極破碎圍巖隧道地層加固技術(shù)研究

汪 劍,唐學(xué)超

（深圳市特區(qū)鐵工建設(shè)集團(tuán)有限公司,廣東 深圳 518000）

0 引言

近年來，中國隧道工程建設(shè)取得了巨大成就，截至2019 年底，我國高速公路總里程已超過149 600 km。其中，公路隧道總長(zhǎng)度為18 966.6 km/19 067 處，占高速公路里程比重為12.68%，為我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到了重要的支撐作用。然而在公路基建項(xiàng)目高速發(fā)展的同時(shí)，復(fù)雜惡劣的地質(zhì)條件成為隧道施工必須面對(duì)的難關(guān)，特別是穿越破碎地帶的情況越來越普遍。因此，加強(qiáng)對(duì)隧道穿越軟弱破碎圍巖段的施工技術(shù)和方法的研究顯得特別重要。

1 地質(zhì)勘察和評(píng)估

在實(shí)施隧道工程之前，進(jìn)行地質(zhì)勘察和全面評(píng)估是不可或缺的步驟。其在整個(gè)工程項(xiàng)目中扮演著至關(guān)重要的角色，使工程師對(duì)地下環(huán)境有全面、深入的了解，特別是有關(guān)圍巖穩(wěn)定性、破碎程度、滲透性等方面的信息。這些詳細(xì)的數(shù)據(jù)和評(píng)估結(jié)果是確保隧道工程成功實(shí)施的基礎(chǔ)，同時(shí)也有助于選擇最適合的加固技術(shù)和方法。

首先，地質(zhì)勘察需通過采集大量地質(zhì)數(shù)據(jù)和樣本來進(jìn)行的，包括鉆探、地下勘測(cè)、地質(zhì)地貌分析和地質(zhì)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試等方法。通過這些手段，工程師能夠獲得對(duì)地下地質(zhì)條件的深刻理解，包括地層的性質(zhì)、分布和變化[1]。

其中一個(gè)重要方面是了解圍巖的穩(wěn)定性。工程師需要確定圍巖是否足夠堅(jiān)固，是否存在可能導(dǎo)致塌方或崩塌的地質(zhì)構(gòu)造或巖層，這就需要通過對(duì)地質(zhì)結(jié)構(gòu)的分析和巖石力學(xué)測(cè)試來加以評(píng)估。

此外，對(duì)圍巖破碎程度的評(píng)估也至關(guān)重要。如果圍巖容易破碎或呈現(xiàn)脆弱性，那么在施工和運(yùn)營過程中可能會(huì)面臨較高的風(fēng)險(xiǎn)。因此，必須了解圍巖的巖石類型、堅(jiān)硬度和結(jié)構(gòu)特性。

滲透性是另一個(gè)需要評(píng)估的關(guān)鍵因素。如果圍巖的滲透性很高，可能需要采取額外的防水措施，以防止地下水或滲漏物質(zhì)進(jìn)入隧道。

根據(jù)對(duì)地質(zhì)環(huán)境的深入了解，工程師可以為隧道工程選擇最合適的加固技術(shù)和方法，比如錨桿、噴射混凝土、巖壁支護(hù)結(jié)構(gòu)等。在某些情況下，可能需要定制的支護(hù)方案，以應(yīng)對(duì)特定地質(zhì)的挑戰(zhàn)。

2 支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

針對(duì)具有極破碎圍巖的情況，必須科學(xué)設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)闹ёo(hù)結(jié)構(gòu)，以確保隧道的安全性和穩(wěn)定性。這些支護(hù)結(jié)構(gòu)在處理極度不穩(wěn)定的圍巖時(shí)發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，支護(hù)結(jié)構(gòu)的選擇和設(shè)計(jì)需要綜合考慮多個(gè)因素，包括地質(zhì)條件、隧道尺寸以及地下水情況。

常見的支護(hù)結(jié)構(gòu)包括以下幾種：

錨桿支護(hù)：錨桿是一種常見的支護(hù)方法，通過將鋼筋或鋼纜固定在圍巖中，然后灌注混凝土或其他支護(hù)材料來提高穩(wěn)定性。錨桿支護(hù)適用于各種地質(zhì)條件，可以應(yīng)對(duì)不同類型的圍巖問題。

噴射混凝土：噴射混凝土是一種將混凝土通過高壓噴射到圍巖表面的技術(shù)，以形成堅(jiān)固的支護(hù)層。這種方法適用于需要高度定制的支撐結(jié)構(gòu)情況，可以在不同的地質(zhì)條件下提供強(qiáng)大的支持。

鋼筋網(wǎng)：鋼筋網(wǎng)結(jié)構(gòu)由鋼筋和網(wǎng)格組成，通常用于控制巖塊的崩塌?？捎糜诩訌?qiáng)和穩(wěn)定圍巖，減少巖塊的脫落。

錨噴支護(hù)：錨噴支護(hù)是一種結(jié)合了錨桿和噴射混凝土的支護(hù)方法。將鋼筋或鋼纜固定在圍巖中，然后使用高壓噴射混凝土以加固圍巖。

支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)必須根據(jù)具體的地質(zhì)條件進(jìn)行定制。工程師需要考慮圍巖的性質(zhì)，包括其穩(wěn)定性、破碎程度、滲透性和可能存在的地下水情況。此外，隧道的尺寸和用途也會(huì)影響支護(hù)結(jié)構(gòu)的選擇。不同類型的支護(hù)結(jié)構(gòu)可以在不同情況下提供不同程度的支持和穩(wěn)定性[2]。

在支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和實(shí)施過程中，安全性是首要考慮因素。工程師必須確保所選的支護(hù)結(jié)構(gòu)能夠承受地質(zhì)變化、地下水壓力以及隧道使用中可能受到的外部影響，如振動(dòng)和地震。此外，定期的監(jiān)測(cè)和維護(hù)也是確保支護(hù)結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期有效的關(guān)鍵因素。隧道斷面結(jié)構(gòu)詳見圖1。

3 錨桿技術(shù)

錨桿加固是一種廣泛應(yīng)用于固定和穩(wěn)定圍巖的技術(shù)。這種支護(hù)結(jié)構(gòu)通過將鋼筋或纖維材料注入圍巖中，然后將其連接到圍巖上，以提供堅(jiān)固的支撐和穩(wěn)定性。錨桿技術(shù)不僅在隧道工程中常見，還在許多其他領(lǐng)域的地質(zhì)和土木工程中得到廣泛應(yīng)用。

工作原理：錨桿加固的基本原理是通過將錨桿插入圍巖中，然后在桿內(nèi)或周圍灌注混凝土、環(huán)氧樹脂或其他固化材料，將錨桿與圍巖緊密連接。這樣，錨桿就能夠分散外部荷載并提供支撐，防止圍巖發(fā)生位移、崩塌或坍塌。

適用范圍：錨桿加固技術(shù)非常靈活，適用于多種不同類型的圍巖，包括破碎的巖石、土壤、泥土和淤泥。通常用于處理巖石中的節(jié)理、裂縫或其他不穩(wěn)定性工況，也可用于加固較軟的土壤或泥土。

材料選擇：錨桿通常由高強(qiáng)度的材料制成，如鋼或纖維復(fù)合材料。這些材料能夠承受高度的張力和剪切力，確保錨桿在連接圍巖時(shí)能夠提供足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。

施工過程：錨桿的安裝通常需要進(jìn)行鉆孔，然后將錨桿插入鉆孔中，打至所需位置，然后注入錨固材料，以確保錨桿與圍巖之間的牢固連接。錨固材料終凝后會(huì)將錨桿和周圍連成一個(gè)整體，形成堅(jiān)固的支撐結(jié)構(gòu)。

檢查和維護(hù)：錨桿安裝完成，做好定期的檢查和維護(hù)，包括檢查錨桿是否受到腐蝕或損壞，并采取必要的維修措施，以保持其性能。錨桿支護(hù)詳見圖2。

圖2 四車道錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)

4 監(jiān)測(cè)和維護(hù)

隧道施工完成后，維持圍巖的穩(wěn)定性是一個(gè)至關(guān)重要的任務(wù)。需要按規(guī)范要求采取圍巖量測(cè)和監(jiān)控量測(cè)及其他維護(hù)措施，來確保隧道在長(zhǎng)期使用中保持安全和可靠。

持續(xù)監(jiān)測(cè)：隧道的穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)是一個(gè)持續(xù)的過程，包括使用各種傳感器和監(jiān)測(cè)設(shè)備來檢測(cè)潛在的圍巖位移或應(yīng)力變化。這些傳感器可以安裝在圍巖表面、隧道結(jié)構(gòu)上或內(nèi)部，以實(shí)時(shí)追蹤任何異常情況。這種監(jiān)測(cè)可以幫助工程師及早發(fā)現(xiàn)潛在問題，采取必要的措施[3]。測(cè)點(diǎn)布置詳見圖3。

圖3 暗挖法測(cè)點(diǎn)布置示意圖

傳感器技術(shù)：傳感器技術(shù)在隧道監(jiān)測(cè)中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。例如，位移傳感器可以用來測(cè)量圍巖的位移，壓力傳感器可以用來檢測(cè)應(yīng)力變化，傾斜傳感器可以用來監(jiān)測(cè)圍巖的傾斜情況。這些傳感器將數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，以供工程師分析和評(píng)估。

定期巡視和檢查：除了使用傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)之外，定期的巡視和檢查也是維護(hù)圍巖穩(wěn)定性的關(guān)鍵。定期的物理檢查包括觀察圍巖表面是否出現(xiàn)裂縫、滑坡跡象或其他異常跡象，并檢查支護(hù)結(jié)構(gòu)是否完好無損。

維護(hù)工作：如果在監(jiān)測(cè)或巡視過程中發(fā)現(xiàn)了問題，及時(shí)采取維護(hù)措施至關(guān)重要。這包括重新加固支護(hù)結(jié)構(gòu)、修復(fù)裂縫、清理垃圾或進(jìn)行其他必要的維護(hù)工作，以確保圍巖的穩(wěn)定性[4]。

數(shù)據(jù)分析和決策：收集的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)需要進(jìn)行分析，并作出相應(yīng)決策。工程師可以使用這些數(shù)據(jù)來評(píng)估圍巖的健康狀況，預(yù)判問題，并制訂維護(hù)和修復(fù)計(jì)劃[5]。

持續(xù)監(jiān)測(cè)和維護(hù)是確保隧道長(zhǎng)期穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。通過使用先進(jìn)的傳感器技術(shù)、定期的巡視和檢查以及及時(shí)的維護(hù)工作，可以確保圍巖在隧道使用壽命內(nèi)保持堅(jiān)固和可靠，同時(shí)降低潛在的風(fēng)險(xiǎn)和安全問題。這些措施有助于確保隧道工程的成功運(yùn)營和維護(hù)。

5 結(jié)論

綜合來看，極破碎圍巖隧道地層加固技術(shù)研究是一個(gè)持續(xù)演進(jìn)和創(chuàng)新的領(lǐng)域，只有通過繼續(xù)深入地研究、實(shí)驗(yàn)和工程實(shí)踐，不斷優(yōu)化技術(shù)參數(shù)，改進(jìn)地層加固工藝等技術(shù)，才能滿足復(fù)雜地質(zhì)隧道施工需求，確保隧道施工的質(zhì)量和安全，為今后交通、基礎(chǔ)設(shè)施和資源開發(fā)等領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展提供有力支持。