m～25cm之間，長度在1.2m～1.6m之間，保證具有30cm的間隔進行打入，這樣能夠保證支護的穩(wěn)定性。鋼插板超前支護如圖1所示：

例如榆陽區(qū)目前廣泛用于水土保持的沙棘，其根、莖、葉、花、果，特別是沙棘果實含有豐富的營養(yǎng)物質(zhì)和生物活性物質(zhì)，可以廣泛應用于食品、醫(yī)藥、輕工、航天、農(nóng)牧魚業(yè)等國民經(jīng)濟的許多領域。榆陽現(xiàn)有沙棘資源40萬畝，利用沙棘為原料進行深精加工能提取沙棘油和藥用沙棘黃酮，其產(chǎn)業(yè)鏈延伸的經(jīng)濟價值能提高數(shù)十倍甚至近百倍。

圖1 鋼插板超前支護

3.1.3 預襯砌技術

此種技術也是超前支護方法的一種，主要是運用具有20cm厚度的混凝土殼來進行掌子面的穩(wěn)定工作，這樣能夠在一定程度上控制地表下沉。

3.1.4 長鋼管支護技術

在采用長鋼管支護時，應該根據(jù)具體的圍巖狀況進行設置，一般應保證其長度為10m～20m之間，進行環(huán)向間隔打設。一般的間隔長度為450mm，當然也有間隔為600mm的實例。因為長鋼管具有比較強的剛度，能夠在軟弱圍巖中起到一定的支護作用，具有比較好的固定效果。而這種鋼管的厚度一般應保證在80mm～140mm之間，打設的角度應控制在4°～10°之間。為了保證支護質(zhì)量，需對長鋼管進行一定的搭設，要求重疊部分不小于3.5m，從而保證支護穩(wěn)定[3]。

3.1.5 管幕技術

此種方法主要是在進行高鐵隧道正式挖掘之前通過鉆機來進行長鋼管的打磨工作，并且對鋼管進行砂漿的填充，能夠更好地保證拱頂?shù)姆€(wěn)定，有效防止出現(xiàn)地面下沉的問題，保證安全施工。此種技術采用的鋼管直徑需要大于150mm，施工長度達到30m以上，一般在隧道的拱部120°的位置進行施工作業(yè)，要求其間距為30cm～50cm，有效防止拱頂坍塌。

3.1.6 水平旋噴注漿技術

水平旋噴注漿技術主要是通過專業(yè)的機械設備來進行鉆孔工作，并且通過回轉(zhuǎn)鉆桿的快速旋轉(zhuǎn)來進行水泥的高壓噴射工作，對圍巖進行切割。此種方法能夠更好地進行拱頂?shù)某爸ёo作業(yè)。

3.2 掌子面擠出變形控制

在進行鐵路隧道施工過程中，為了能夠更好地保證掌子面的穩(wěn)定性，可以對掌子面的形狀進行一定的優(yōu)化，利用傾斜角度的掌子面來進行隧道支護，能夠更好地提高圍巖的穩(wěn)定性。還可以運用球形掌子面，能夠更好地完成隧道的承載工作，可以保證掌子面的穩(wěn)定。

3.2.2 留核心土技術

為了能夠更好地保證隧道挖掘施工的穩(wěn)定性，在進行開挖時應該將掌子面中間的部分留下，通過核心土的殘留來保證掌子面的穩(wěn)定?？梢酝ㄟ^液壓鏟進行一定的分割挖掘，開挖之后需要立刻進行混凝土的澆筑。可以利用弧形開挖技術，通過留核心土能夠更好地控制掌子面擠出位移，有效保證施工安全[4]。

3.2.3 掌子面噴射混凝土技術

為了能夠更好地對掌子面進行穩(wěn)定，通過對掌子面進行混凝土的噴射操作，要求噴射混凝土的厚度保持在5cm～10cm之間。對于軟弱圍巖部分，應該采用留核心土和掌子面錨桿技術進行聯(lián)合使用，在進行開挖工作之后應該立刻進行混凝土的噴射工作，防止出現(xiàn)圍巖土的變形，保證施工安全。

3.2.4 掌子面錨桿技術

為了避免出現(xiàn)隧道坍塌的問題，可以采用掌子面錨桿技術。要求錨桿的長度保證在2m～6m之間，同時需要進行一定的錨桿搭接工作，要求搭接的部分是錨桿長度的一半，這樣能夠在最大程度上提高支護質(zhì)量。

3.3 掌子面后方變形控制

為了更好地進行掌子面后方變形的控制，需要優(yōu)化臺階開挖高度，可以通過計算機軟件來進行模型分析，確定臺階開挖高度。為了提高初期的支護承載能力，在進行混凝土噴射時，可以將噴射混凝土的作用力分散到圍巖之中，這樣能夠更好地保證圍巖整體的平衡，防止出現(xiàn)局部掉落問題。同時對圍巖中出現(xiàn)的凹面進行一定的填充，防止應力集中而造成圍巖坍塌。另外可以通過優(yōu)化錨桿形狀提高自身的強度，從而提高其附著性，提升支護能力；還可以采用高規(guī)格的鋼進行支撐工作，因為其具有比較高的承載能力，能夠更好地促進掌子面的穩(wěn)定；還可以進行多重支護的結(jié)合使用，第一次支護可以用高規(guī)格的鋼進行支撐，進行25cm厚度混凝土的噴射；第二次支付需要進行鋼支撐和15cm厚度的混凝土噴射，這樣能夠提高支護效果。

4 結(jié)束語

綜上所述，為了能夠更好地促進高鐵隧道工程軟弱圍巖的安全施工，本文對鐵路隧道工程軟弱圍巖隧道的挖掘、爆破、支護等施工技術進行總結(jié)分析,施工人員在作業(yè)過程中,要根據(jù)實際施工情況，選擇合適的施工技術，并保證施工操作滿足技術規(guī)范要求，可以有效保證施工安全，實現(xiàn)整體工程質(zhì)量的提升。