特殊软弱围岩（精选7篇）
特殊软弱围岩 篇1
1工程概况与地质概况
黄竹头隧道位于侵蚀剥蚀丘陵区, 地势南高北低, 起伏较大, 沟谷坡地零星分布, 地形较陡, 山体侵蚀剥蚀较为强烈, 山体自然坡度30°~70°。高程为143~326m, 相对高差40~180m, 地表植被茂盛。隧道起讫里程DK7+486~DK10+845, 全长3359m, 为单线隧道。洞身进口段DK7+486~DK8+351.57位于R=2800m曲线上, 出口段DK9+891.46~DK10+845位于R=3000m曲线上, 其余段落均位于直线上。洞身坡度为-5.0‰的单面坡。
黄竹头隧道出口段紧邻村庄, 村落比较集中, 离民房较近, 施工噪音对居民区影响较大;施工过程中还应考虑震动及地表沉降对住房结构的影响。
隧道出口DK10+660~DK10+845段处于超浅埋软弱围岩地段, 最小埋深4米, 最大埋深也仅23米。穿越全风化燕山期花岗岩地层, 岩体已风化成高岭土, 含水饱和, 属于特殊软弱围岩花岗岩地层。另外此区段落位于山坡坡脚处, 山体沟谷汇水流至此, 造成该区段地下水丰富。根据隧道明洞段开挖及正洞管棚施工时揭示该段地下水量大, 而且明洞开挖过程中, 岩体一经开挖扰动, 即液化成泥浆涌出 (见图1) 。
隧道出口DK10+660~DK10+845段位于震旦系板岩与燕山期花岗岩接触带处, 由于该区段岩层受多期构造运动及风化作用, 岩体破碎, 节理裂隙发育, 因此地表水下渗相当严重, 导致地下水相当丰富, 施工时可能发生涌水、突泥现象 (图2) 。
2现场施工情况
2011年4月施工至该段隧道, 正处于江南地区梅雨季节, 降水时间长, 雨量充沛, 加之花岗岩全风化地质, 地表水下渗快, 导致地下水趋于饱和, 造成隧道开挖安全风险增加。原设计采用复合式衬砌结构, 初期支护采用型钢+挂网喷锚支护, 并采用双层小导管预支护。洞内按原设计方案进行施工时, 多次出现拱顶掉块, 掌子面渗水严重, 局部出现弱流水及涌泥现象;已完成初期支护段出现渗水严重, 局部地段出现环向裂纹。
为确保黄竹头隧道出口DK10+660~DK10+845段超浅埋软弱围岩地段的施工安全、质量, 并确保隧道的施工进度, 项目部决定停止掌子面施工, 并采用喷射混凝土封闭, 先对该段浅埋地段进行加固处理。
3处理方案比选
考虑到该段地质情况为全风化燕山期花岗岩, 岩体破碎、节理裂隙发育、地下水丰富, 并且全风化花岗岩遇水即软化成流塑状泥。综合上述围岩特性因此在提出的方案时必须满足两个条件:其一, 采取有效措施阻断地下水进入隧道施工范围内;其二, 采取加固措施对隧道拱部破碎的围岩进行预加固。我们组织有经验的技术人员在方案安全可行, 质量、进度可控的原则, 初步确定了三种方案进行比选:方案一:该地段隧道开挖边线外两侧每30米设置一个降水井降水, 并且对隧道拱部采取地表注浆加固。该方案通过设置降水井能够比较有效的阻断地下水, 并再对隧道拱部进行地表加固注浆能较好地保证注浆效果, 形成拱部应力拱圈环;方案二:该地段隧道洞内采用超前帷幕注浆, 每循环30m~40m, 注浆范围至隧道开挖轮廓线外5m~8m, 由于该段围岩较差, 不能利用岩体作为止浆岩盘, 每道注浆采用混凝土浇筑止浆墙。该方案通过在隧道开挖外轮廓5m~8m范围的注浆固结, 确保了隧道施工范围内地层的围岩含水量大大减少, 防止开挖范围外地下水渗透至掌子面, 很大程度增强了隧道拱部地层的围岩稳定性, 可以保证隧道施工安全;方案三:该地段采用地表高压旋喷桩加固地层措施与洞内加强支护措施相结合:DK10+695~DK10+785段隧道两侧各10m地表采用高压旋喷桩加固地层, 桩径60cm, 桩间距1.2m, 梅花型布置, 加固深度至全风化层底;DK10+580~DK10+695段采取洞内加密型钢钢架并辅助超前双排小导管的加强措施。该方案通过采用地表旋喷桩加固地层措施与洞内加强支护措施相结合的加固措施能够很有效地止水, 并且围岩加固效果好, 能确保隧道施工安全。
结合黄竹头隧道出口该地段具体情况, 对以上方案进行论证评选, 得到的结论如下:方案一中, 地表注浆法是利用液压或气压的原理, 通过注浆管把浆液均匀地注入地层中, 浆液以填充、渗透和挤密的方式, 赶走土颗粒间或者岩石间隙中的水分或者空气后占据其位置, 经过人工控制一定时间后, 浆液将原来松散的土体颗粒或裂隙胶结成一个整体, 形成一个结构新、强度大、防水性能好和化学稳定性良好的“结石体”。其一, 由于全风化花岗岩地层地下水相当丰富, 土体趋于饱和且排水困难, 空隙水压上升较快, 浆液渗透困难, 注浆固结效果难以保证。其二, 井点降水能减少地下水对隧道开挖的影响, 但降水过程的噪声对居民区影响大, 降水过程中由于地下水位的降低, 会造成井点周围土压力下降, 全风化花岗岩地层自稳能力差, 可能导致井点塌陷及边仰坡滑塌, 可能引起出口地段民房开裂。该地段处理中方案一不适用;方案二中, 超前帷幕注浆, 能起到隔水帷幕的作用, 开挖范围外土体通过注浆固结后, 很大程度增强了隧道拱部地层的围岩稳定性, 能防止开挖过程中的坍塌、掉块。但由于该区段岩层受多期构造运动及风化作用, 岩体破碎, 节理裂隙发育, 因地表水下渗相当严重, 导致地下水相当丰富, 岩体一经开挖扰动, 即液化成泥浆涌出, 在止浆墙的施做过程中对围岩的扰动较大, 施做时间间隔较长, 很难保证掌子面的稳定。帷幕注浆同样面临土体排水困难, 注浆过程中土壤空隙水压上升较快, 浆液渗透困难, 注浆效果难以保证的问题。该地段处理中方案二不适用;方案三中, 地表旋喷桩加固地层措施与洞内加强支护措施相结合, 地表采用高压旋喷桩对开挖范围内进行加固, 高压旋喷桩加固采用高压浆液通过钻杆转动对土体不同角度的冲击破坏与切削, 使土体与浆液的充分混合、固结达到加固土体的目的。对淤泥、淤泥质土、黏性土、粉土、砂性土、碎石土均有良好的处理效果。洞内采取加密型钢钢架并辅助超前双排小导管注浆及局部管棚的加强措施, 能防止开挖过程中的坍塌、掉块。该地段处理中方案三满足要求。
综上所述, 最终决定采用方案三进行施工。
4高压旋喷桩加固范围及方案
4.1高压旋喷桩加固范围及处理目的
根据隧道的地质情况, 高压旋喷桩加固范围为隧道中线两侧各10m, 加固中线与隧道中线平行, 里程为DK10+660~DK10+785;旋喷桩的纵横向间距为1.2m, 梅花型布置, 加强桩间注浆渗透效果, 改善土体的整体固结性。
隧道拱顶处加固深度为隧道洞顶至隧道最大跨处, 固结开挖面洞顶围岩, 防止开挖过程中洞顶掉块、坍塌冒顶及防止掌子面突泥现象。隧道开挖轮廓两侧靠外两排桩钻孔全长旋喷, 深至W[3]地层以下1米, 起到隔水帷幕效果, 减少隧道开挖范围外的地下水通过渗透作用至掌子面涌水造成掌子面坍塌。
4.2旋喷桩施工工艺
高压旋喷桩是利用工程钻机把带有喷嘴的注浆管钻到设计深度后, 采用高压设备使水泥浆液以25Mpa左右的高压流从喷嘴喷射出来, 冲击破坏原地基土体, 形成预定形状的空间, 随后注入置换材料 (水泥浆) 将冲下的土体置换成混合凝固体, 达到改良土体性能的目的。旋喷桩主要用于加固地基, 提高地基的抗剪强度, 改善土的变形性质, 软基在上部荷载作用不产生破坏或过大的变形。
本次旋喷桩采用水灰比为1.0水泥浆作注浆材料, 并掺入速凝剂, 灌入水泥浆液的比值取1.45-1.5, 返浆比重取1.2-1.3, 水泥用42.5R普硅, 水泥用量约250kg, 掺适量速凝剂以利于保持旋喷体的形状。
(1) 旋喷施工工艺: (1) 钻机就位钻机严格按设计并经测量放线的孔位去对中, 保持钻机垂直, 施工时旋喷管的允许倾斜不大于1.5%; (2) 钻孔本次单管旋喷采用钻机引孔, 钻进深度均能达到50m以上, 孔位偏差不得大于50mm; (3) 插管插管是将旋喷管插入设计预定的深度。在插管过程中, 为预防泥砂堵塞喷嘴, 可边射水、边插管, 水压力一般不超过1Mpa。水压过大, 易将孔壁射塌; (4) 喷射作业当旋喷管插入设计预定的深度后, 由下而上进行喷射作业, 直至设计的桩顶深度。施工人员必须时刻注意检查注浆压力、注浆的流量、浆液的水灰比、旋喷机的旋转速度、提升速度、浆液的初凝时间等, 并做好施工记录; (5) 冲洗喷射作业完成后, 应把旋喷管、高压管、高压泵等机具清洗干净, 不得残存水泥浆, 通常把浆液换成清水, 在地面上喷射, 以便把泵内、管内的水泥浆液排除干净; (6) 移动旋喷机具将旋喷钻机移至新的孔位, 重复上述步骤完成下一个桩的旋喷工作。
(2) 主要技术要求: (1) 钻机或旋喷机就位时机座要平稳, 立轴和转盘与孔位对中, 倾角误差不得大于1.5%; (2) 喷射注浆前要检查高压设备管线系统, 设备的压力和排量必须满足设计要求, 管路系统的密封必须良好; (3) 喷射注浆前要做好准备工作, 开动注浆泵后, 待水泥浆的前锋流出喷嘴后, 才可提升旋喷管。从下而上旋喷注浆; (4) 喷射注浆的前段与后段应搭接0.1m以上, 防止固结体脱节; (5) 为了加大固结体尺寸或遇深层硬土, 可以提高喷射压力或降低提升速度; (6) 冒浆的处理, 在旋喷桩处理中, 往往有一部分土粒随着一部分浆液沿着孔壁冒出地面。通过对冒浆的观察, 可以及时了解土层情况、旋喷的大致效果和旋喷参数的合理性。冒浆量小于20%为正常现象, 超过20%或完全不冒浆, 应查明原因并采取措施:若地层中由于空隙引起的不冒浆, 要在浆液中掺入适量的速凝剂或增加注浆量填充空隙后继续正常旋喷;若冒浆量很大时, 应提高喷射压力、缩小喷嘴直径。
5处理效果分析
黄竹头隧道出口DK10+660~DK10+845段通过高压旋喷桩进行地表加固, 整体效果良好, 各项既定指标均满足要求, 确保了隧道的安全通过: (1) 高压旋喷桩施做完毕后, 对其进行无侧限抗压强度实验, 满足设计要求;对处理后的复合地基承载力检测, 均满足设计要求; (2) 在隧道开挖过程中, 掌子面渗水得到了有效控制, 之前封闭前出现的弱流水基本消失。旋喷桩固结体强有效的止水效果, 开挖掌子面和完成初期支护后的喷射混凝土表面基本干燥无水; (3) 围岩稳定性较好, 改善隧道受力状况。旋喷桩固结体形成了良好的应力环, 承受了外部地层的土压力, 减小了洞内初期支护钢架、喷射混凝土和网片的受力。隧道开挖过程中无塌方, 拱部、边墙薄弱处钢拱架无劈裂现象, 初期支护面无裂纹; (4) 加快隧道施工进度。旋喷加固之前隧道基本处于停滞状态, 月进尺不足10米, 加固后施工进度显著加快, 日进尺达到1~1.5米。
6施工经验和结论
黄竹头隧道出口DK10+660~DK10+845段经过使用高压旋喷桩进行地表加固, 在隧道开挖过程中, 洞内掌子面渗水明显减少, 洞顶掉块现象得到较好的控制。有效的控制了花岗岩全风化软弱富水围岩浅埋隧的道施工风险, 确保了隧道的安全、质量及进度, 达到了预期的效果。在本次加固处理过程中, 得到的经验如下: (1) 高压旋喷桩对粉质黏土、细角砾土、全风化花岗岩地层有良好的处理效果。但对于土体中有较多块石及大粒径杂填土处理时, 由于喷射流收到阻挡或削弱, 冲击破碎力急剧下降, 切削范围小, 对处理效果影响较大; (2) 高压旋喷桩喷射浆液能量大、速度快, 连续和集中的作用于周围的土体时, 土体均有巨大的冲击和搅拌作用, 是注入的浆体和土体凝固效果较好; (3) 隧道拱顶注浆应注意孔间距与桩径的关系, 桩间土体必须搅拌充分, 相两桩之间旋喷范围应有重叠, 不得留有隔离带, 从而达到拱顶整体固结的效果; (4) 隧道开挖轮廓两侧靠外两排桩施工时, 应更加注重桩体的完整性, 及垂直度。喷嘴直径适当增大, 同时增大喷射压力, 达到桩径增加的目的, 使得双排桩咬合充分。桩底落至W[3]地层1m, 起到隔水帷幕的作用。同时在隧道开挖阶段, 开挖断面被挖除时, 桩身将承担一部分被动土压力, 能够确保洞内拱墙两侧的稳定性; (5) 利用高压旋喷桩进行隧道地表加固具有施工占地少、振动小、噪音较低, 施工进度快等有点;但容易污染环境, 成本较高, 在施工过程中应沿场地四周做好截水沟及沉淀池, 防止浆液溢流, 污染环境。
摘要：高压旋喷桩, 是以高压旋转的喷嘴将水泥浆喷入土层与土体混合, 形成连续搭接的水泥加固体。施工占地少、振动小、噪音较低, 但容易污染环境, 成本较高, 对于特殊的不能使喷出浆液凝固的土质不宜采用。当前我国大力发展西南地区铁路项目建设, 该地区山高坡陡, 线路设计隧道所占比例较大, 隧址区存在地质复杂、地形多变、隧道进出口多存在浅埋、偏压及软弱围岩、洞口基底软基等地质危害, 利用高压旋喷桩施工技术对隧道洞口浅埋地段、富水特殊软弱围岩及基底进行加固, 为安全进、出洞施工及明洞施工提供了安全保证。
关键词：隧道,特殊软弱围岩,地表加固,高压旋喷桩
参考文献
[1]任伟新.高压旋喷桩在饱和动态含水砂层浅埋暗挖隧道中的试验与应用探讨[J].铁道标准设计, 2009 (7) :83-87.
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[4]TZ204-2008铁路隧道工程施工技术指南[S].
软弱围岩隧洞施工 篇2
富水水库放空隧洞工程位于湖北省阳新县境内长江水系与富水流域中下游交界处的龙港镇, 为富水水库除险加固工程。隧洞设计为圆形断面, 开挖洞径8.0m, 洞长312m, 洞口边坡设计为1:1。
隧洞轴线顶全线住有居民, 最大隧洞埋深只有54米, 施工的安全直接影响到居民的生命财产的安全。放空隧洞设计洞线地段位于通山复式背斜之排楼倒转背斜的南翼, 其地层出露主要为下志留系水云母页岩, 质软易风化, 水云母含量80%以上。裂隙中含有黄铁矿, 遇水软化, 并有硫化物析出。围岩属Ⅳ——Ⅴ类围岩, 岩体稳定性差, 自稳时间短的特点。现象表现为挖掘机挖不动, 遇水成泥浆。
由于进水闸及引渠基坑的开挖造成洞轴线方向边坡及右侧边坡的蠕变, 还未达到进洞面, 就形成边坡最大水平位移达到95cm、垂直位移达35cm, 边坡喷锚支护被破坏, 导致居民住房裂缝最大达12cm。为此, 湖北省水利厅主要领导及专家多次到施工现场检查指导工作。
2 问题分析
本工程存在的主要问题是洞口边坡失稳、洞挖难度大, 不能按常规爆破施工。经过多次专家会讨论、分析, 大家一致认为导致边坡失稳的主要原因是:地址条件差;设计边坡太陡;业主、设计、监理、施工均无类似经验。
专家们认为, 处理好边坡, 隧洞是可以继续施工的。但是洞挖应采用人工风镐开挖结合小药量松动爆破及逐孔间隔控制爆破的施工方法施工, 爆破参数必须经现场多次试验确定。
3 解决问题的方法、步骤依据
3.1 边坡截、排水处理
在边坡开挖线上挖排水沟 (50cm×60cm) , 浆砌块石衬砌, 水泥砂浆抹面。边坡用彩条布覆盖。
3.2 进洞口进行锁口
为抑制边坡下滑, 并使洞顶围岩厚度达到规范要求, 首先进行了混凝土锁口。
根据地质情况差、泥质页岩易软化的特点, 我们根据我单位在伯利兹马卡尔电站引水隧洞的施工经验, 提出隧洞锁口方案, 设计人员及监理人员进行了多次研究, 最后同意实施。开挖过程中密切关注边坡的稳定情况, 在开挖到高程37.00m时边坡开始缓慢地蠕变;为确保边坡安全和施工安全, 主坡和左右侧坡不再下挖, 即进行进洞锁口施工, 施工情况如下:为确保进洞开挖前期施工的围岩稳定, 我方在施工中采用了钢筋混凝土锁洞口, 混凝土洞口的外形为城门洞拱盖形, 净宽8m, 净高8m, 即在隧洞洞身之外进行锁洞口。锁口范围:自0-009桩号开始锁洞口, 沿现状主坡锁口至0+000桩号;同时在主坡和侧坡上浇筑贴坡混凝土, 使锁洞口混凝土结构与侧坡、主坡连成一个整体, 以利于锁口混凝土结构的稳定。锁口混凝土结构图见下图。锁口采用钢筋混凝土结构, 并在洞脸先打棚架锚筋, 以便于隧洞开挖时与支护钢拱架连成一体, 形成棚架结构。锚筋外露1~1.5m与混凝土锚接。同时考虑到岩石为强风化页岩, 属Ⅴ类围岩, 锁口时在主坡上洞顶范围内垂直洞轴线方向打入锚筋, 并将锚筋预留1.5m长与锁口贴坡混凝土衔接, 使岩体与锁口混凝土拱盖连为一体, 增加锁口的稳定性。
3.3 放缓边坡
将进水闸沿洞轴线向上游移9m, 使边坡达到1:1.5。锁口完成后进行闸室、渐变段及放空洞第一节的施工。待混凝土到龄期后, 进行土石方回填, 回填至48m高程后再进行洞挖。
3.4 隧洞施工
根据隧洞开挖施工的实际情况, 隧洞开挖后围岩有少量裂隙水渗出时, 岩体将在短时间内 (1~3小时内) 随着围岩的裂隙及节理面进行垮落, 施工中采用边开挖边支护, 人工风镐开挖结合小药量松动爆破及逐孔间隔控制爆破的施工方法施工, 取得较好的效果。
3.4.1 施工程序
掌子面开挖前的施工准备→排水处理→掌子面预处理 (超前锚杆施工) →隧洞掘进及临时支护 (钢架、挂网、喷射混凝土施工) →基础面处理→隧洞混凝土衬砌→养护→转入下一循环。
3.4.2 隧洞开挖衬砌施工方法
由于洞口受山坡岩体压力, 渗水不利因素影响, 且放空洞岩层属水云母页岩, 有松散性、质软、易风化、自稳时间短的特性, 在进洞开挖施工过程中, 将开挖施工中采用上台阶法和短台阶法进行施工。开挖方法分为两种, 一种是采用手风镐进行开挖;一种是采用手风钻造孔, 小炮爆破开挖结合光面爆破开挖进行施工。对于桩号0+003~0+007段及断层破碎带的掘进采取手风镐进行开挖, 采取台阶法进行施工, 先进行左侧上半部施工, 然后进行右侧上半部施工, 最后进行下半部施工;采取短进尺进行施工, 每次施工长度为1.0m, 边开挖边支护。
其它地段采取手风钻造孔、小炮爆破开挖结合光面爆破开挖进行施工, 上台阶法结合短台阶法进行开挖, 超前支护结合钢支撑的方式进行支护。根据围岩的特点采取多钻孔、少装药、短进尺、逐孔起爆的方式进行开挖施工。控制进尺 (钻孔深度控制在1.8m, 每一循环进尺控制在1.5m) , 采取火雷管结合导火索进行逐孔点火起爆, 每孔的装药量根据现场试验进行确定;保持围岩不受过分扰动和减轻因爆破造成的应力集中, 并争取在开挖爆破后5小时内进行喷混凝土支护, 对出露围岩面进行封闭, 维护爆破后围岩的稳定性。
上台阶进洞开挖利用下半圆拱力支撑上半圆围岩的稳定, 待上半圆进洞2~4个循环 (每个循环为1~1.5m) , 并待支护达到稳定后, 再进行下半圆隧洞石方开挖施工。下半圆开挖采用人工风镐开挖。开挖顺序见图2。
隧洞爆破施工布孔装药见图3:
施工中装药量:
施工出渣采用人工配合2m3装载机装渣并运输至洞口, 5t自卸汽车运输至弃料场, 投入装载机1台, 自卸汽车3台配合装运。完成一次爆破的出渣 (按虚方115m3石渣计算) 需2~3小时。
由于工作掌子面存在渗水, 地质条件较差, 洞身开挖采用超前锚杆进行超前支护, 钢桁架、钢筋棚架配合支护。
步骤1:打设超前锚杆, 采用气腿式手风钻沿开挖轮廓线进行造孔, 水平倾角为5°~8°, 孔深为4.0m, 孔距为40cm, 锚杆采用长4m的φ25mm螺纹钢, 并在最初打设锚杆的位置设立一弧向钢筋, 将锚杆外露部分连接成一体, 下一排锚杆与上一排重叠的部位为50cm, 并将外露部分焊接在钢支撑上。在开挖后, 首先对开挖顶面及侧面进行初喷混凝土, 喷射厚度为3~5cm, 在开挖前进1~2m时, 及时进行喷护。
步骤2:采用钢支撑支护, 钢支护采用10cm槽钢与φ25mm螺纹钢组合支撑, 在半圆形拱架拱脚部位打支撑锚杆, 锚杆规格:4Φ25, 孔深3.0m, 利用药卷锚杆 (LH200型浸水式锚固剂, 实际施工中锚固力能满足施工要求) , 在孔口外露端焊接钢板一块作为连接板:钢板厚10mm, 长8cm, 宽12cm。该钢板连接板作为拱架的支座。在安装钢桁架时, 在支座底部采用100×25×5cm的木板支撑基础, 将已经制作好的拱架运至洞内进行拼装;钢桁架间距为1.0~1.5m, 焊接在锚杆铁板拱座上, 根据开挖情况在左侧安装钢桁架支撑并与锚杆连接钣焊为一体, 同时对顶部一侧的桁架顶部竖立临时钢管支撑, 在完成右侧开挖后, 安装另一侧钢支撑, 并与先安好的钢支撑顶端、锚杆、连接钣焊为一体, (在顶部的两侧用两根水平钢筋连接, 要求按永久连接件焊接牢固) 。
步骤3:钢桁架纵向用钢管或钢筋将其连接为一个整体, 钢管间距为50cm, 采用钢筋时为Φ20间距25cm, 钢管 (钢筋) 与钢桁架采用焊接方式连接。
步骤4:在上半部开挖面布设钢筋网片。
步骤5:对形成钢格网的构架进行喷混凝土施工, 增强该部位的整体强度, 喷射厚度以盖住钢桁架为准。通过钢桁架支护, 使围岩基本处于稳定状态, 保证进洞爆破开挖、衬砌施工工艺正常进行。
喷射混凝土是利用压缩空气为动力, 将混凝土拌和料借助喷射机械通过输送料管和喷嘴直接喷射到喷面上并快速硬化的施工技术。配合比要求:能满足所需的强度要求, 粘附性较好, 能获得密实的混凝土;回弹量少、粉尘少, 不发生堵管。根据这些要求, 采取以下控制措施进行控制:水泥用量控制在350~400kg/m3;水泥用量过少, 则回弹量大, 初期强度增长慢;水泥用量过多时, 一是不经济, 二是喷射施工时粉尘增多, 恶化了施工环境, 另外在混凝土凝结过程中收缩较大, 会产生裂缝。
胶骨比 (水泥:砂加石) 宜为1:4~1:5;砂率:砂率宜控制在50%~60%。砂率的大小影响喷混凝土的性能, 还影响其力学性能。砂率过大因粗集料不足, 喷射时石子对混凝土冲击捣实力不大, 使喷混凝土的强度降低;同时砂多使集料表面积增大, 达不到相应的坍落度和流动性。水灰比:水灰比控制在0.5~0.6。水灰比的大小影响喷混凝土的回弹率和强度, 水灰比过小强度虽高但回弹率较大;水灰比过大时则强度低。
4 效果
富水水库放空洞工程完成工程量已超过2/3, 目前, 工程正在安全稳步的推进。锁口和闸室的外移, 确保了工程的安全。总之, 隧洞施工方案是成功的。
摘要：对软弱围岩中的隧洞施工安全问题进行了分析, 提出了有效的施工方案, 并对软弱围岩中的隧洞施工方法进行了详细的阐述。
隧道软弱围岩施工技术探索 篇3
针对软岩隧道矿压显现规律和特征, 软岩隧道支护的基本原则和措施应为:不仅应及时支护。而且应有较高的初撑力和初期增阻速度, 以及足够的支护阻力。
在以变形压力为主的软岩中, 隧道刚掘出时在岩体能保持自稳的条件下, 应允许围岩产生一定变形。以释放能量.隧道支护在保持较大阻力的情况下, 为了适应围岩的变形特点和减小变形压力, 应采用具有一定柔性或可缩量的支护。
为了适应软岩隧道初期来压快、变形强烈的特点, 采用二次支护比一次支护更有利于隧道稳定。采用围岩加周与隧道支架并举、加固先行的综合支护技术。可充分发挥围岩的自稳能力。不少矿区采用喷射混凝土和锚杆作为一次支护.然后用U型钢可缩性支架或混凝土弧板块为永久支护, 取得了良好效果。
底板是隧道支护的基础, 加强底板管理是提高软岩隧道稳定性的关键, 尤其是遇水崩解和澎胀的粘土岩, 及时封闭, 防止脱水后又浸水, 是控制底板强烈膨胀的恨本措施。现用加固底板防治底鼓的措施主要有:底板锚杆、底板注浆、封闭式支架以及混凝土反拱等.采用锚杆和注浆防治底鼓的效果与底板岩层的性质、底鼓形式, 以及施工工艺有密切关系。带底拱的全断面支护是我煤矿中常用的防治底鼓的有效措施。用卸压法防治底鼓目前尚处于试验研究阶段, 底板松动爆破后再注桨加固的卸压-加固法是较有发展前景的方法。
支架架后充填可改善支架的受力状况.显著提高支架的承载能力.封闭围岩, 防止风化和水浸蚀, 是软岩隧道支护中的一个重要环节。
此外, 在含水量很大的岩层中还需采取预先疏干或排泄水的措施。
永久支护必须具备足够的承载能力, 防止水的浸蚀和支护失效引起的围岩急剧变形, 以及能承受在附近开掘或翻修隧道时引起的应力扰动, 必须避免隧道支护屡遭玻坏和频繁翻修的恶性循环。因此, 软岩和深井隧道支护必须进行认真的设计, 设计前应掌握软岩的属性、围岩压力的类别。以及进行围岩变形的预测, 支架一围岩关系的分析等。在此基础上正确选取能有效控制围岩的支护型式、结构、承载能力和可缩量等参数, 以及施工工艺。在施工过程中要坚持矿压测试, 根据测试结果。不断调整支护参数, 改善支护效果.实现永久支护后隧道基本上不再翻修。
1 隧道围岩控制原理
降低隧道围岩应力。提高围岩稳定性以及合理选择支护是隧道围岩控制的基本途径。挖掘引起的支承压力不仅数倍于原岩应力, 而且影响范围大。隧道受到挖掘影响后, 围岩应力、围岩变形会成倍甚至近十倍地急剧增长, 因此, 隧道围岩控制手段的实质是如何利用隧道挖掘引起工程周围岩体应力重新分布的规律, 正确选择隧道布置和保护方法, 使隧道位于应力降低区内, 从而减轻或避免挖掘引起的支承压力的强烈影响, 控制围岩压力。
2 隧道围岩压力探索
采掘活动引起隧道围岩应力集中和重新分布, 使隧道周边岩体自稳能力显著降低, 导致向隧道空间移动。为了防止围岩变形和破坏, 需要对围岩进行支护。这种因围岩变形受阻而作用在支护结构物上的挤压力或塌落岩石的重力, 统称为围岩压力。根据围岩压力的成因, 可将其分为以下四种类型:
(1) 松动围岩压力。由于隧道开挖而松动或塌落的岩体, 以重力的形式直接作用于支架结构物上的压力, 表现为松动围岩压力载荷形式。如支护不能有效地控制围岩变形的发展, 围岩形成松动垮塌圈时, 将导致松动围岩压力出现, 通常顶压显现严重。
(2) 变形围岩压力。支护能控制围岩变形的发展时, 围岩位移挤压支架而产生的压力, 称为变形围岩压力, 简称变形压力。在“围岩一支护”力学体系中, 只要围岩与支架相互作用, 围岩就会对支架施加变形压力。弹性变形压力是围岩弹性变形时作用于支架上的压力, 弹性变形产生速度极快, 变形量很小, 对于围岩、支护相互作用过程而言, 实际意义不大。塑性变形压力是由于围岩的塑性变形和破裂, 围岩向隧道空间位移, 使得支护结构受到的压力, 是变形围岩压力的主要形式。
塑性变形的大小主要取决于隧道塑性区和破裂区的范围。塑性区的扩展具有明显的时间效应, 塑性区不再扩展时, 围岩变形速度下降而逐渐稳定并趋于流变。
(3) 膨胀围岩压力。围岩膨胀、崩解体积增大而施加于支护上的压力, 称为膨胀压力。膨胀压力与变形压力的基本区别在于它是由吸水膨胀而引起的。从现象上看, 膨胀压力与变形压力都属于变形压力范畴, 但两者的变形机制截然不同, 前者是指与水发生物理化学反应, 后者主要是围岩应力的结构效应。
(4) 冲击和撞击围岩压力。冲击围岩压力指围岩积累了大量弹性变形能之后, 突然释放出来所产生的压力;撞击围岩压力是覆岩层剧烈运动时对隧道支护体所产生的压力。
3 软岩大变形隧道的支护
3.1 刚性支护:
这种支护措施的核心是通过加大支护结构的强度和刚度来抵抗巨大的围岩压力;支护材料一般为钢材或木材。辛普伦隧道、海带尔电站引水隧洞等众多地下工程的支护实践表明, 这种支护措施无论从技术上还是从经济上, 都是欠合理的, 现在已经较少采用。
3.2 可缩支护:
这种支护的理论依据是, 当开挖引起的围岩扩容 (剪胀或遇水膨胀) 不可避免时, 允许围岩发生适度的变形, 这样可以降低作用于结构上的支护压力, 从而减少超挖量并降低支护强度。根据Eurenius等 (1981) 的研究, 如果让粘土膨胀5%, 支护压力即可降低50%。具体措施是适当超挖, 在围岩变形稳定后再架设支护, 更多的则是开挖后立即架设可缩的初期支护。支护方式一般为带纵向伸缩缝的混凝土喷层并辅助以可缩式构件支撑。
3.3 锚、注一体化围岩加固一支护系统:
王梦恕院士在他的中国隧道修建法中指出, 围岩开挖后及时施作锚喷支护是提高围岩承载力的重要方法, 决不允许过多的释放, 寻找最佳支护点的做法是错误的;特长、长大隧道及重要地下工程必须采用复合式衬砌结构;初期支护是主要受力结构, 必须在稳定后, 方可进行防水层及二次模筑混凝土衬砌;管超前、严注浆、短进尺、强支护、紧封闭、勒测量是软岩施工的基本方针。
结束语
目前, 人们普遍采用的软岩定义基本上可归于地质软岩的范畴, 按地质学的岩性划分, 地质软岩是指强度低、孔隙度大、胶结程度差、受构造面切割及风化影响显著或含有大量膨胀性黏土矿物的松、散、软、弱岩层, 该类岩石多为泥岩、页岩、粉砂岩和泥质矿岩, 是天然形成的复杂的地质介质。
摘要：因我国软岩范围分布广、成因环境复杂、控制难, 给隧道施工带来严重影响, 已成为专家学者和现场工程技术人员亟待解决的技术难题。
关键词：隧道,软弱围岩,施工技术
参考文献
[1]郭健卿.软岩控制理论与应用[M].冶金工业出版社, 2011.
[2]何满潮.软岩隧道工程概论[M].中国矿业大学出版社, 1993.
隧道软弱围岩处理技术探讨 篇4
该工程位于太行山山区国防工程,该区属低山丘陵地区,地势东高西低,自然倾斜。工点所在山体相对高度为200 m～250 m,植被稀少。从山体表面看主要由石灰岩及砂岩组成。
初期勘察报告为地质情况良好,无节理层理区域。但是掘进到动荷段时发现围岩层理、节理十分发育,风化严重,偶有小石子掉落,且渗水严重。围岩层间结合力、固结力低,整体完整性较差,加之工程初建时的开挖扰动,围岩幅员成型性差,致使围岩自稳能力和支撑能力大大降低,给施工安全构成严重威胁。
2 工程分析
洞室开挖后,在围岩中产生一系列的力学现象,形成二次应力状态,产生应力集中区域和应力释放区域,如果岩体强度好,整体性好,围岩二次应力小于岩体强度,则围岩不发生破坏,只产生弹性变形或较小的塑性变形,围岩发生向洞内的位移到一定程度就终止,能够形成稳定暴露面,这种状态叫围岩稳定。反之,围岩二次应力超过岩体强度,则围岩将产生破坏和较大塑性变形,如果不进行支护,在局部破坏的基础上造成隧道崩塌,这种状态为围岩失稳。此处开挖断面已确定为断层,其中围岩结构以碎裂结构、散块状结构、散体状结构为主,泥夹层或软弱夹层面是围岩的主要控制面,并有地下水渗出,围岩的破碎程度对隧道的稳定与否起主导作用,岩体越破碎,围岩稳定性越差;地下水会使岩质软化,强度降低,会冲走软弱结构面岩体中的充填物质使夹层软化,减小层间摩擦阻力,促使岩块滑动。鉴于此处地质构造,为防止围岩发生破坏,需要对围岩进行支护,如不及时支护,可能发生整体塌落破坏,此工程采用的支护方法是钢筋网—锚喷支护。
3 注浆堵水
GBJ 108-87地下工程防水技术规范对地下工程的防水提出了总的治理原则,即“防、排、截、堵相结合,因地制宜、综合治理”。为此本工程选用以堵为主的注浆堵水方案。
3.1 注浆作用
根据围岩注浆试验结果,注浆后围岩空隙填充率一般在0.8～0.9左右,注浆前后渗透系数比值可达到100倍～1 000倍左右,可见其防水效果明显。围岩注浆可减小衬砌水压力,从而防止水压力积聚一定程度时破坏衬砌。假定围岩为各向同性均匀连续介质,由于衬砌厚度相对于地下水头较小,渗透力可以简化为作用在衬砌外缘的表面力,该表面力取该处的孔隙水压力,隧道全环围岩注浆计算简图见图1。设远场水力势能为H,根据达西定律和水流连续性方程得出的水压力为:
其中,P为作用在衬砌上的外水压力;γ为水的容重;H为远场水势能;r0,r1,rg分别为衬砌内径、衬砌外径和注浆圈外径;k,k1,kg分别为围岩、内层衬砌和注浆圈的渗透系数。
从式(1)可知,当rg增大或kg减小时,p值也减小。这就是说,考虑衬砌的排水性能(也只有在考虑衬砌的排水性能的情况下),采用围岩注浆是可以降低或消除衬砌外水压力的。
3.2 施工方法
1)清理断层浮石,特别是底板断层浮石;2)钻凿引水孔,尽可能向断层延伸方向钻孔减少断层出水压力,钉入缠有棉线的止浆管;3)向断层钉入木楔、棉花,钉楔时应注意安全;4)交替注入锯末、黄豆、海带等遇水膨胀物(视施工具体情况而定),此时吸浆管吸入清水;同时对漏水点用木楔、棉花加固封堵,注意观察漏水点泄水量大小,如水量变小,注入速度减慢,让膨胀物继续膨胀;5)注入水玻璃—水泥,双液浆配比参数为水∶水泥∶水玻璃=0.8∶1∶0.8;6)第4),5)步可交替使用,直到将漏水口全部封堵,再按钻孔注浆方法注浆。
4 锚喷支护
锚喷支护是一种柔性支护结构,与传统支护有着本质的区别和突出的优越性,锚喷支护不是被动的承受土体产生的荷载,而是主动的加固岩土体,有效的控制其变形,防止围岩土体的坍塌。下面简要介绍其技术原理。1)悬吊作用。悬吊作用原理认为:锚杆支护通过锚杆将软弱,松动,不稳定的岩土体悬吊于稳定的岩土体中,以防止其离层滑落。这种作用在地下工程锚固中表现得尤为突出,起悬吊作用的锚杆,主要是提供足够拉力,用以克服滑落岩土体的重力或下滑力来维持工程稳定。2)挤压加固作用。当在弹性体上安装具有预应力的锚杆时,发现弹性体内形成以锚杆两头为顶点的锥形压缩带,若将锚杆以适当的间距排列,使相邻锚杆的锥形体压缩区重叠,便形成了一定厚度的连续压缩带。
4.1施工方法
断面开挖后立即喷射混凝土5 cm～8 cm封闭围岩;打锚杆眼,布孔方法为梅花形,间距1 m,孔深3 m～4 m,方向与围岩壁或壁岩走向垂直;安装锚杆,锚杆直径为22～25的螺纹钢;喷射混凝土10 cm～15 cm,使之形成整体结构。
4.2施工要求
要使粘结材料均匀裹覆杆体,并密实充满杆体与孔壁之间的间隙,确保锚固力;钻孔后应检查孔内是否有落渣,必要时应使用高压风清孔,然后再安装锚杆;使用水泥砂浆粘结剂时,砂浆要灌注密实并确保安插锚杆时孔口有砂浆流出,否则应拔出杆体重新注浆;锚杆尾端都应设置垫板,垫板要与锚杆连接牢固并与岩面紧贴,锚杆与喷射混凝土联合支护,先对围岩表面初喷一层混凝土后,再施工锚杆,并使垫板紧贴初喷面使锚杆与喷射混凝土连接紧密共同作用;在喷射混凝土施工前,应对受喷岩面进行清理,清除松动岩石和粉尘杂物,处理好涌水;控制好喷射混凝土的厚度,厚度要满足设计及规范要求,并且要保证锚杆有足够保护层,但也不能过厚而侵占二次衬砌空间;加强对喷射混凝土的养护,一般至少要养护7 d,冬天要避免混凝土被冻坏。
5结语
隧道施工过程中如果遇到软弱围岩时采用注浆堵水并结合锚喷支护的处理方法对加强围岩稳定是一个较好的方法,不仅能够及时发现围岩变形产生的破坏,而且加强了施工中的安全。当然,施工时也应具体情况具体分析,如果是石质较好地段,不必进行锚喷支护,仅采用注浆堵水即可。本篇仅对有类似施工情况的作了初步的探讨,提供了一定的参考,希望能起到指导作用。
参考文献
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[5]赵万山,阮正富.隧道锚喷支护的施工质量控制[J].中国西部科技,2007(11):5.
探究软弱围岩隧道施工技术 篇5
1 软弱围岩的地质特征和变形
1.1 地质特征
1) 软弱围岩中的岩石的强度要比一般岩石更低, 依据我国相关的工程岩体标准进行划分, 将单轴饱和抗压强度不高于30 MPa的都称为软岩。软岩一般具有流滑、内摩擦角小、膨胀等特点。通常来说我国北方地区的软岩含水量偏低, 在失水后将会呈固态, 如果受到扰动容易发生崩坍。南方的软岩的含水量偏高, 扰动后将会呈液态[1]。
2) 软弱围岩在受到剧烈振动后构造将会受到严重影响, 容易发生裂隙、断层等现象, 尤其是在结构面上的充填物比较软弱, 围岩自身的稳定性将会严重下降。
3) 通常情况下, 围岩的赋存环境都较差, 软弱围岩经常会处于地应力不良、赋存于富水等恶劣环境中, 而且比较容易引起塌方和涌水等灾害。
1.2 软弱围岩变形
隧道施工过程中, 围岩通常情况下会经历以下几个阶段:弹性变形;塑性和弹性变形共存;蠕变为主, 存在塑性变形, 处于此阶段时围岩容易发生断裂和损伤。软弱围岩与坚硬围岩不同, 其变形主要体现在以下几点:1) 变形量较大, 在隧道开挖后, 软弱围岩的一个最明显特征就是塑性变形显著[2]。2) 变形速度快, 软弱围岩在发生形变后会快速的发生变形。3) 变形时间长, 软弱围岩在隧道开挖过程中, 不仅会出现发生较快的变化, 而且会持续很长一段时间, 并且蠕变特性比较明显。4) 软弱围岩扰动范围更大, 软弱围岩隧道周围塑性区扩大, 尤其是结构强度不当或支护不及时, 扰动范围将会进一步扩大, 从而导致锚杆长度无法回到弹性区, 由此造成喷锚支护失去其应有的效果。
2 制定软弱围岩施工工艺
软弱围岩同一般围岩相比, 其自稳能力差, 强度低, 在隧道开挖后, 地应力分布将会发生变化, 隧道周围将会形成一圈较大的松动圈。如果在施工过程中施工方法以及工程措施存在错误, 极容易引起工程事故。由此可见, 软弱围岩隧道施工中的核心问题是对变形进行控制, 对塌方进行预防[3]。在对开挖方法的合理性进行确定的基础下, 软弱围岩隧道施工需要围绕控制变形开展, 在施工中只有做好变形控制才能确保隧道的顺利掘进。以下为某隧道施工中制定的施工工艺, 从实际应用效果来看, 取得了不错的成绩:
1) 超前支护。在施工中比较常见的支护方式有超前管棚和超前小导管。超前支护在隧道施工过程中主要起到的作用是对前方的围岩进行支护, 施工中主要通过对周边地层进行加固, 利用双层小导管对松散地段进行加固, 从而使加固圈的范围能够得到进一步扩大。
2) 强锁脚。软弱围岩隧道中, 合理的利用强锁脚能够使地基软化得到有效控制, 从而对上台阶支护下沉以及在开挖下台阶悬空而引起的下沉进行控制。
3) 垫块和槽钢。其作用与扩大基础相似, 可以使工字钢不会悬空, 从而使拱脚在竖向的承载力能够得到提高。此外, 工字钢和槽钢通过焊接而构成的整体受力能够实现对软弱围岩的控制目的。
4) 临时仰拱。如果在软弱围岩隧道施工中, 出现变形较大的地段, 应当及时完成闭合操作, 在完成合成环后, 可以使结构的承载力得到提高, 从而对变形进行有效控制, 避免了塌方的出现[4]。
5) 均衡推进上下台阶。在施工中尽量均衡推进上下台阶, 提高工作效率, 确保初期支护能够在15 d内完成封闭成环, 从而对支护结构的变形进行有效控制。
3 软弱围岩隧道施工措施
3.1 辅助作业面的设置
施工中, 若软弱围岩地形较缓, 很难从正面进行暗挖, 一般会在地形条件允许的情况下, 采用平导、横洞等具有辅助的作业面向躲开软弱围岩, 然后再在软弱围岩条件较好的地段展开施工, 通过铺底衬砌成环的稳定结构作为施工的后端, 从而实现稳步掘进的目的[5]。
3.2 正面进洞和洞内施工技术
软弱围岩施工中, 正面进洞技术的选择一般要依据地形和地质条件来定。常用的技术有回填反压法、虚拟洞门、改善围岩方法等。如果软弱围岩在的仰坡较陡, 有滑动面, 通常情况在施工中不宜采用靠近作业面, 而应当通过接长明洞方法, 依据围岩平衡侧面, 正面推力对明洞的长度进行确定[6]。如果坡面较陡, 不易接近仰坡, 可以将挡墙夯填土反压边仰坡来施工。在软弱围岩施工中, 可以通过打设泄水导洞, 避免水流过多, 导致地基软化。若软弱围岩向下深度较浅, 施工中可以挖掉部分软土或全部软土, 再通过施作护拱的方式完成施工。
4 软弱围岩隧道施工技术的控制重点
4.1 预防隧道塌方
塌方是软弱围岩在施工中比较常见的一种事故, 如果出现塌方不但会带来严重的经济损失, 还会提高工程施工困难, 因此在隧道施工中对塌方进行预防是十分必要的。施工队伍在进入软弱围岩施工时, 需要对地质情况进行详细的分析, 深度认识地质情况, 依据地质情况合理的安排施工方法和施工进度, 对塌方情况进行全面预防。施工单位需要定期对施工人员进行安全培训, 使施工人员对塌方能够有一个正确的认识, 施工过程中坚持以标准化流程进行, 培养施工人员在工作中的良好行为习惯, 树立“安全第一”的意识。此外, 对塌方的预防还需要不断地提高施工技术, 对管理进行规范, 做好施工技术交底等工作。
4.2 控制爆破超欠挖
软弱围岩隧道的施工质量、效益、进度都受爆破超欠挖的影响, 因此要做好对其的控制工作。开挖是隧道施工中的一个关键环节, 如果在施工中, 超挖过多, 不仅会因为衬砌量和出渣量的增加而导致工程的造价上升, 而且会因为局部超挖过度集中, 对周边围岩的稳定性产生影响。欠挖则会对衬砌厚度造成直接影响, 处理起来不仅费力, 而且需要大量的时间, 因此在隧道开挖时需要控制好超欠挖问题, 便于下一道施工工序的正常进行。软弱围岩隧道施工中, 爆破效果会对超挖欠挖产生直接影响, 因此在施工中必须要控制好爆破。
4.3 衬砌防排水
在隧道结构中衬砌防排水通常采用“防、排、堵、截相结合, 因地制宜, 综合治理”的原则。在隧道施工初期就要采取相应的排水措施, 通过对弹簧透水盲管的使用, 利用沟槽将水排出。在软弱围岩隧道施工中, 隧道防水层施工涉及到的要点很多。隧道施工中, 喷射的混凝土表面较为粗糙, 因此在铺设防水板前, 要对粗糙处进行处理, 确保混凝土表面整洁。完成防水板铺设后, 施工人员不能穿带钉子的鞋在防水板上行走, 避免对其产生破坏。此外, 在施工过程中对钢筋的绑扎也需要格外小心, 不能对防水层造成破坏, 如果发现水板处存在小部分遭受了破坏, 补焊时应当通过双层补丁完成。当需要进行钢筋焊接时, 为了避免火花对防水层造成破坏, 在焊接时需要利用石棉对周围进行遮挡, 完成焊接后, 石棉板需要在冷却后再撤走。隧道施工中对混凝土的振捣必须要严格控制振动棒的应用, 禁止与防水层发生接触。
5 结语
软弱围岩隧道施工需要依据工程的实际情况, 对施工技术和施工方法进行重点控制。在确保施工安全的基础下, 尽量发挥施工机械和施工人员的技术水平, 实现效益和技术双赢的局面。随着科技的发展, 相信会有更多的更好的防塌方、爆破技术被应用到软弱围岩隧道施工中, 提高软弱围岩隧道施工质量。
摘要：介绍了在隧道施工过程中, 软弱围岩的施工技术, 从软弱围岩的地质特征、软弱围岩施工工艺、软弱围岩隧道施工技术措施等方面进行了论述, 指出在隧道施工中, 对软弱围岩施工技术进行重点分析、重点控制, 以提高软弱围岩隧道的施工质量。
关键词：隧道,软弱围岩,施工技术
参考文献
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浅谈软弱围岩隧道施工 篇6
1软岩的特征
软弱围岩一般是指岩质软弱、承载力低、节理裂隙发育、结构破碎的围岩, 工程地质特点有:
( 1) 岩体破碎松散、粘结力差: 一般为土层、岩体全风化层、挤压破碎带等构成的围岩, 由于结构破碎松散, 岩体间的粘结力差, 开挖洞室后, 仅靠颗粒间的摩擦效应和微弱胶结作用成拱, 这类岩体极不稳定, 尤其是在浅埋地段容易发生坍塌冒顶。
( 2) 围岩强度低、遇水易软化: 一般以页岩、泥岩、片岩、炭质岩、千枚岩等为代表的软质岩地层, 由于其强度低、稳定性差, 开挖暴露后易风化、遇水易软化, 尤其是深埋地段受高应力影响容易发生塑性变形, 造成洞室内挤。
( 3) 岩体结构面软弱、易滑塌: 主要是存在于受结构面切割影响严重的块状岩体中, 由于结构面的粘结强度较低, 开挖后周边岩体极易沿结构面产生松弛、滑移和坠落等变形破坏现象。
2软岩隧道病害的原因
2. 1工程地质
对于软岩大多数时候对其强度、刚度、结构面发育状况和胶结程度比较重视, 开挖方法和支护结构多从这方面考虑, 只顾及短期稳定, 往往忽视胶结物的性能、膨胀性矿物的含量等, 这些均是软岩隧道后期变形和造成隧道支护荷载剧增的内在因素。
2. 2水文地质
水的影响包括围岩固有含水、地下径流水及工程用水, 水是软岩隧道变形、破坏之源, 尤其是对膨胀岩。水不仅造成粘土质岩的膨胀, 同时降低岩石强度。隧道施工是连续不间断持续推进、邻近隧道 ( 左、右洞) 大多同期施工等产生的扰动应力、应力重分布多次且持续时间较长、相互叠加等外部因素与围岩固有的垂直应力、构造残余应力共同叠加对隧道变形影响更大。施工排水处理不当水是软岩隧道变形、破坏之源, 尤其是对膨胀岩。水不仅造成粘土质岩的膨胀, 同时降低岩石强度。
3防止软岩隧道病害方法
隧道的初期支护采用喷射混凝土方法, 为达到设计目的, 软弱围岩中喷混凝土施工要求做到: 喷混凝土应采用湿喷工艺; 湿喷法其喷射混合料进入喷射机前已经按规定加入水拌合均匀, 因此较干喷工艺具有水灰比能准确控制, 利于水泥的水化, 施工粉尘小, 回弹少, 混凝土均质性好, 强度高的优点; 喷混凝土必须与岩面密贴, 不可有空洞, 以保证良好的共同受力状态; 喷混凝土必须快速、及时施作。锚杆作为初期支护的另一主要构件, 设计施工中也是必不可少的, 特别是在软弱围岩中, 其对围岩的加固作用十分明显。锚杆施工要点: 锚杆的布置一般沿洞室周边径向均匀布置, 必要时底部也要加锚杆; 为保证加固带有一定厚度, 锚杆的长度与间距之比一般为2 ∶ 1; 为防止锚杆间围岩坍落, 还应配合网喷混凝土, 喷层主要承担锚杆间的局部坍塌荷载。
软岩仅靠初期支护是不能满足抗压要求, 同时软岩初支需要一定柔性满足变形需求, 加之软岩的流变压力, 必须考虑二衬承受一定压力, 其强度和刚度应满足这种需求, 一般应考虑钢筋混凝土, 且全断面等强 ( 含仰拱) 。二衬时间应根据变形量测信息确定, 正常收敛变形时, 应在基本趋于稳定时二衬, 减少二衬压力; 变形不收敛或异常突变时, 应立即进行加强的二衬, 防止围岩及初支过大变形破坏或失稳坍塌。为达到设计目的, 软弱围岩锚杆施工中要求做到: 锚杆锚固可靠, 全长粘结; 要用垫板, 且垫板要求与岩面紧贴。二次衬砌设计软弱围岩中二次衬砌也是主要承载结构, 二次衬砌与初期支护共同承担较大的后期围岩变形压力, 应适时施作。
控制掌子面变形、坍塌的技术掌子面过大的变形将导致坍塌事故的发生。这种事故占隧道坍方事故的比例最高, 造成的人员、机械设备的损失最大, 在设计施工中都应该引起高度重视。常见的控制掌子面变形、坍塌的技术有:
( 1) 超前支护超前支护是一种 “先支后挖”技术, 是控制隧道掌子面前方围岩变形, 防止隧道掌子面坍塌的主要手段。常用的超前支护有: 超前锚杆、 超前小导管注浆、超前大管棚。
( 2) 掌子面锚杆设置掌子面锚杆的目的是控制围岩开挖后的先行位移和掌子面位移, 也是给大断面开挖创造条件, 有利于控制先行和后期围岩、支护变形。掌子面锚杆的长度一般都在10 ~ 20 m之间, 宜优先采用易于切割的玻璃纤维锚杆。
( 3) 掌子面喷混凝土封闭掌子面喷混凝土是现场使用较多的另一种维持掌子面稳定的支护措施。
( 4) 掌子面预留核心土掌子面预留核心土防止掌子面失稳、坍方是隧道中运用最广、最简单、最经济的技术措施之一。
4小结
软岩隧道施工方法必须适应所属岩层实际情况, 综合考虑措施组合, 决不能简单采取某一手段; 软岩具有明显的时间效应, 变形持续时间长, 坚持现场长期监控量测, 提供围岩变形动态信息, 及时修改和完善原设计或采取相应的加固措施具有重要意义。
参考文献
[1]杜小军.论软弱围岩的施工方法[J], 市政技术, 2010, (S1) .
隧道软弱围岩小导管径向注浆技术 篇7
1 工程实例
1.1 隧道工程概况
隧道扩挖前, 通过5#施工竖井及2#联络通道, 分左右线、大小里程四个掘进方向全长438.1m, 洞内全部初支成环, 未进行二衬施工, 最小线间距为17.04m。该段原为矿山法段, 后修改为盾构通过段, 因此需进行扩挖施工, 扩挖隧道平面布置图如图1;沿原初支后隧道轮廓线进行不等距扩挖施工, 最大处扩挖3341mm, 最小处扩挖1465mm, 扩挖断面主要有盾构通过扩大段及盾构通过一般段, 典型扩挖断面如图2。
1.2 地质、水文情况
扩挖段隧道拱顶覆盖岩层、隧道穿越地层及隧道底板岩层从上到下依次为杂填土层、砂层和全风化含砾砂岩及砾岩、强风化含砾砂岩及砾岩和中风化含砾砂岩及砾岩。开挖范围主要穿越强风化或中风化含砾砂岩及砾岩。拱顶覆盖岩层深浅不一、厚度不一, 均分布有含水砂层;其隧道围岩级别为Ⅳ, 具体围岩岩性见图3。所处地区地下水类型主要有孔隙潜水和基岩裂隙水, 主要位于岩性为第四系海陆相粉砂、细砂及中砂内, 区内呈带状及透镜体分布, 厚度0.6～3.7m, 为扩挖段主要透水层及含水层;基岩裂隙水位于第三系含砾砂岩或泥质砂岩内, 节理裂隙稍发育, 地下水量较小。
1.3 施工方案确定
通过对隧道上方土层进行地质雷达勘探, 探测结果表明:联络通道东西各10m范围内存在软弱围岩, 土质疏松, 受地面居民生活污水沟渗水影响, 该部位的围岩自稳能力较弱。为确保隧道扩挖施工安全及沿线地面环境不受影响, 结合区间隧道水文地质情况, 按照浅埋暗挖法施工的“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”十八字方针确定施工方案:采用超前小导管注浆加固, 小步距短台阶开挖加临时仰拱, 喷锚初支与钢格栅结合的支护, 开挖完成后迅速进行初期支护背后跟踪注浆。在整体施工方案中, 小导管注浆直接影响隧道整体稳定和地下管线及地面既有建筑物的安全。
2 径向注浆技术
2.1 小导管参数
小导管采用外径42mm、壁厚3.5mm的热扎无缝钢管, 钢管长6 (9.5) m, 加工制作如图4所示要求进行, 为便于小导管插入围岩内, 钢管前量取200mm加工成尖锥状封焊严实, 管身孔径为10mm, 尾部焊上箍筋, 后端1000mm不设溢浆孔, 管尾焊上Φ6mm箍筋。
2.2 注浆孔设置
钢管外插角度为5°～10°, 先施工的左线隧道线路内侧拱脚至轨面线间边墙采用9.5m长注浆管, 其余采用6m注浆管。9.5m长注浆管管口环向距离为1.2m, 水平布置, 6m注浆管管口环向距离为0.65m, 纵向距离1.7m。注浆布置图见图5。
2.3 注浆施工
2.3.1 注浆施工流程
施工时, 根据小导管的长度选用不同的钻机, 6m以内的采用手风钻钻孔作业, 9.5m长的小导管采用水平钻机钻孔作业, 洞内径向注浆采用孔口管止浆方式注浆, 注浆压力为0.5～1.5MPa, 注浆施工流程详见图6所示。隧道扩挖并初喷混凝土后, 将侵入隧道范围的注浆钢管截断, 并在钢管端头焊接钢板作为垫板, 产生锚固作用。
2.3.2 注浆
注浆采用由下至上的顺序进行, 注浆压力为0.5～1.5MPa, 施工时当压力上升至1.5MPa时, 停止加压注浆, 等待至压力下降时继续加压, 反复几个循环至减压时压力值恒定时可停止加压, 达到设计终压并稳定10min , 且进浆速度为开始速度的1/4或注浆量达到设计注浆量的80%, 则达到注浆结束标准, 如在注浆过程中出现冒浆, 应提前停止注浆。
2.3.3 注浆效果检查
围岩预加固效果检验采用打检查孔的方法进行, 打设4m深的检查孔, 当检查孔最多只有滴水 (不成线) 且渗水量不大于2L/d时, 则判断注浆达到加固效果, 否则应该进行补充注浆, 每循环在拱部及两边墙各设一个检查孔。
3 效果检验
3.1 预加固效果
通过现场开挖情况检验, 施打小导管可将隧道上部软弱岩层有效结合成为一个整体, 提高了掌子面前方处围岩的强度和刚度, 减少了施工中因爆破及开挖引起的岩层松驰坍塌, 施工后掌子面无任何渗水现象, 有效保证了施工安全。
3.2 监控量测
注浆过程监控利用扩挖前原有设置的监控量测点, 对注浆过程进行监测评估安全水平, 防止因注浆压力过大而导致洞内收敛过大和地面上拱。
监控量测过程中, 根据监控量测数据分析结果对工程安全性进行评价, 并提出相应工程对策建议, 以此作为设计施工变更最重要的依据, 做到信息化施工。根据位移管理等级, 将工程安全性评价相应分为三级进行, 根据监控量测结果所反应的不同情况及其对应的工程管理等级, 可采取加强超前预支护、调整初期支护强度和刚度并及时支护、围岩与支护结构间回填注浆等应对措施, 确保施工的顺利进行。
4 结语
(1) 小导管施工较好地将掌子面上方岩层形成固结整体, 降低了安全风险等级, 施工工序灵活简便, 设备相对简单, 施工中无需投入过多的机具及人力, 对工作面环境无太高的要求, 较适用于浅埋、地下建筑物和管线密集的施工, 具有其独特的优越性, 是提高掌子面自稳能力、降低围岩渗水、控制地表沉陷及确保施工安全的可靠方法。
(2) 在施工中要因地制宜, 选择合理的注浆方法、浆液配比、施工机具及各项参数。
(3) 太平隧道扩挖过程中, 对原开挖段进行了径向注浆, 起到了围岩预加固的作用, 同时采用切割环向缝及逐环用弱爆破结合机械法拆除原初支混凝土, 降低了在拆除初支混凝土时带来的坍塌风险, 较好地完成了扩挖施工, 为类似隧道扩挖施工积累了经验, 有效地控制了工程费用。
摘要：以太平隧道软弱围岩施工为研究对象, 分析软弱围岩的施工注意事项, 对径向注浆后隧道围岩施工效果进行探讨, 探索出一套有效的施工技术。通过围岩预注浆加固技术, 结合弱爆破扩挖技术与监控量测, 避免了对围岩的二次扰动, 较好地解决了扩挖中的关键技术问题, 取得了良好的效益。
关键词：隧道扩挖,径向注浆,监控量测
参考文献
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