软弱破碎岩层（精选4篇）
软弱破碎岩层 篇1
隧洞工程超前小导管注浆是在地基处理灌浆法基础上发展起来的一项围岩加固止水新方法。它是不良地质隧道工程施工常用的一种开挖辅助措施,具有超前支护作用。超前小导管注浆辅助支护的基本原理是沿开挖轮廓线周围按一定的倾斜角度将超前小导管打入,使用注浆设备将水泥浆液压入小导管内,并通过管壁的注浆孔注入岩层孔隙或裂隙中,排除其中的空气和水而凝成固结体,在围岩周围形成一个加固圈,起到超前支护的作用,对岩层进行改良,从而在此圈的掩护下安全的进行开挖作业。
1 工程概况
本合同段司马台隧道位于北京市和河北省交界处司马台长城脚下,为分离式双车道单向高速公路隧道,左幅范围LK1+888.5～LK3+162,长1 273.5 m,Ⅱ类围岩长度30 m,占隧道总长度的2.3%,Ⅳ,Ⅴ类围岩长度1 243.5 m,占隧道总长度的97.7%;右幅范围RK1+909.5～RK3+190.5,长1 281 m,Ⅱ类围岩长度30 m,占隧道总长度的2.3%,Ⅳ,Ⅴ类围岩长度1 251 m,占隧道总长度的97.7%。建筑界限:净宽10.75+2×0.75=12.25 m,净高5 m,为2.1%上坡。设计行车速度:按80 km/h设计。复合式衬砌在初期支护和二次衬砌之间设复合防水卷材。Ⅱ类围岩超前支护结构图见图1。该隧道进口处为偏压、浅埋段,最浅埋深为2.5 m,围岩部分已处于风化壳,属元古代强风化钾长花岗岩;从开挖的岩层来看,节理裂隙发育,层间结合差,呈大块状结构、碎块结构状,岩块间咬合力差,夹层杂乱,风化严重,岩层较软,易掉块,岩石自稳能力差。为保证在以上岩层作用结构下能够顺利进洞,我们采用了超前小导管注浆辅助支护与初期支护相结合的方法,实践证明此方法能够有效固结软弱、破碎岩层。
2 注浆材料和小导管施工参数的确定
2.1 注浆材料确定
小导管注浆材料可分为粒状材料和化学浆材两类,粒状浆材主要有纯水泥浆和黏土水泥浆,一般用于裂隙宽度大于1 mm的软弱、破碎带。根据司马台隧道进洞的围岩情况(节理发育、裂隙较大、夹层杂乱、石质较软)及施工原材料广泛、方便的情况,我们选用水泥浆液。根据超前小导管注浆后,架立格栅钢架及系统锚杆、掌子面钻眼、装药施工时间约5 h,能够满足水泥浆液凝固时间,不会因放炮受到很大影响。
2.2 超前小导管施工参数确定
超前小导管采用ϕ50 mm无缝钢管,导管长度为4 m。
超前小导管沿隧道开挖轮廓线151°布置,向外倾斜,倾斜角为10°,遇浅埋段时,为避免小导管穿透岩层,可适当减小倾斜角度。
小导管环向间距0.33 m,纵向排距2.5 m。注浆压力为0.5 MPa～1.0 MPa。注浆参数确定:水泥水灰比:W/C=1∶0.45。注浆扩散半径R确定:R=(0.6～0.7)L0。其中,L0为小导管中心间距,m。单根小导管注浆量Q按下式计算:Q=πR2Ln。其中,R为水泥浆液扩散半径,m;L为小导管长度,m;n为围岩空隙率,%。
3 施工方法
1)施工准备。a.熟悉设计图纸、地质,确定注浆原材料来源。b.通过试验确定注浆半径、注浆压力、单管注浆量,选取小导管纵环向间距。c.检查注浆所用设备的良好性,连接管路的密封性能。d.准备注浆工作平台。2)小导管制作。小导管采用ϕ50 mm,壁厚4 mm无缝钢管,管壁周围钻ϕ8 mm、间距为15 cm的梅花状注浆孔,距管尾15 cm用ϕ10 mm钢筋焊成圆形钢箍,套在小导管外圈(见图2)。3)钻孔。由测量人员用红漆在掌子面周圈按设计要求准确点出钻孔位置,然后炮工用钻机对准点位直接钻孔至设计深度,钻孔孔径一般比小导管外直径大1.0 cm～1.5 cm,钻孔中钻机需隔开一定距离,否则因钻机向岩体注水过多,可能导致围岩塌滑。4)安设小导管。钻到设计深度后,用水或高压风清孔,确保孔体通畅。用不带钻杆的钻机本身将小导管打入,杆尾外露15 cm,确保杆尾钢箍封闭钻孔与小导管之间的缝隙。5)拌浆。用拌浆机按试验配合比拌制水泥浆,水与水泥用秤进行称量,水泥浆要搅拌均匀,不要留有水泥块。注浆过程中人工用铁锹随时搅拌贮浆筒中水泥浆,防止水泥沉淀造成不均匀现象。6)注浆。注浆前用喷锚料封闭小导管周围岩体,防止漏浆;并用清水进行试压,检查注浆泵与其管路是否正常。注浆顺序从拱顶顺序对称向下进行,先注无水孔,后注有水孔。如果有窜浆或跑浆现象,则可间隔一孔或数孔灌注。注浆结束后,利用止浆阀保持孔内压力,直至浆液完全凝固。注浆过程中应控制注浆量,即每根小导管内以达到规定注入量时就可结束;若孔口压力已达到规定压力值而注入量尚不足时,亦应停止注浆,以防止压裂开挖面。7)注浆效果检查。注浆结束后应钻孔检查,根据芯样鉴定注浆量是否达到设计计算要求;根据注浆量判断注浆过程中漏浆是否严重,并估算扩散半径是否与设计计算相符。如果总注浆量未达到设计要求,应进行补孔注浆。
4注浆处理后的效果
1)据岩体力学方法分析,隧道施工中支护结构与围岩相互作用,组成一个共同承载体系,其中围岩为主要的承载结构。超前小导管注浆预支护对软弱、破碎围岩地段施工,改善了岩体的物理力学性能。从开挖的已加固围岩段来看,水泥浆液能够在岩体裂隙中互相串通,使岩层挤压填充密实,胶结牢固,充分发挥了围岩的自稳能力。为司马台隧道进洞口存在浅埋、偏压的情况下能够顺利进洞提供了前提保障。2)通过小导管注浆挤压和水泥浆水化作用下,使固结范围内的岩层含水量得到了有效的降低,经取样做含水量对比试验知:含水量降低了53.6%。3)小导管注浆挤密预超前支护施工,减少了小塌方事故发生,保证施工中的安全,保持了正常施工秩序,提高了工作效率,使进度有了明显的加快。4)小导管注浆后与围岩形成整体,起到管棚的作用;同时小导管与格栅钢架焊接形成一体,使围岩下沉压力能够均匀分部到钢拱架上,更能够加强围岩的整体性,提高围岩的自稳能力,能充分体现新奥法施工的特点。
5施工中的体会
超前小导管注浆工作看似简单,但它关系到开挖工序的安全和开挖的进展速度。如注浆方法不当或注浆技术不过关,使浆液未按设计要求准确地进入预定的注入范围,会出现没注到的部位,即遗漏部位,这些情况就是日后出现漏水、塌方事故的祸根。因此,控制好小导管注浆的每一道工序,才能保证超前支护起到应有的作用,为下道工序提供安全、进度保障。
在施工过程中,注浆这一道工序尤为关键,注浆压力可通过压力表进行控制,而注浆量的控制比较困难,我们在注浆管路上安装记录浆液流量的流量计,使用这一装置,可以使我们更准确地记录注浆量,掌握注浆压力与注浆量的关系,把这一结果用于施工指导,使注浆效果更加理想。
摘要：通过工程实例介绍了隧道软弱、破碎围岩地段超前小导管预注浆施工过程,了解该支护的施工工艺,并对实施效果进行验证,对施工中的经验进行了总结,对不足之处提出建议,从而保证超前支护起到应有的作用。
关键词：软弱破碎围岩,辅助支护,超前小导管注浆,施工
参考文献
[1]黄成光,于敦荣.公路隧道施工[M].北京:人民交通出版社,2001.
[2]陈豪雄,殷杰.隧道工程[M].北京:中国铁道出版社,1995.
软弱岩层地段井巷工程施工的探讨 篇2
1 软弱岩层的自然特性
软弱岩层的自然特性基本上可归纳为软弱、松散、膨胀、风化和高地应力等。影响其硬度的主要物质有:松软的砂质土壤、高岭土层;全部风化的页岩、褐煤、松软的锰矿、贝壳石灰岩、滑石片岩、火山凝灰岩, 还有风化剧烈的橄榄岩、蛇纹岩、铝矾土、菱镁矿等。软弱岩层在工程施工过程表现的主要属性是:随着井巷工程的开挖, 围岩应力开始发生变化, 产生显著的塑性变形, 由于其本身胶结程度较差, 结构松散, 组分又多含黏土质矿物, 亲水性强, 遇水泥化潮解, 很容易产生体积膨胀, 致使强度降低, 具有较大的可塑性。软弱岩层的受力变形速率随应力增长的现象表现出明显的流变性;有的软弱岩层在物理、化学、工程力的作用下产生鳞片状崩解 (类似岩爆现象) , 因此对外界环境影响较敏感, 抗扰动能力极差。
2 软弱岩层井巷工程破坏的主要原因分析
为了解决软弱岩层中的井巷工程施工难题, 首先需要熟悉软弱岩层井巷工程破坏的主要原因, 笔者认为原因有以下几个方面:
蠕变变形。软弱岩层开挖具有明显的蠕变变形, 而且时间效应极为明显突出。开挖初期表现为来压快, 变形大。如果不及时加以控制, 将会导致围岩松驰、裂缝, 继而岩面出现片帮破坏, 甚至出现整个巷道断面的破坏报废。即使此时及时采取了支护措施, 但是支护方式不妥当, 也会导致同样的结果。其支护方式必须适应其蠕变的特点, 避免刚性支护, 而尽量采用既有一定强度又允许在一定范围变形的柔性支护才是正确处理的方法, 这样方可保证井巷工程在使用期的安全与稳定。
井巷断面形状不合理。在井巷设计时必须充分考虑其工程地质资料, 特别是大断面巷道如隧道施工。适用于软岩巷道的断面形状主要为拱形、半圆形、马蹄形、椭圆形。综观这些形状, 其共同特点就在尽量要求巷道的断面轮廓线圆滑平整, 在施工过程尽量避免有折线钝角出现, 以免不能形成较好的封闭承载拱或承载弧, 使局部产生应力集中、弯矩, 在拉应力作用下失稳。
非对称性高应力。在软弱岩层中拙进巷道, 巷道的顶板和两帮将承受应力重新分布时产生的巨大顶压和侧压, 致使拱墙冒落与片帮或者产生底臌。由于巷道的受力方向不均匀, 具有明显的方向性, 所以在具体施工过程中, 这些因素往往成为导致局部破坏, 甚至大面积冒落的主要原因。
不重视水的处理。在井巷工程掘进过程中, 不但有钻机穿孔的冷却用水, 有时还难免有大量的裂隙水或地下水。前面笔者已经指出了软弱岩层的主要物质。不难看出软弱岩层一般亲水性都较强, 遇水泥化、膨胀或崩解是很正常的, 这样就会导致较为强烈的变形, 特别是巷道底部受各种没有及时排出的积压水浸泡, 往往会产生更大的底臌, 导致大面积的井巷工程失稳破坏。
3 软弱岩层井巷工程掘进需要注意的几个问题
根据软弱岩层井巷工程破坏的原因, 正确的进行掘进需要注意以下一些问题。
采取多打眼少装药, 最好采用光面爆破, 减少开挖时对围岩的扰动和过大方量的欠挖、超挖, 使井巷轮廓尽可能的圆滑平整, 对于大断面的井巷工程施工尽量采用一次性开挖的方法;
要确保巷道地板的坡度, 一般控制在3%-5%左右的坡度, 尽量不使巷道地板积水, 减少水对地板的浸泡;
对于地下水较为丰富的地段, 要采用长钎杆超前穿孔疏水, 尽量保持掘进过程掌子面的干燥。
软弱岩层井巷工程的支护在软弱岩层地段的施工中同样重要, 从根本上解决了软弱岩层地段的掘进问题后, 如何保证井巷工程的安全使用理所当然的就成了另一重要环节。软弱岩层支护的关键在于防水和控制围岩的变形。由于软弱岩层多由于粘土质组成, 亲水性很强, 遇水软化。当水进入软岩的孔、裂缝中, 水与软岩大面积接触, 水分子与这些亲水物质形成水合物, 使其分子间的间隙增大, 从而引起软弱岩层体积的膨胀而崩解, 特别是软弱岩层内含较多的蒙脱石、伊利石等组分时, 软弱岩层崩解速度加快, 有时还会引起底臌, 此时支护就显得尤为重要。
支护按使用时间分为临时性支护和永久性支护, 按力学性质分为刚性支护和柔性支护。一般临时性支护为柔性支护, 对于软岩地段的支护施工, 原则上要采取先柔后刚, 柔刚结合;先临时后永久。临时支护一般是在井巷工程掘挖结束后进行的临时性保护措施, 分木支护和喷砼支护两种, 其目的是为了防止应力变化导致的变形无限制的扩大, 是允许支护结束后有一定变形而支护物不受破坏的支护方法。永久性支护则是围岩变形相对稳定后进行的, 有混凝土支护、喷砼支护、锚喷支护等。主要是要具有足够的强度来维持巷道的长时间使用。永久性支护 (对于临时支护而言就是二次支护) 与临时性支护之间的过渡时间的把握很重要, 要根据实际情况和施工组织者的现场经验把握。无论采取何种支护方法, 但必须把握的支护的原则应该是:
要适应软岩变形量大的特点, 要先柔后刚, 刚柔结合。随着掘进面及时进行, 根据围岩的软硬程度灵活掌握木支护、喷锚或喷锚网支护, 要竭力避免支护结构上或者工艺上的薄弱环节, 以免为成为隐患的突破口;
采用围岩加固的办法, 即根据围岩本身具有一定强度的特点, 利用锚杆支护或者锚杆挂网喷砼支护等方法, 对于这种方法应注意的是锚杆楔入的方向、锚杆的长度等;
根据围岩变形量、压力、地质构造及扰动范围等情况, 采取加固与支护并举的联合支护方式。
4 结语
井巷工程在软岩地段的施工还存在一定的技术困难, 仅靠一些先进的理论和机械是不能完全解决问题的, 更需要我们将理论与实践经验有机地结合起来。在此, 特别需要强调的是对软岩地段井巷工程的规格设计, 必须留有150-250mm的预留变形量, 从而保证支护完成后巷道实际可利用的净面积。新奥法指的是在软弱岩层中修建隧道时, 开挖后立即喷射水泥混凝土作为临时支撑 (必要时加锚杆) 以稳定围岩, 然后再进行衬砌的施工方法。纵观软岩地段井巷工程施工的工艺发展过程, 新奥法作为新的指导思想已经被越来越多的人接受, 如何运用和发展新奥法也必将成为摆在技术人员面前的新课题。
参考文献
[1]中国岩土锚固工程协会.岩土锚固新技术.北京:人民交通出版社, 1998
[2]高磊.矿山岩石力学.北京:机械工业出版社, 1987
[3]吴理云.井巷硐室工程.北京:冶金工业出版社, 1985
松软破碎岩层巷道底鼓控制技术 篇3
巷道底鼓是软岩巷道围岩变形和破坏的一种主要方式。大量的实测资料表明, 在底板不支护的软岩巷道中, 巷道底鼓量可占到巷道顶、底板移近量的70%以上, 巷道维护工作量中有50%是用于防治底鼓。因此, 长期以来防治巷道底鼓一直是矿井巷道维护的重大难题之一[1,2]。同时, 底板的稳定性显著影响两帮及顶板的变形和破坏。可见, 控制底鼓是软岩巷道支护中的一项关键技术。
1 概述
某矿8206为八盘区带式输送机巷, 服务年限很长。巷道布置在煤层中, 沿煤层底板掘进, 巷道平均埋深约650 m。煤层顶底板岩层情况如表1所示。由于煤层松软, 底板破碎, 地应力较大, 8206带式输送机巷底板变形严重, 底鼓量高达600 mm, 致使带式输送机无法安装, 严重影响了矿井的正常生产。
2 巷道维护特点
根据地质资料分析, 巷道维护基本特征有:
巷道埋深较大, 接近-650 m, 属于深井巷道支护问题。地压大, 且巷道断面大, 支护难度大。
巷道主体工程位于煤层当中, 且部分地段受断层群影响, 属于典型的松软破碎岩层;巷道围岩应力变化剧烈, 局部应力集中, 水平应力大, 造成帮部变形大;巷道顶底部为强拉应力区, 易造成底鼓。
掘进工作面围岩稳定性差, 施工难度大。
依据资料, 裂隙水不发育。
巷道为准备巷道, 服务年限长, 对变形控制要求高。
为此, 特针对8206带式输送机巷的问题提出有效的控制方案, 为了掌握巷道底板加固对巷道围岩应力的影响, 应用数值模拟软件FLAC对巷道围岩应力进行数值分析[3,4]。
3 数值模拟
3.1 数值模拟模型
数值计算模型如图1所示。
根据已有的地质资料, 运用FLAC2D建立相应的分析模型。采用如图1所示的平面应变计算模型来模拟巷道围岩的变形过程, 将围岩视为分层各向同性弹性介质。
计算模型尺寸长×宽=50 m×40 m, 直墙半圆拱, 巷道宽×中高=5.0 m×4.0 m。模型的左、右及下边界均为位移边界, 上边界为应力边界, 按上覆岩层厚度施加均布载荷。
3.2 数值模拟方案
根据现场地质条件, 运用数值模拟软件FLAC建立分析模型。为了对比巷道底板加固的效果, 建立了锚网喷底板未加固和锚网喷底板加固两种支护模型。
方案一:对帮与顶进行锚网喷联合支护, 底板无加固处理
锚杆采用φ20 mm, 长度2 m左旋无纵筋螺纹钢, 树脂加长锚固, 每排14～15根, 间排距800 mm, 三花布置;
锚索采用φ15.24 mm, 长度5.3 m, 树脂加长锚固, 用钢筋托梁组合;铺金属网, C20喷射混凝土, 厚度150 mm, 如图2所示。
方案二:在方案一的基础上, 对巷道底板也进行加固
6根φ20 mm, 长度2.4 mm左旋无纵筋螺纹钢, 靠近巷道底角的两根锚杆安装角度20°, 中间的4根锚杆均垂直于底板布置, 采用两支锚固剂, 一支规格为K2335, 另一支为Z2360, 锚固长度1.3 m, 如图3所示。
3.3 计算结果分析
3.3.1 底板未加固数值模拟分析
巷道底板未加固条件下的底板移近变形结果如图4所示, 由图可见巷道开挖后巷道底鼓十分强烈, 最大底鼓为500 mm。根本原因为:巷道底板自由开放, 处于无约束状态, 产生的拉应力超过底板岩石抗拉强度, 出现拉应力破坏区。该区域破坏后, 松动变形严重, 表现为底鼓严重, 围岩的塑性区迅速向巷道底板深部扩展, 同时也影响了巷道顶部和帮部的塑性区, 使其塑性区的范围均有不同程度的增大。
3.3.2 底板加固数值模拟分析
巷道底板采用加固措施后, 底板的变形情况如图5所示, 底板的变形较小, 最大为45.73 mm, 底板的拉应力破坏区完全消失。与此同时, 围岩的塑性区明显减小, 向巷道周边收缩, 抑制塑性区向巷道深部发展, 围岩的四周变形均比较小。
底板加固前后围岩变形情况如表2所示, 通过对比分析, 采用底板加固方案不但能减少巷道底板的变形, 消除拉应力破坏区, 同时还能减小巷道两帮和顶板的变形, 在巷道四周形成一个封闭的承载结构, 巷道整体稳定性得到极大的提高。
4 支护设计与矿压观测
4.1 支护设计
通过以上的数值模拟和分析比较, 综合考虑施工工艺的因素, 巷道支护设计采用以下形式:
一次支护:顶帮锚网喷, 参数同数值模拟;
二次支护:滞后巷道迎头150 m, 首先拉底300 mm, 然后采用树脂与注浆联合锚固锚杆组合支护系统加固底板, 参数同数值模拟。
4.2 支护效果
8206带式输送机巷底板采取上述加固措施后, 对巷道围岩变形情况进行了检测。底鼓量不超过50 mm, 底板变形得到了有效控制。底板铺设的混凝土保持完整, 基本没有出现开裂现象, 同时, 巷道顶板和帮部的变形也有所减小, 巷道整体的稳定性得到很大幅度的提高, 保证了巷道正常使用。
5 结论
(1) 在深部松软破碎岩层的巷道维护中, 单纯的强调顶板和两帮支护强度很难保证巷道的长期稳定, 必须对巷道底板进行治理, 在巷道四周形成一个封闭的承载的结构, 才能从根本上提高巷道整体的稳定性。
(2) 工业性试验表明, 采用顶帮锚网喷+树脂与注浆联合锚固锚杆组合方式支护, 能有效控制巷道底鼓, 提高了巷道的整体性, 使巷道在服务期间内不需要维修, 保持了巷道的长期稳定, 满足了矿井正常使用, 由此带来了显著的经济效益, 为类似条件下巷道的维护提供了一定的参考价值。
摘要：针对某矿松软破碎巷道底鼓日益突出的问题, 分析了巷道自身围岩特性, 通过FLAC2D数值计算软件对底板加固前后顶底板移近量、围岩塑性区、拉应力区发展状况进行了数值模拟和分析, 制定了科学合理的底鼓治理方案。现场工业性试验表明, 该技术方案科学合理, 取得了良好的支护效果和较大经济效益, 对类似条件下巷道维护有一定的参考作用。对于深部软岩支护问题, 必须对巷道开放的底板进行治理, 在巷道四周形成一个封闭的承载结构, 才能从根本上提高巷道整体的稳定性。
关键词：松软破碎岩层,巷道底鼓,控制技术
参考文献
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[2]钱鸣高, 石平五.矿山压力与岩层控制[M].徐州:中国矿业大学出版社, 2003
[3]谢文兵, 陈晓祥, 郑百生.采矿工程问题数值模拟研究与分析[M].徐州:中国矿业大学出版社, 2005
浅析浅埋破碎岩层隧道施工技术 篇4
1.1 浅埋隧道
隧道根据覆盖层厚度的不同分为深埋隧道和浅埋隧道。由于浅埋隧道埋深较浅, 覆盖层厚度较薄且小于覆盖层厚度的临界值Hp, 在施工开挖时, 地表有些位置能感觉到钻机钻击围岩所产生的震动, 如有不慎就可能造成冒顶事故。浅埋隧道的特殊性有以下几点: (1) 洞室开挖后, 顶部围岩无法形成承载拱, 支护的不及时及强度的不足易引发坍塌; (2) 浅埋隧道施工地层的损失对地表及周围环境影响较大, 为防止拱顶围岩坍塌及地表下沉, 施工前一般用辅助工法提供的强支撑力来保证围岩的稳定。
1.2 破碎岩层
破碎岩层一般是指裂隙高度发育、整体稳定性较差且强度较低的岩层。根据隧道工程对围岩的分类, 此岩体属于破碎围岩的范畴。破碎围岩由于裂隙的发育, 结构面相互交织且随机分布, 方向性也不明显;破碎围岩整体强度较低, 洞室开挖后的围岩稳定性较差, 极易发生失稳破坏。所以针对浅埋破碎围岩的隧道施工时, 支护措施将非常重要, 不当的支护措施会造成围岩的失稳坍塌, 甚至导致地表开裂或造成地表的大面积沉降, 危及施工中的生命和财产安全。除此之外, 隧道开挖前的围岩分类工作一般通过前期地质勘查和隧道开挖揭露围岩的状况来进行, 所以较难保证其准确性, 这就进一步增加了浅埋破碎岩层隧道施工的难度。
2 预加固技术
2.1 地表 (或洞内) 预注浆加固法
在施工前可对地表 (或洞内) 进行预注浆加固, 此方法可以防止隧道掘进时拱顶土体的塌落。地表预注浆加固方法一般是从地表向下进行钻注浆孔, 用配套的注浆机将具有填充和凝胶性能的浆液材料压入地层内, 材料的凝结硬化作用可填充和连接地层中的裂缝, 固结松散软弱的岩体, 提高围岩的整体性和强度, 同时可以有效降低地表沉陷的可能性。注浆前先进行注浆试验, 取得成功经验后再大面积注浆, 试验和检验的项目主要包括注浆的设备、施工工艺、结束标准和固结水效果等。一般选用水泥浆作为注浆浆液, 水灰比w/c一般在0.8∶1~1.2∶1之间, 有时可添加一定外加剂来改善浆液性能, 如早强剂、悬浮稳定剂和速凝剂等。预注浆加固对设备和施工工艺要求较低, 但加固效果和范围较难控制。
2.2 超前支护
破碎岩层自稳时间较短, 所以在隧道开挖前, 延开挖顶面一定范围内的坑道设计轮廓线对隧道进行超前支护, 超前支护常用的形式有超前锚杆或小钢管预支护、超前大管或钢插板预支护等。
(1) 超前锚杆或小钢管支护主要用于围岩压力较小和地下水较少的地段。超前锚杆是向岩体以一定外插角打入一排纵向锚杆或小钢管并注浆, 以此达到加固顶部的作用。锚杆一般长3~5m, 环向距30~50cm, 一般每隔1~2m打注一环, 搭接长度不应小于1.5m。当洞口埋深特别浅时 (一般仅4~9m) , 可采用双层锚杆并以梅花形布置。为增加锚杆支护的共同作用, 一般将锚杆尾端焊接于钢拱架上。
(2) 超前大管棚或钢插板预支护适用于破碎较为严重的地段, 它是由钢管和钢拱架构成, 利用钢拱架, 沿开挖轮廓线以较小的外插角 (一般以5°为宜) , 用钻机将钢管或钢插板钻入地层来形成管棚。管棚主要采用直径为的钢管, 一般长5~10m, 环与环之间搭接长度不应小于1.5m, 环向间距30~40m之间。大管棚预支护法强度高且支护刚度大, 但施工速度慢且造价较高。
3 隧道开挖与支护
浅埋破碎岩层围岩软弱, 整体稳定性差, 且施工有可能引起地表的开裂和沉降, 施工应以“短进尺, 弱爆破, 快封闭, 强支护”为原则, 尽量减少施工对破碎围岩的扰动, 同时也有利于及时做好支护。
3.1 洞身掘进
浅埋破碎岩层中洞身的开挖一般选择台阶分部开挖法和导坑法, 而爆破也以弱爆破为主。
(1) 台阶分部法施工步骤如下: (1) 上台阶弧形导坑开挖; (2) 拱部锚喷网支护或钢架支撑; (3) 核心土开挖; (4) 下台阶开挖; (5) 边墙部开挖; (6) 边墙部锚喷网支护或钢筋架支撑; (7) 仰拱开挖; (8) 仰拱浇注。下面就此方法进行详细说明。采用台阶分部开挖法时, 上部开挖应采取弧形开挖和预留核心土法, 将断面分为弧形拱部, 上部核心土和下部台阶, 上部预留的核心土用来支撑开挖面, 保证开挖面的稳固性。预留核心土的面积一般为5×2.5m, 长度不小于5m。下部开挖同样可以采用预留核心土法, 这样可以进一步提高隧道的稳定性, 左右边墙开挖应交错进行, 同时必须保证另一侧边墙和支护的稳定性。仰拱部一般采用左右交替的半幅开挖。开挖时还需注意控制开挖钻孔时的孔深, 一般的孔深控制范围为0.5~1.5m, 当围岩破碎节理裂隙发育时, 则应取较小值。
(2) 导坑法是开挖至稳定地层处时先进行加强支护, 然后从洞内向洞外逐步扩挖并实施锚网喷支护或钢架支撑。其中扩挖距离应小于0.5~1.0m, 并且要及时做好支撑。
(3) 针对人工或机械开挖无法实施而必须爆破的情况, 应遵循弱爆破的原则, 爆破方法以浅眼多循环短进尺为主, 根据具体情况, 循环炮眼的深度应控制在0.8~1.5m范围内, 这样可以减小炮孔的用药量, 并降低爆破对围岩引起的震动。爆破时还需注意避免核心土的松动, 保证核心土的支撑作用。
4 施工中其他注意事项
(1) 施工前应根据地质资料和施工调查资料选择切实可行的施工方案, 同时分析施工范围内可能出现的地表沉降等灾害, 为隧道的开挖与支护提供参考。详细调查隧道前方及周围结构物的类型、数量和位置, 分析和预测隧道施工对这些结构物可能造成的影响。 (2) 土体的开挖应在预加固稳定或达到一定强度后再进行, 以保证施工的安全和质量。 (3) 浅埋破碎岩层的围岩变异性大, 事故往往具有突发性, 施工中应及时对围岩的变形量和变形时间、地表下沉量等进行量测, 分析其中的变形规律, 为开挖和支护提供有效的参考资料和科学依据。
5 结束语
近年来的交通建设中, 隧道等地下工程占的比重越来越大, 而隧道这些地下工程需要面对复杂地质形式, 其施工的安全和质量尤为重要。针对浅埋破碎岩层这种特殊地段的隧道施工, 我们必须注意施工中的安全问题, 严格制定切实可行的施工技术方案, 避免事故的发生, 安全有效地完成隧道施工项目。
摘要：本文通过介绍浅埋破碎岩层隧道施工的特殊性, 浅述了针对此特殊地质条件下的施工技术, 重点介绍了隧道施工前的预注加固法和超前支护这两种预加固技术, 以及隧道的开挖与支护原则、方法及各方法的优缺点, 最后介绍了施工中还应注意的其他事项。
关键词：浅埋,破碎岩层,隧道,施工技术
参考文献