试析浅埋偏压软弱围岩隧道施工技术

2015-04-17陈昉

建材与装饰 2015年26期

陈昉

试析浅埋偏压软弱围岩隧道施工技术

陈昉

我国的公路隧道、铁路、水电工程建设中会遇到浅埋偏压软弱围岩隧道。施工队为保证施工质量，不得不采取支护技术、铜鼓钢架、径向锚杆，还有网喷混凝土等方式做实事支护，才能增加围岩的稳定性，保证施工质量的前提下，加快施工进度，增加施工安全系数。目前国内在这方面的技术发展速度很快，与国外一些先进的技术存在差异，但是能够做到隧道施工中地质超前预报，在越来越重视地质条件的今天已经有很大的进步。研究更加安全、快捷、优质的施工方法，依然是我国有关部门研究的重点。综合各方面考虑，设计更加合理的施工技术和方案，提高工程质量。

浅埋；偏压；软弱围岩；隧道；施工技术

这一技术的研究主要是为我国南方地质条件考虑，在公路、铁路的建设过程中经常遇到浅埋偏压围岩隧道。针对这一种隧道的施工技术，早在80年代以前就有所研究，传统的上导坑、和导坑棚架等部分进行开挖，然后采用木支撑作为临时支撑手段，导坑主要采用框架式支撑，对于拱部扩大一般采用扇形支撑，接着实施衬砌。传统的施工方法存在安全隐患，施工质量得不到保障，容易开裂、拱圈下沉，修复维护工作进展十分缓慢，完全不适用于现代施工需求。网喷混凝土等新技术具有施工快、效果等特点，能够增强围岩的稳定性，保证施工安全的同时保证施工进度。

1　软弱浅埋隧道的特点

浅埋隧道很容易受到环境影响，由于临近地表，环境或者各种地质改变对其构造影响很大，所以一般用于隧道口的施工[1]。深埋和浅埋的区别主要是其难以形成载拱。浅埋隧道存在很多问题，对隧道的开挖也会造新城很大的影响，比如偏压、风化带、表层软弱堆积物、软弱围岩等等。隧道在开挖的过程中会出现拱顶急剧下沉、隧道中净空收缩、地表开裂等现象，这些现象的出现对过程的质量有很大的影响。掌子面失稳的情况一旦出现，应该立即采取相应措施，解决掌子面稳定情况，控制地表的下沉情况。在这种情况表明地表的下沉与埋深有密切的关系。施工对为保证隧道横断面能够形成承载拱，采用加大深埋程度方式，开挖以后在隧道周边出现下沉，若深埋过浅，没有形成承载拱，开挖以后下沉状况会影响到地表。所以应该采取支护技术，针对埋深小的隧道增强支撑力，防止支护下沉，并采用辅助工具垂直锚杆、药液压注等方式辅助施工。通过研究地层管棚、水平高压旋喷等辅助方式，能够海山隧道掌子面下沉现象[2]。

2　软弱浅埋隧道的研究现状

由于软弱浅埋隧道施工困难，并且存在安全隐患，国内的许多工程人员和研究学者都十分关注软弱浅埋工程隧道的施工。浅埋软弱围岩隧道施工中，传统方法已经不能适用于现代社会的发展，施工过程中经常出现拱圈下沉、开裂等质量问题。随着新技术的推出，隧道施工谨遵新奥法中的原理，采取相应的保护措施，将新技术应用到隧道的挖掘、支护、钢架、网喷混凝土等措施中，加强隧道稳定性，保证施工安全，提高施工效率。国外在这方面的研究已经十分成熟，也特别助于地质提前预报工作，各个发达国家在建设公路、铁路隧道时，十分注重地质勘察的质量，勘察工作质量决定了施工质量，是隧道建设施工前不可或缺的一步骤。国内有些施工单位也已经注意到隧道地质勘察的重要性，组织专业的勘察小组，集合广大的技术人员共同进行地质勘察工作，为施工队提供专业的资料分析。设计图纸经过审核以后开始实施施工，全部施工人员就位以后还要求做好地质预报和测量工作，了解真实的地质情况，有效提高工作效率，将安全隐患扼杀在摇篮[3]。最大程度上减少塌方、瓦斯爆炸、岩爆等突发状况发生，避免导致施工中断，施工人员安全没有保证，同时能够降低工程造价，是施工方和承包方的利益得到保障。

3　软弱浅埋隧道的施工技术

3.1超前支护及预加固

3.1.1超前支护

软弱破碎的隧道施工中，采用一般的加固措置达不到理想效果，加上环境影响施工质量得不到保障。超前支护能够提高岩体稳定性，稳定松弛变形的围岩，大大提高施工安全性。有很好的加护效果，方便之后的施工操作。适用于风化比较严重、砾石土和节理很发育等一系列比较软弱的围岩条件。可以加固隧道和地下层岩石，同时也是塌方的解决主要办法。利用小导管水泥和水玻璃预注浆止水加固措施，采用常规小型机械就可以实施操作，施工快捷方便，效果明显。还可以采用压缩空气法或气压室法、冷冻法、顶盖法等辅助方法，对施工地进行保护，具有减小地面沉降、强化隧道地层的作用，但是要注意这些辅助施工对环境会造成影响，所以施工完成以后注意植被的回收处理[4]。

主要有三个方面能够体现超前支护的施工效果：梁效果，超前支护的结构是一种岩隧道纵向架梁结构，能够使其发挥刚性梁的效果；壳效果，形成掌子面前方的一个壳结构，主要是依靠壳的口度和硬度保证隧道掌子面的及周边围岩的稳定性；改良效果，主要是将强隧道周边围岩强度。

3.1.2注浆

浅埋偏压软弱围岩隧道的显著特点就是地下水对施工的影响。我国很多地方都使用浅埋偏压方法保证施工进程，提高施工质量，同时保证施工安全。近几年在浅埋偏压软弱岩隧道施工中，我国很多专家学者都做了深入的研究，探索到很多可行性很高的方案。浅埋偏压软弱围岩隧道对于地下水的处理过程中，通常采用堵和引两种方法配合施工，提高施工效果。围堵地下水首先进行整段注浆，达到初步止水的下过，然后加入圆松散岩体，这种方式能够通过高压注浆对岩石层架构进行调整，本质上就是提高岩石等级，是围岩在原有基础上的整体水平得到改善。还有浅孔注浆、管棚注浆、中空锚杆注浆等注浆技术都可以用于隧道珠江施工当中，这几种方式主要是对开挖隧道外进行环形注浆，有效的防治地下水开挖工作范围，减轻施工人员工作量，提高工作效率，但是这种方式并不能改变岩体结构[5]。

3.2隧道开挖

开挖以后十分容易引起岩体塌方，施工队必须提前防治事故发生，主要采用正确的挖掘方式，降低软弱围岩地段塌方的可能。在施工过程中如发生自燃灾害等突发状况，必须立刻停止施工，离开岩体破碎带，调整施工方案，增加施工人员的保护措施，有必要时可以采用技术处理手段。所以施工以前经过进行详细的地质考察，增加施工人员对施工地的了解，针对施工条件、深埋尺寸、偃师级别还有地下水条件，环境气候等等因素做好防护措施，降低事故发生率，保证施工人员生命安全，提高施工效率。还可以为提高施工效率，设计好路线以后，采用两头开挖的形式，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测量画线、上断面开挖支护、下断面开挖支护、浇筑衬、回填灌浆。其中主要分为两种施工方法：①台阶法，这种方法适用于Ⅴ、Ⅳ级围岩，能够随着台阶长度缩短，拱顶位移、地表沉降等现象有所减缓，并且可以根据围岩情况调整台阶长度。其施工设备简单，开挖台架、支架式风钻、小型运输设备，操作简单效果明显。②留核心土法，这种施工方法是根据台阶法演变而来，主要应用在段台阶开挖中[6]。

3.2.2反方向施工

反向施工适用于，施工场地条件差，洞口外悬、覆盖层季度破碎的情况。采用反向施工可以与边仰坡封闭、桥台施工同时进行，有效避开施工难点，减少元地层扰动，增强运营的地质灾害，降低运营的成本投入。

3.3质量监控

在施工现场应该实时监控围岩支护系统的形变过程，进行精确测量。测量目的主要是为了获得有效的观测数据，控制围岩稳定性。测量实施应该在施工前和施工中，能够及时掌握信息，发现问题及时改正。通过现场分析可以判断围岩稳定状态，控制施工顺序以及支护结构的承载能力等。能够有效降低维护成本，提高工作效率。