蔡漢森

(中交一公局廈門工程有限公司，福建廈門　361000)

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談軟弱圍巖隧道施工技術(shù)

蔡漢森

(中交一公局廈門工程有限公司，福建廈門361000)

摘要:介紹了軟弱圍巖的種類及地質(zhì)特點(diǎn)，針對軟弱圍巖的變形原因提出了相應(yīng)的控制措施，并探討了全斷面開挖法、臺階法、CD法等軟弱圍巖隧道的施工技術(shù)及特點(diǎn)，有助于施工人員根據(jù)軟弱圍巖隧道的具體情況選擇施工方法。

關(guān)鍵詞:隧道，軟弱圍巖，支護(hù)結(jié)構(gòu)

0　引言

軟弱圍巖是隧道施工過程中較為常見的不良地質(zhì)段，其地質(zhì)條件較為復(fù)雜，極易增加施工程序，且對施工工藝及施工技術(shù)要求極高。以隧道地質(zhì)條件為基礎(chǔ)，優(yōu)化施工方法，完善工程支護(hù)措施，防止軟弱圍巖支護(hù)變形，嚴(yán)格監(jiān)測隧道環(huán)境及信息，并對圍巖、支護(hù)結(jié)構(gòu)體系等的穩(wěn)定性進(jìn)行監(jiān)測是保證施工安全的關(guān)鍵。

1　軟弱圍巖工程地質(zhì)

軟弱圍巖指的是質(zhì)地較軟、巖體破碎、承載力較低、巖體發(fā)育有裂隙的圍巖。軟弱圍巖的工程地質(zhì)性質(zhì)直接影響著隧道施工的質(zhì)量，導(dǎo)致隧道開挖后出現(xiàn)自穩(wěn)能力差、自穩(wěn)持續(xù)時間短、容易出現(xiàn)坍塌等現(xiàn)象。一般來說，軟弱圍巖最常見的有以下兩種，其一是圍巖表面發(fā)育較好，但里層結(jié)構(gòu)破碎嚴(yán)重，幾乎完全松散，巖體處于層間破碎帶部位。該種類型的巖體以大型斷層、風(fēng)化較為嚴(yán)重的地帶較為多見。另一種是塊體強(qiáng)度低，以黃土、泥巖較為常見。在隧道結(jié)構(gòu)體系中巖體承擔(dān)著非常重要的作用，因而，在實(shí)際的隧道工程中必須要加強(qiáng)對巖體保護(hù)的重視，盡可能避免觸動巖體。除特殊巖類地層外，年代越老的地層巖石成巖程度越高，巖石密度也越大;時間越短的地層巖石，成巖的程度就越低，密度就越小。開挖環(huán)境下、圍巖的受力、地下水的徑流條件均有所變化，應(yīng)高度重視局部的小構(gòu)造、不同巖性的接觸帶、層間不利的結(jié)構(gòu)面組合對隧道穩(wěn)定性的不利影響。

2　軟弱圍巖地質(zhì)特點(diǎn)

隧道工程是一種地下工程，其多修建在巖土體中，其設(shè)計(jì)及施工應(yīng)以工程巖體(圍巖)的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件為主要依據(jù)。這類圍巖工程地質(zhì)特點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn):

1)巖體破碎、粘結(jié)力較弱，由土層、巖體風(fēng)化層組成的圍巖，破碎嚴(yán)重，呈相互交織狀，方向性不明顯，洞室開挖后，僅憑借微弱的膠結(jié)與顆粒摩擦作用成拱，這樣巖體不穩(wěn)定，特別是在淺埋地段極易引發(fā)坍塌。

2)在諸如片巖、泥巖、頁巖、炭質(zhì)巖等軟質(zhì)巖中，因這種巖質(zhì)地較軟、強(qiáng)度低、遇風(fēng)、遇水極易軟化，同時穩(wěn)定性不高，特別是在深埋層，在高應(yīng)力作用下極易引起變形，導(dǎo)致洞室內(nèi)擠。

3)結(jié)構(gòu)面切割后的塊狀巖體，由于其結(jié)構(gòu)面軟，抗壓度低、受拉應(yīng)力弱，易滑塌，粘性低，開挖洞室后，開挖周圍的巖體結(jié)構(gòu)面極易滑動、松弛，出現(xiàn)變形。

鑒于上述工程地質(zhì)特點(diǎn)，隧道工程建設(shè)時，應(yīng)密切關(guān)注圍巖動態(tài)，把握掘進(jìn)時的地質(zhì)狀況，根據(jù)地質(zhì)狀況對特殊地段加固防護(hù)措施。施工方案的制定及設(shè)計(jì)應(yīng)以工程廠區(qū)地質(zhì)條件和巖體條件為依據(jù)，明確場區(qū)地質(zhì)條件和巖體特點(diǎn)是保證隧道工程施工質(zhì)量安全的基礎(chǔ)。

3　軟弱圍巖的變形與控制措施

3．1圍巖的變形

以空間為依據(jù)可將圍巖變形情況劃分成三大部分:1)掌子面在隧道前方發(fā)生水平位移，出現(xiàn)水平鼓起現(xiàn)象;2)掌子面前部發(fā)生圍巖下沉，隧道淺埋地段地表下沉，出現(xiàn)沉降槽;3)隧道剛被開挖，其洞壁就發(fā)生收斂變形現(xiàn)象，出現(xiàn)邊墻向內(nèi)移動，拱頂下沉。上述三種情形通常是在同一時間發(fā)生的，由于軟弱圍巖質(zhì)地松散、軟弱，自穩(wěn)能力極差，開挖后極易出現(xiàn)變形坍塌，致使洞壁臨空，這時就需要重新調(diào)整圍巖應(yīng)力。開挖隧道時，若圍巖與洞壁在凈空方向處發(fā)生變形，且未能進(jìn)行即刻的支護(hù)，或支護(hù)不到位，支護(hù)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)固，不能抵擋其變形力時，就會破壞圍巖支護(hù)結(jié)構(gòu)，引起坍塌。

軟弱圍巖通常需要鋼筋網(wǎng)噴混凝土進(jìn)行處理，以提高其粘附性及抗剪強(qiáng)度。隧道施工過程中若遇到弱圍巖淺埋、偏壓軟弱圍巖淺埋地段則通常難以在拱部正常形成拱形，軟弱圍巖偏壓地段隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)承載的荷載存在較為明顯的差異性，施工過程中極易導(dǎo)致初期支護(hù)縱向開裂、錯臺等現(xiàn)象發(fā)生，嚴(yán)重時甚至?xí)鹚?。支護(hù)結(jié)構(gòu)尚未封閉前，應(yīng)合理的對支護(hù)結(jié)構(gòu)的下沉情況進(jìn)行控制?？傊?，隧道施工中，軟弱圍巖變形特點(diǎn)主要為:變形量大、速度快、時間長、擾動范圍大等。

3．2控制圍巖變形措施

在施工中一定要在地質(zhì)資料詳實(shí)的基礎(chǔ)上科學(xué)分析并加上超前預(yù)報(bào)，才有可能避免事件發(fā)生。在軟弱圍巖中，支護(hù)結(jié)構(gòu)和圍巖共同構(gòu)成了承載的支護(hù)體系，而控制圍巖發(fā)生形變的關(guān)鍵就在于對支護(hù)體系的利用。在隧道施工過程中應(yīng)重視前方封堵及后方加固，以對塌方區(qū)域進(jìn)行合圍，從而有效的避免塌方惡化，提高施工安全性。開挖創(chuàng)造條件，有利于控制先行和后期圍巖、支護(hù)變形，隧道開挖后應(yīng)及時進(jìn)行初期支護(hù)，包括噴射混凝土、錨桿、鋼拱架等，從而有效的對圍巖變形情況進(jìn)行控制。另外施工過程中還應(yīng)盡量減少開挖的斷面及跨度，以有效的對圍巖及支護(hù)變形情況進(jìn)行控制，避免塌方。另外，對于軟弱圍巖地段應(yīng)保證掌子面有足夠的穩(wěn)定性，可通過對拱頂超前支護(hù)、穩(wěn)定拱腳的鎖腳錨管等進(jìn)行維護(hù)的方式提高其穩(wěn)定性。在對支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時應(yīng)確保其可更好的進(jìn)行支護(hù)結(jié)構(gòu)封閉，且應(yīng)有利于整體穩(wěn)定的封閉環(huán)狀結(jié)構(gòu)形成，進(jìn)而盡可能減小支護(hù)自身變形。此外，還可利用超前支護(hù)方式，這種支護(hù)方式主要利用超前小導(dǎo)管，在隧道施工中，支護(hù)前方圍巖，加固周邊地層，利用雙層小導(dǎo)管加固松散地段，進(jìn)而有效擴(kuò)大加固圈范圍。

4　軟弱圍巖隧道施工方法及各自特點(diǎn)

合理的開挖方法對保護(hù)圍巖、減小塑性區(qū)范圍，提高圍巖承載作用有重要價值，施工方法包括全斷面開挖法、臺階法、CD法、CRD法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法、環(huán)形開挖留核心土法等。

全斷面開挖法較為常用，其主要是以設(shè)計(jì)輪廓為依據(jù)進(jìn)行徹底的爆破成形處理，并進(jìn)行襯砌修建的一種方式，該方法具有施工簡單、管理組織方便、可一次成形等多種優(yōu)點(diǎn)，對圍巖的擾動較小，對維持圍巖的穩(wěn)定性有重要幫助。

臺階法也是較為常用的開挖方法，其主要是先從上半斷面進(jìn)行開挖，然后在達(dá)到足夠長度后再同時對上下斷面進(jìn)行開挖的方式，這種方法工序少、有利于機(jī)械施工作業(yè)、作業(yè)速度快，支護(hù)結(jié)構(gòu)封閉過程用時短，減小了掌子面的位移程度及洞周變形程度，便于上臺階封閉，有效控制上半斷面沉降，為下臺階施工安全提供短期穩(wěn)定保障。

CD法則主要是先自一側(cè)開挖，然后再從另一側(cè)開挖的方式，其在Ⅳ級圍巖中的應(yīng)用較多。CRD法多應(yīng)用于短臺階法難確保掌子面穩(wěn)定的情況下，CRD法易于對變形情況進(jìn)行控制。在實(shí)際的隧道工程施工過程中應(yīng)根據(jù)具體情況選擇最佳施工方法，做到因地制宜，提高施工質(zhì)量及安全性。

5　結(jié)語

軟弱圍巖隧道施工應(yīng)根據(jù)圍巖實(shí)際情況，工程實(shí)際進(jìn)程，合理安排施工方法和技術(shù)。施工中應(yīng)重點(diǎn)做好三個方面:第一，預(yù)先加固圍巖，優(yōu)化圍巖地質(zhì)條件，增強(qiáng)圍巖自穩(wěn)性能;第二，隧道開挖施工中，保護(hù)好圍巖，盡量不破壞圍巖自穩(wěn)性能;第三，隧道開挖后，做好圍巖的支護(hù)，尤其是在圍巖變形前，將圍巖變形程度控制在合理范圍內(nèi)。另外，我們應(yīng)加強(qiáng)對隧道開挖設(shè)備、支護(hù)材料、施工技術(shù)上的研究開發(fā)力度，以促進(jìn)軟弱圍巖隧道施工水平的不斷提升。

參考文獻(xiàn):

［1］黃星明．軟弱圍巖隧道施工方法及施工工藝的探討［J］．黑龍江交通科技，2012(7):43-46．

［2］趙艷峰．軟弱圍巖隧道施工技術(shù)探析［J］．黑龍江交通科技，2012(3):70-71．

Discussion on soft surrounding rock tunnel construction technology

Cai Hansen
(China Communication 1st Corporation Xiamen Engineering Co．，Ltd，Xiamen 361000，China)

Abstract:With an introduction of soft surrounding rock kinds and geology features，in light of soft surrounding rock deformation causes，the paper puts forward corresponding control measures，and explores soft surrounding rock tunnel construction technologies and features of whole-section excavation method，bench method and CD method，which will be good for construction staff to select construction methods according to specific soft surrounding rock tunnel conditions．

Key words:tunnel，soft surrounding rock，bearing structure

作者簡介:蔡漢森(1981-)，男，工程碩士，工程師

收稿日期:2015-10-25

文章編號:1009-6825(2016)01-0172-02

中圖分類號:U455

文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A