软弱围岩管棚施工技术

软弱围岩管棚施工技术（精选11篇）

软弱围岩管棚施工技术 篇1

由于浅埋隧道大部分属于特殊地形, 它具有地形偏压、表层软弱堆积物、风化带、软弱围岩、难以形成承载拱等不利因素, 严重影响了浅埋隧道的施工工程质量。根据浅埋隧道的独特地质影响, 在进行隧道的开挖过程中, 极有可能会出现拱顶下沉急剧增大、地表开裂、隧道净空收缩、掌子面失稳等现象, 不利于隧道的施工。

1 浅埋隧道软弱围岩管棚超前支护分析

1.1 超前支护体系及其必要性分析

1.1.1 超前支护体系分析

超前支护体系主要包括以下几种:管棚、超前锚杆、小导管超前注浆、深孔注浆以及地表注浆等。另外, 超前支护一般适用于隧道围岩的自稳性较低的情况, 通过采取超前支护, 可以有效的避免出现坍方。

由于部分隧道属于软弱破碎地质, 即使可以通过采用深孔注浆起到止水固结的作用。然而, 此种方法仅能起到一部分范围固结的作用, 而超前支护体系通过超前锚杆或超前小导管, 在开挖隧道之前以钻孔排水的防水进行排水降压, 防止地下水压过大而影响隧道施工工程的质量。另外, 通过超前支护的方式, 其钻孔深度一般都大于注浆的范围, 可以有效的提高隧道施工工程的质量。

1.1.2 浅埋软弱围岩隧道施工时采取超前支护的必要性

(1) 如上所述, 在进行浅埋软弱围岩隧道的施工工作时, 极易出现掌子面失稳及地表下沉的现象。通过采取超前支护及监控量测技术, 并结合相关改善地层、管棚、水平高压旋喷、药液压注及垂直锚杆等措施, 以科学、合理的支护方法增强支撑力, 并防止支护及地表出现下沉的情况。

(2) 采取超前支护对于浅埋软弱围岩隧道施工的作用如下所述:首先, 超前支护方式的支护结构一般类似于一个沿隧道纵方向的梁结构, 可以有效的产生刚性梁效果。其次, 超前支护可以通过在掌子面前方形成壳结构, 用其刚性及厚度提高隧道掌子面及其周边围岩的稳定性。最后, 通过超前支护中的注浆法, 可以有效的提高隧道围岩的强度, 改善其周边环境。

1.2 超前支护分析

1.2.1 管棚

(1) 管棚的分类及适用范围

管棚主要分为短管棚及长管棚, 它的超前长度一般为5米至30米, 主要适用于隧道围岩非常软弱、破碎, 而且变形量极大的情况。

(2) 管棚施工技术原理及操作分析

管棚的施工原理为在隧道开挖之前在隧道开挖轮廓线的外弧线上放置一个伞形的金属保护棚架。由于该棚架的构造为一系列由一定间距排列的大惯性矩的钢管构成, 可以有效的保护隧道下部地层的开挖工程顺利进行。

管棚的施工操作技术如下:首先, 使用钻机打出一定深度的钻孔。其次, 将所钻的钻孔一并插入于金属钢管之中。最后, 使用注浆机将水泥砂浆或混合浆液压入, 水泥砂浆或混合浆液凝固之后便可以正式进行隧道的开挖工程。

1.2.2 超前锚杆

(1) 超前锚杆的材料

超前锚杆一般主要使用普通的砂浆锚杆或药包锚杆、迈式锚杆, 砂浆锚杆的适用范围较广。

(2) 超前锚杆的作用

另外, 超前锚杆的作用为提前加固, 它可以用于隧道开挖工程施工之前, 通过使用超前锚杆, 可以有效的加固周边环境, 提高隧道的施工质量及施工效率。

1.2.3 小导管超前注浆

(1) 小导管超前注浆的适用范围及作用

小导管超前注浆法一般适用于碎石土及砾石土较多、风化较为严重或节理发育等软弱围岩条件下的隧道工程施工。它只需采用常规小型机械便可以进行施工, 而且可以有效的保证隧道施工过程的安全性。加上小导管超前注浆法的操作简便性、良好的加固止水作用以及超前支护作用, 目前它已广泛应用于稳定各大隧道围岩的稳定性工程中。

(2) 小导管超前注浆的操作分析

小导管超前注浆法一般是通过沿着隧道开挖掌子面上所设计的开挖轮廓线之外0.2m-0.3m处钻孔, 并安装小钢花管进行高压注浆。注浆主要采用水泥及水玻璃作为浆液, 可以有效的加固隧道内的松散围岩, 等浆液达到一定强度后, 便进行隧道工程的开挖。

1.2.4 深孔注浆

(1) 深孔注浆的分类及适用范围

深孔注浆一般主要分为两种方法, 即深孔充填注浆与深孔劈裂注浆。它一般主要适用于断层破碎地带、软弱破碎围岩、地下水极发育, 或极易形成涌水、坍方的隧道工程。

(2) 止浆墙的必要性及具体操作方法

止浆墙可以有效的避免隧道开挖面出现垮坍的现象, 从而提高注浆的质量及隧道施工工程的安全质量。

止浆墙的具体操作方法为:第一, 在隧道开挖面钻孔, 埋设注浆专用孔口管, 并将钢筋网焊接于孔口管处。第二, 将钢筋网网格间距设为30厘米, 再喷射15至20厘米厚的C20级混凝土, 从而形成止浆岩盘。

(3) 注浆作业

注浆所需的材料主要分为三种:第一种主要为无机材料, 其适用范围较广, 主要包括水泥、水泥砂粉、水泥粘土、水泥-水玻璃等无机物。第二种为有机材料, 但有机材料的价格较高, 增加了施工成本。第三种为复合材料, 其操作方法及劳动保护复杂, 而且价格昂贵, 使用性不高。

注浆法一般采取分段累进注浆的方式, 其具体操作方法如下所述:首先, 通过将注浆混合器连接于孔口管上进行试压洗孔, 以便清洗干净孔眼内的石渣。其次, 对其大约注水两三分钟, 确保围岩的空隙通畅;在注浆的过程中应当由专人记录好注浆的时间及注浆量、注浆时的压力变化情况, 还有止浆墙、围岩、支护等的窜浆情况。最后, 在注浆作业结束之后, 必须将注浆部件拆洗, 彻底清洗注浆机, 防止注浆机损坏。

2 浅埋软弱围岩隧道施工监控量测技术

2.1 监控量测的目的和意义

(1) 监控量测通过及时掌握围岩位移和支护变形的动态, 可以科学、合理的安排工序, 以便及时修改支护参数。遇到突发情况时, 可以通过监控量测及时查找=原因, 以便及时采取措施解决问题, 提高隧道施工工程的安全性及经济效益。

(2) 监控量测有利于施工人员熟悉、了解本工程浅埋段围岩压力的基本特征以及支护的效果, 并作为施工资料留存归档, 供日后的工程参考。

2.2浅埋软弱围岩隧道施工监控量测技术分析

浅埋软弱围岩隧道施工的监控量测技术主要应用于隧道施工前阶段及施工中阶段。一方面, 在施工前阶段的监控量测技术主要通过地质调查、直接剪切试验以及现场试验等方法确定隧道围岩的特征, 其中包括鉴定隧道围岩的构造、物理性质等方面。另一方面, 在施工中阶段的监控量测技术主要通过现场监视隧道的施工实际状态, 包括检查超前锚杆的加固效果及松弛范围, 量测坑道周边的位移情况、支护结构的内应力以及支护结构与围岩间的接触应力, 以便及时控制变形情况并采取有效的措施修正, 提高隧道施工工程的质量及安全性。

3 小结

由于浅埋隧道软弱围岩的自承能力较低, 极易导致地层变形, 影响隧道工程的施工质量。因此, 在进行浅埋隧道软弱围岩的施工时, 必须结合超前支护方法以及监控量测技术, 及时采取有效的措施, 提高隧道工程的施工质量及其经济效益。

摘要：本文主要以铁路隧道的软弱围岩管棚超前支护与监控量测技术作为主要研究对象, 其中, 尤其侧重分析超前支护的详细施工技术, 文中深入分析了超前支护中的管棚、超前锚杆、小导管超前注浆、深孔注浆等施工技术, 并阐述了监控量测技术在铁路隧道的施工工程中的应用, 仅供相关工作人员参考。

关键词：隧道,软弱围岩,支护,监控量测技术

参考文献

[1]邓文龙.隧道现场围岩级别判定方法探讨[J].科技资讯, 2010 (11) :120-121.

[2]李德章.复杂环境下超浅埋地下通道施工技术研究[J].安徽建筑工业学院学报:自然科学版, 2011 (02) :221.

[3]中华人民共和国铁道部.铁路车站及枢纽设计规范[M].北京:中国铁道出版社, 2010.

[4]周伟.浅谈隧道监控量测在软弱围岩中的应用[J].科技资讯, 2011 (9) :119.

软弱围岩管棚施工技术 篇2

针对岗城隧道的软弱围岩发生格栅支护下沉和掉拱等现象进行研究,介绍了防止隧道沉降,消除质量和安全隐患的`一些工程措施,并对此提出了一些建议.

作 者：侯琴  作者单位：武汉科技大学中南分校,城市建设学院,湖北,武汉,430223 刊 名：农村经济与科技 英文刊名：RURAL ECONOMY AND SCIENCE-TECHNOLOGY 年，卷(期)：2010 21(1) 分类号：U4 关键词：隧道   软弱围岩   施工   支护  

软弱围岩管棚施工技术 篇3

【关键词】木寨岭隧道;软弱围岩;施工技术

木寨岭隧道坐落在甘肃定西市，总长度1710米，由中国隧道集团承建，于2009年3月开工，预计在2013年竣工。该隧道是甘肃地区的交通要道，但由于该地段的地理环境较为复杂，因而在施工过程当中，会出现一系列问题。尤其在山岭隧道施工过程中，在对山洞进行开挖时会引起明显的空间效应，动身容易产生蠕动变形，从而造成支点破坏，易引起塌方事故。

１．造成软围岩地段变形的主要因素

1.1围岩的不利特性导致隧道变形

在隧道发生大变形地段中的围岩主要为炭质板岩，这种围岩具有较强的膨胀特性，该岩质的变质性很强，隧道中的岩层与隧道之间成20°到40°的夹角，岩层的走向与隧道之间形成的夹角不断变形发展，另外，二者之间夹角小，在岩层膨胀变形过程中所产生的侧压力很大，因此容易产生水平方向的变形。所以，围岩的独特性质是造成隧道变形的主要因素之一。

1.2高地应力效应对隧道变形的影响

通过相关检测数据显示，该地段处在高地应力影响范围之内，隧道极易通过炭质板岩的变形而发生严重的应力破坏，因此，高地应力是隧道容易发生变形的主要因素之一。

1.3地下水对隧道变形的影响

在地形复杂的木寨岭隧道局部地段中，存在着一定数量地下水，由于地下水的存在与流动，会对岩体的颗粒造成一些动力和静力的影响。水通过毛细现象流入到岩体当中，增大岩体裂缝，由于炭质板岩在水分影响下极容易出现软化现象，导致岩体结构上有一定的破坏，大大降低岩体强度。所以，地下水的存在与流动也是造成隧道大幅度变形的主要因素之一。

1.4施工方式所造成的影响

造成隧道大幅度形变的主要因素除了上述三种之外，另外一个因素也是不可忽视的，这就是施工方法也同样对隧道变形有一定的影响。由于工程期限极为紧迫，加之，地理环境与现场管理工作都十分复杂，在这些因素的影响下，施工方法不能够充分满足现场的需要，同时会出现一些遗漏，从而造成隧道变形。

2.对软弱岩层变形应采取的防治措施

针对于岩层容易发生变形这一现状，应在施工中采取相应的措施来对其进行防治工作，也应该注意避免在处理岩层变形工作时给工程进度和施工安全带来的影响。具体防治措施如下：

2.1在出现变形的地段进行回填注浆工作，同时增设径向锚杆并及时对钢架纵向连接进行加强工作

隧道在初期的支护结构和围岩之间应形成共同的受力系统。经过上述的一系列加强工作后，能够使由于变形而产生缝隙的初支结构得到相应的填充，并同时对围岩松动圈起到加固作用，使钢架初支结构与软围岩之间的联接力得到进一步加强，提升初支和围岩的整体性能。

2.2采用套共和拆换拱架的方法来加强初期支护

斜井所设置的初支钢架一般采用12.6型的工字钢。当大幅度的变形出现时可以通过围岩注浆和增设锚杆等一系列加固方法来对变形速率加以控制。但是这种控制只是一时的，只是在一定程度上降低变形速率，仍然不能对变形进行彻底阻止。变形会以较小的速率继续发展与积累，在进行一段时间内的积累后依然会超出极限数值，由于围岩的塑性较强，在超出极限数值后从渐变发展成突变。因此，要使变形得到遏制，应在变形地段进行套拱工作与拆换拱架工作。

2.3适当的调节隧道结构曲率，进一步优化断面形式

通常的斜井设计均采用直墙结构，由于木寨岭的基本应力方向与主隧道方向平行，其中各个斜井基本和主隧道成斜交关系，斜井的走向基本垂直于所受的主应力方向，因此，直墙结构对地应力引起侧向压力控制有着不利影响。这种现象在木寨岭隧道工程中表现得十分突出，并且均表现为较大幅度的侧向变形。直墙结构通过测压的作用直接导致变形，从而造成结构抗性急剧下降，塑性变形严重增大，这对于结构的稳定有着不利影响。通过实践调查资料显示，经过断面优化工作后，斜井变形的情况在很大程度上得到了控制，有所好转，所以，适当的断面优化方法是一种对大变形防治的有效措施。

2.4对湿喷混凝土的应用

通过对湿喷混凝土适量掺入一些外加剂，可以使其早高强性得到加强，通常情况下，6h抗压强度能达到10兆帕，24h的抗压强度高达20兆帕。湿喷混凝土的强度得到了快速的提升，不但对提高初支强度有着一定的作用，还对围岩变形的抑制有着良好的作用。

2.5对应力控制与释放技术的应用

由于木寨岭隧道所穿越的区域具有高地应力的特点，导致隧道出现大量的变形，随着深度逐渐加大，相应的地应力也随之提高，单单依靠加强支护来增强抵抗能力不但对施工进度有一定的影响，还浪费了施工资金。根据施工经验，在高地应力隧道工程中，硬围岩地段可以在合理的应力释放过程中得到良好的效果，然而软围岩地段效果则不佳。因而应采取有效措施对应力的释放加以控制，防止大变形导致坍塌现象的出现。实践研究结果显示，适当对高地应力地段的应力释放进行控制工作可以减轻后期岩层对支护结构应力的作用，从而能够保障支护结构的变形可控制性。

以上的防治策略在木寨岭隧道建设工程中已经起到一定的作用，同时，一些防治对策仍在进一步完善与研究当中。要使大幅度变应得到真正的控制，除了要积极采用相应的有效措施之外，还要对施工工艺进行加强控制，并在施工过程中要严格按照施工标准，保证每项措施得到落实，是大变形防治的重要所在。

3.软弱围岩大变形的具体施工措施

(1)以项目技术部门为主力，加强科研项目，同时地质预报部门与监控测量部门和施工地点的技术人员之间要做好相互配合工作，同时做好定期检查与分析的工作。针对于容易发生大幅度变形的地段进行实地调查，并对其加以分析总结。以便于做好接下来的施工任务指导。

(2)在施工过程中，对较容易发生变形的围岩地段采取快速挖，快速封闭以及及时监测等措施，确保施工过程中隧道稳定。

(3)根据变形的实际情况在施工时尽量减少对围岩的震动，并快速形成封闭的结构，改善支护结构的受力状况，控制因隧道的变形导致的收敛下沉状况发生几率。并在开挖之前采取措施处理好地下水。

(4)在隧道开挖后期的支护工作中，快速组织施工，尽量缩短围岩暴漏的时间，同时应对初期支护质量进行加强。

4.结束语

由于木寨岭隧道所处地段的地理情况十分复杂，在施工过程中要重视对围岩变形的防治工作，还要在此基础上保证施工安全和施工进度， 因此在施工之前以及施工过程中应对隧道的各方面变化加以重视。对于木寨岭隧道软弱围岩变形的防治工作显然是一项艰巨的工作，但相信经过工程技术人员的共同努力下，会尽快找到更有效的方法。

【参考文献】

［１］武建广.木寨岭隧道软岩段大变形原因分析及对策[J].西部探矿工程，2011，(02）.

［２］胡文清，郑颖人，钟昌云.木寨岭隧道软弱围岩段施工方法及数值分析[J].地下空间，2004，(02).

［３］昝成忠，熊四华，姚勇.软弱围岩条件下的隧道设计与施工探讨[J].工程勘察，2004，(04).

［４］陈涛.某隧道软岩大变形防止问题的探討[J].石家庄铁道学院学报，2008，(21).

软弱围岩管棚施工技术 篇4

1 洞内管棚技术参数

洞内管棚由于受施工条件限制, 通常为10 ~ 15m左右的短管棚, 钢管采用 φ89 × 5 mm热轧无缝钢管, 环向间距40 cm在拱顶120° ~ 140°范围以1 ~ 5°仰角打设, 实管和花管间隔布置, 钢管与工字型钢连接, 每环搭接长度不小于3 m, 注浆材料通常使用水泥浆、水玻璃或两者混合物, 在特殊地质段, 通常使用水泥浆和水玻璃混合液。

2 钻机技术要求

洞内管棚机通常采用自重量大、自稳性能好、可自行走、具有一定爬坡能力的的钻机, 优先选用履带式管棚钻机系列。洞内管棚的成孔方式主要有两种: 一是管棚引孔顶入法, 二是管棚跟管钻进法。洞内管棚施工通常地质状况复杂, 可采用跟管钻进工艺, 即将套管及钻杆同时钻入, 成孔后取出钻杆, 顶入管棚, 拔出外套管。

3 扩幅施工

通常管棚超前支护打设仰角越大, 距离开挖轮廓距离越远, 降低了超前支护的效果, 因此洞内管棚施工需要尽量采用减小仰角角度。为取得较小的仰角, 需要提供一个满足钻机施工取得较小仰角的空间即扩幅施工, 在洞内管棚施工前对数榀型钢上抬, 形成一个利于洞内管棚施工的凹性空间。目前较优的扩幅施工长度一般为3 m, 一方面满足钻杆安设打设仰角角度, 另一方面容易对管棚搭接长度控制。最先开始为取得良好角度效果, 采用大扩幅施工, 但大大的增加了施工成本。经长期反复实践提出最小扩幅施工工法。 ( 1) 在洞内管棚打设区域将型钢支撑上抬250 ~ 350 mm, 在3 ~ 4 榀型钢支撑范围内形成最小扩幅空间, 管棚架立在型钢上, 见下图最小扩幅 (1) 施工概况; ( 2) 在型钢上开孔, 采用此法就需要对开孔型钢进行补强, 如将工25 型钢代替原工20型钢或采用双拼形式, 同时将型钢支撑在上3 ~ 4 榀范围内上抬150 ~ 250 mm, 形成最小扩幅空间, 见下图最小扩幅 (2) 施工概况。

4 施工技术措施

4. 1 打设角度控制

洞内管棚长度通常在10 ~ 15 m左右, 对打设位置和打设角度的管理非常重要。尽量采用较小的仰角, 通常取不大于5°, 以避免管棚前端出现较大的误差。隧道坡度较大地段施工前先认真验算打设角度, 防止造成对开挖的影响或距离较远起不到超前支护的作用。上坡地段洞内管棚起到的支护效果优于下坡地段, 体现在纵坡坡度与管棚角度方向一致, 管棚超前支护前端的距离不会偏离开挖轮廓线很大, 支护效果明显; 下坡施工由于纵坡坡度与管棚角度方向相反, 如果管棚打设角度过大, 起不到超前支护的作用, 为取得良好效果, 扩幅施工段距离需要适当加长, 以取得较小打设仰角。

4. 2 管棚注浆

注浆方式、注浆材料和注浆量因地质情况而有所不同。在富水和砂质底层中宜采用水玻璃系列浆液, 粘性土和风化层中宜采用水泥系类浆液。注浆遵循“先两侧、后中间、由稀到浓”的原则。注浆压力一般按设计要求加载, 并通过试验来验证, 注浆时应徐徐加压, 达到压力后, 表示已注满, 持压一段时间后, 浆液有时会从封口处均匀溢出, 有时也会从周围的岩隙裂缝处溢出。注浆完毕应把注浆量与理论数值相比较, 当注浆量小于理论数值时, 说明管内未注满, 此时应停止注浆查明原因后再进行压注。所有注浆孔均以符合单孔注浆结束条件、无漏注浆情况发生。

4. 3 复喷扩幅部分

注浆合格后对扩幅部分进行混凝土复喷, 恢复初支面的光滑效果。复喷前对突出的钢管、钢筋等凸出坚硬物需要进行切割, 确保复喷后无坚固物凸出, 进而保证防水结构层铺设后不被破坏。对扩幅深度较大的区域应先挂网再复喷混凝土, 以防止复喷混凝土与原初支面脱层掉落, 造成安全质量事故。

5 结语

洞内管棚由于能够承受较大的承载力被广泛应用, 给拱顶变形、地表下沉及周边保护提供安全、稳定的空间支撑体系, 起到良好的超前支护效果。但洞内管棚施工由于较为复杂、不可预见因素多、工序时间较长, 限制了其大范围的使用, 在今后的技术改进中需要进一步优化, 解决精度、进度对施工造成的影响。

摘要：洞内管棚工法由于其刚度大, 超前支护距离远, 能够有效控制围岩变形, 常在特殊地质环境中使用, 但其施工技术相对复杂、难度较大, 应做好关键技术措施的施工。

关键词：洞内管棚,超前支护,扩幅施工

参考文献

[1]《高速铁路隧道工程施工技术规程》 (Q/CR9604-2015)

[2]陶赞旭.管棚施工工艺工法[M].2011.

软弱围岩管棚施工技术 篇5

结合昆明三环闭合工程西、北段岗头隧道工程实际情况浅述三线大跨软弱围岩隧道快速掘进施工.隧道均为Ⅳ、Ⅴ级软弱围岩,施工采用超前小导管支护、预留核心土三台阶法、短进尺、弱爆破等具体措施,保证施工安全、质量的同时,快速掘进.

作 者：陈文 黄选银  作者单位：中铁隧道集团一处有限公司 刊 名：中小企业管理与科技 英文刊名：MANAGEMENT & TECHNOLOGY OF SME 年，卷(期)： “”(7) 分类号： 关键词：三线大跨   软弱围岩   管棚施工   预留核心土三台阶法  

软弱围岩管棚施工技术 篇6

摘要：随着社会的进步，我国的交通运输业也出现了飞速的发展，而在公路的施工当中，特殊地质条件路段的隧道贯通施工对施工技术有着更高的要求，为了保证隧道能够安全贯通，必须在传统的施工基础上采取针对性的措施。本文将研究软弱围岩小净距公路的隧道贯通施工技术，旨在为公路隧道施工提供可靠的理论依据。

关键词：软弱围岩；小净距；隧道贯通

在软弱岩层的隧道施工当中，由于围岩的自稳能力差、整体的强度低，在实施最后的爆破工作时，整个贯通段的支护材料强度还处于上升阶段，而炸落的围岩的体量也较大，因此容易引发塌方，造成较大的安全隐患。本文将以某段国道的改建工程为背景，分析并总结软弱围岩小净距公路隧道的贯通施工特点和技术。

一、工程概况

该改建工程为双线隧道，在施工时采用的是双向对打的方式，根据设计，A线隧道的贯通处应该在AK13+110，而B线隧道的贯通处应该在BK13+181，贯通段的间距为71.0米。根据工程相关的地质报告，施工路段主要是强风化石英砂岩，其特点是岩体不完整，节理较发育，岩体破碎，围岩的稳定性和完整性都较差。（如图一、图二和图三所示）

图一 隧道工程A线和B线贯通段的平面示意图

图二 隧道A线的地质纵切面示意图

图三 隧道B线的地质纵切面示意图

二、施工技术分析

（一）施工特点

1、贯通段的施工采用的是四台阶CD法。单侧的上台阶进行导洞，在底部增设临时的钢支撑，同时喷混硬化，封闭支护，从而提高支护的承载力。

2、改造钢拱架。通过扩大拱角来增加拱架的落地面积。取消传统的临时中隔壁，让下台阶的仰拱部位能够一次开挖成型，并加快封闭速度，降低整体围岩的变形值。通过这一环节的施工，我们经现场的测量统计发现，本段的收敛累积值和拱顶沉降下降了40%左右。

3、对贯通体进行施工时，必须采用减震的爆破工艺。为了提高掏槽的效果，应在掏槽眼当中增设减震爆破孔，从而降低对周边围岩的震动程度，并保证施工的安全。在进行最后一次爆破前，贯通体的上方应从隧道的两侧搭设超前的注浆小导管，在形成了交叉棚架之后，通过注浆形成保护壳体，对贯通体进行保护。

（二）施工原理

1、隧道的贯通段在剩余了将近30米时，应在进出口的两侧采用四台阶CD法同时对称开挖，保证临时中隔壁的顺接。隧道先行开挖的一侧应对超前注浆小导管、径向锚杆、锁脚锚管和临时中隔壁进行施工，然后在隧道另一侧进行相同施工。由于隧道的围岩稳定性较差，因此分成八块，先对右侧的1部、2部、3部進行开挖和支护，然后再对左侧的相同部位进行开挖和支护，同时要保证拱架落脚处的稳定和牢固，扩大钢拱架的拱脚，从而有效的防止收敛变形和拱顶沉降。在上部的上台阶施工完毕后，将临时中隔壁进行拆除，并开挖仰拱部位，同时进行支护。具体的施工步骤如下图。

图四 贯通段的施工工序示意图

2、隧道的贯通段在剩余了大约15米时，开始进行单向的施工，并对1部进行临时横撑的施工，同时封闭初支，对侧压造成的收敛进行抵御。对最先贯通部位要增设钢拱架进行临时横撑，喷大约20厘米的混凝土，使1部的初支拱架能够封闭成环。在拱脚处设置锁脚锚管，同时进行注浆。

3、施工时所用到的超前小导管，能够在贯通体的上方发挥棚架作用。在施工中我们可以看到，通过注浆，超前小导管能够有效改善贯通体上方围岩的性质，从而提高围岩的自稳性，与此同时，还能够防止小范围的松散体或落石的掉落。（如图五所示）

图五 超前小导管作用示意图

4、贯通段在进行爆破前，要增设减振孔，减少对周围岩层的振动，提高掏槽的效果。为了保证施工的顺利进行，运用钻爆设计，在进行掏槽时，在掏槽的中间设置深度较小的4个减震炮孔，炮眼的深度大概是进尺的1/3，从而减小夹制作用。在起爆时，要对先爆炮眼所创造的临空间进行充分利用，减小爆破的振动，降低对围岩土层的扰动。（如图六所示）

图六 减震炮孔的排列示意图

三、施工方法

（一）施工准备。在施工前，必须做好充分的材料准备、机械设备准备和人员准备。材料的准备包括径向锚杆、工字钢、喷射混凝土、超前小导管、纵向连接筋、钢筋网片等；机械设备的准备包括手持式的浅孔钻机、电动空压机、电焊机、挖掘机、自卸车辆、注浆机、发电机和湿式喷射机等；人员准备应包括5名隧道出渣人员、4名开挖爆破人员、4名支护施工人员、3名喷射混凝土人员以及4名拱架安装人员。

（二）超前小导管的施工。采用风动凿岩机根据施工设计图进行钻孔。小导管在钻孔前，必须对孔位进行测量和放样，做到位置准确并严格按照设计放样，避免出现串孔而影响注浆的效果。孔位外插的角度应在10°以上，但是不能超过30°。小导管在安设好后，使用塑胶泥对孔口进行封堵，同时喷射混凝土对工作面进行封闭。注浆时水泥浆液的浓度应该是1：0.75，注浆的初始压力位0.5MPa——1.0 MPa，最终的压力为1.5 MPa——2 MPa。

（三）四台阶CD法的开挖和施工。首先进行单侧的1部开挖，在超前注浆小导管的施工完成后，及时对混凝土进行初喷，厚度为4cm，进行临时支护施工，并安装型钢拱架，加设锁脚锚管，进行C30水泥浆的注浆。在临时中隔壁和拱部挂设钢筋网，注意网格的间距应为20×20cm，对混凝土进行复喷，厚度为32cm，在临时中隔壁喷射混凝土，厚度为20cm。在1部的施工前进了5米左右时，可以同时开始2部和3部的开挖和支护。在完成一侧的施工后才能够进行另一侧的施工。

（四）爆破设计。根据炸药的单耗、断面的面积、线装药的密度、炮孔的间距来确定炮孔的数量。在本次工程当中，炸药单耗为每立方0.55kg，断面的面积为16㎡左右，线装药的密度为每米0.135kg，炮孔的数量大约为45个。具体见下图。

图七 减震爆破孔的布置示意图

结束语

软弱围岩小净距公路由于土质差、自稳性低，因此在进行隧道贯通施工时难度更大。而通过本施工技术能够保证施工的安全，提高社会效益。

参考文献：

[1] 李贺.浅埋隧道施工影响下含空洞地层失稳破坏模式及演化规律[D].北京交通大学，2013.

[2] 潘奇.软岩隧道贯通段施工技术[J].现代隧道技术，2012，49（4）：152-155.

软弱围岩隧道施工技术 篇7

一、软弱围岩隧道地质特点以及危害

1.地质特点

软岩, 主要是指第四系全新、中更新、更新统的坡残积土部分, 范围包括江河湖岸和池塘冲积、淤积层, 人工杂填土、水田、溶洞充填物、新老黄土、风积砂等。普遍具有内磨擦角小粘聚力弱及流滑、蠕变、膨胀、湿陷等不稳定的特点。一般南方地区软土含水量偏大, 扰动易液化呈液态流动, 北方地区软土含水量较小, 失水后易呈固态流动, 扰动易崩坍。北方地区软土浸水饱和, 极易流失并很快失去承载力。

2.工程特性

软岩扰动后, 自稳能力下降, 松动圈不断扩大, 围岩压力逐渐增加, 再次稳定的时间很长, 支护及衬砌结构承受围岩压力, 极易引起支护结构变形、收敛、下沉和衬砌结构开裂等事故和病害, 同时往往伴随地表下沉、失水等环境问题。软岩由于具有稳定性差、易崩塌溜滑等特点, 洞口段拉槽施工极易引起大范围牵连性滑动, 因而难以接近仰坡, 进洞困难。洞内施工, 由于承载力不足, 易导致支护结构下沉收敛, 同时掌子面围岩自稳力差, 易涌出和坍塌, 施工困难, 危险性大。软岩自稳时间短, 一般采取化大为小, 分部施工的方法, 因而工序繁多, 应力转换频, 封闭环形成的时间长, 安全与进度、进度与质量的矛盾突出。

3.软弱围岩的危害

软弱围岩的透水性能较差、固结速率缓慢等特点往往会使施工工程中的路面所具有的稳定性和承载性相对较差。一旦有较大的负载外力施加到路面上时, 很容易对路面的质量产生较大的影响, 从而危及交通安全。除此之外, 软弱围岩所带来的危害还会体现在路堤滑坡和路基沉降这两个方面。首先, 由于软弱围岩自身透水性和固结速率的基本特点所产生的影响, 往往会导致公路的稳定性较低。尤其是在坡度路面的施工建设中, 不稳定的软弱围岩在受到较大强度的外力作用时随时都会发生滑坡, 从而产生施工事故。而另一个方面, 由于软弱围岩的含水量比较大, 而且其内部有着很多的微小间隙, 以软弱围岩为基础建设的路面承载力极为有限。而在施工过程中难免会对其长时间持续施加高强度外力, 在力的作用下很容易发生路基沉降, 更严重的甚至会导致路面坍塌断裂的后果。而这也是绝大多数软弱围岩所带来的最为常见的路面危害。

二、软弱变形机制及控制原则

围岩的变形机制一般有多种情况和多个方面, 这主要是由岩石的复杂性决定的, 多数情况下变形机制主要可以分为以下两个方面。

1.材料变形机制

当围岩变形时通常是经过弹性变形、塑性变形及黏性变形来实现材料变形的一系列过程, 故材料变形主要包括这3种变形。

2.岩层结构变形

层状围岩的弯曲变形、软弱夹层的挤出变形、块状围岩的滚动变形以及土砂围岩的挤密或者松弛变形及结构面的滑动变形均为岩层结构变形的形式。

3. 隧道软弱围岩变形控制原则

软弱围岩隧道变形控制的整体原则为将围岩变形控制在容许范围内, 也就是满足:U≤U1, 其中, U为隧道施工后围岩的总变形量, U1为围岩容许变形量, 也就是变形控制标准隧道围岩的总变形量与掌子面超前变形、挤出变形、后方变形有关。因此, 围岩总变形量可以表述为:U=U1+U2+U3, 其中, U1、U2、U3, 分别代表掌子面超前变形量、挤出变形量、后方变形量。只有掌子面超前变形量、挤出变形量、后方变形量总和不大于围岩容许变形量才能确保软弱围岩隧道施工的安全性隧道开挖过程中, 所遇到的围岩类型不同, 自稳性较强的软弱围岩可以在隧道施工初期提供充足的支护时间, 另一类稳定性较差的软弱围岩, 由于其自身的稳定时间较短, 没有多余的时间设置初期支护, 那么就要严格限制围岩的变形, 确保围岩变形在容许的范围内。

三、控制围岩变形措施

在施工中一定要在地质资料详实的基础上科学分析并加上超前预报, 才有可能避免事件发生。在软弱围岩中, 支护结构和围岩共同构成了承载的支护体系, 而控制围岩发生形变的关键就在于对支护体系的利用。在隧道施工过程中应重视前方封堵及后方加固, 以对塌方区域进行合围, 从而有效地避免塌方恶化, 提高施工安全性。开挖创造条件, 有利于控制先行和后期围岩、支护变形, 隧道开挖后应及时进行初期支护, 包括喷射混凝土、锚杆、钢拱架等, 从而有效地对围岩变形情况进行控制。另外施工过程中还应尽量减少开挖的断面及跨度, 以有效地对围岩及支护变形情况进行控制, 避免塌方。另外, 对于软弱围岩地段应保证掌子面有足够的稳定性, 可通过对拱顶超前支护、稳定拱脚的锁脚锚管等进行维护的方式提高其稳定性。在对支护结构进行设计时应确保其可更好地进行支护结构封闭, 且应有利于整体稳定的封闭环状结构形成, 进而尽可能减小支护自身变形。此外, 还可利用超前支护方式, 这种支护方式主要利用超前小导管, 在隧道施工中, 支护前方围岩, 加固周边地层, 利用双层小导管加固松散地段, 进而有效扩大加固圈范围。

四、软弱围岩隧道施工技术的控制重点

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, 依据地质情况合理地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。

2.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。

五、结语

隧道软弱围岩施工技术探索 篇8

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.

探究软弱围岩隧道施工技术 篇9

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

[1]李文江, 孙明磊, 朱永全, 等.软弱围岩隧道台阶法施工中拱脚稳定性及其控制技术[J].岩石力学与工程学报, 2012 (1) :2729-2737.

[2]臧福.浅埋、偏压及软弱围岩隧道施工技术分析[J].门窗, 2014 (4) :145-146.

[3]张健儒.山岭隧道软弱围岩工程地质特性及施工对策[J].隧道建设, 2014 (8) :749-753.

[4]马士伟, 韩学诠, 廖凯, 等.大断面软弱围岩隧道防塌方实时监测预警标准研究[J].铁道工程学报, 2014 (9) :88-92.

[5]崔红利, 王海彦, 满帅.软弱围岩隧道“三台阶斜角同步开挖”快速施工技术[J].石家庄铁路职业技术学院学报, 2013 (3) :1-6.

软弱围岩隧道工程施工安全技术 篇10

1 软弱围岩隧道的工程特征

1.1 软弱围岩主要工程地质特点

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, 主要具有以下工程地质特点:

(1) 岩 (土) 体破碎松散、粘结力差;

(2) 围岩强度低、遇水易软化;

(3) 岩体结构面软弱、易滑塌。

1.2 软弱围岩的变形破坏特征

典型的软弱围岩隧道破坏特征有:

(1) 隧道正前方掌子面的水平位移, 掌子面的水平鼓出;

(2) 掌子面前方围岩下沉, 浅埋隧道表现为地表下沉, 形成沉降槽;

(3) 隧道洞壁出现收敛变形, 拱顶下沉和边墙内移状态。

2 软弱围岩隧道潜在风险源

施工实践经历发现, 软弱围岩隧道的支护变形、塌方潜在风险源常出现在以下地段 (如图1、图2) :

(1) 浅埋、偏压地段。浅埋地段隧道施工时拱部一般难于成拱, 若未采取足够措施, 易发生局部塌方;偏压地段隧道支护结构将承受显著的不对称荷载, 变形过大甚至造成长线段塌方。

(2) 土质隧道地段。主要有坡残积、坡洪积、坡崩积等土层, 以及黄土、软土等地层, 由于土质隧道塌落拱高度较一般岩质隧道大, 因此, 支护结构要承受较大的荷载, 若初期支护强度不足, 会出现局部坍塌等安全风险。

(3) 大埋深软岩地段。由于软岩抗压强度低, 开挖过程中洞壁岩体有剥离现象, 位移极为显著, 变形持续时间长, 隧底有隆起现象。

(4) 断层破碎带地段。由于自稳性极差, 且常伴有地下水, 易发生塌方、掌子面突泥、突水等安全风险。

(5) 结构面发育的块状岩体地段。由于这类岩体整体稳定性差, 围岩接触面力学性能降低, 极容易失稳及造成较大范围岩块突然性坍塌。

(6) 不同岩层接触带地段。由于岩体较为软弱、破碎, 岩层、岩性差异大, 在接触面附近常发育有风化剥蚀面, 若伴有地下水, 在掌子面上方或前方, 易发生塌方、涌泥等安全风险。

3 软弱围岩隧道施工安全技术

3.1 软弱围岩变形控制安全技术

3.1.1 控制掌子面变形、坍塌安全技术

掌子面过大的变形将导致掌子面的失稳, 发生隧道掌子面坍塌事故。这种施工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, 应该引起高度重视。常见控制安全技术如下:

(1) 超前支护。超前支护即所谓的“先支后挖”技术, 是通过在掌子面沿隧道开挖轮廓线外一定范围内进行水平预加固的支护结构。常用的超前支护种类有超前锚杆、超前小导管注浆、超前大管棚;软弱围岩超前支护施的超前管棚为保证管棚与钢架的联合支护作用, 管棚外露部分应焊接于钢架上;同时, 必须按设计要求进行压浆, 以起到加固围岩的作用。

(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、最经济的安全技术措施之一。

3.1.2 控制落底开挖坍塌安全技术

隧道上台阶开挖支护完成后, 由于上半部支护基础悬空, 失去支撑极容易引起支护和围岩失稳。落底开挖的关键技术是在开挖前给上半断面支护结构提供一个临时或永久的基础, 控制支护拱脚的快速下沉。常见的控制安全技术有:

(1) 锁脚锚管安全技术。锁脚锚管当它作为承载结构时, 主要是传递来自于上部初期支护的压力, 因此, 应尽量沿拱脚切线方向设置。若施作不到位, 将降低锚管作用效果。

(2) 临时仰拱安全技术。临时仰拱在台阶法开挖的软岩大断面隧道中经常使用, 能让上台阶临时封闭成环, 有效地控制上半段面支护的沉降, 保证下台阶开挖的安全。

(3) 扩大拱脚安全技术。扩大拱脚是通过展宽基础, 减小地基压力的方法, 实现控制支护沉降的又一种有效的技术手段, 其关键是基础要有足够的宽度, 施作时, 若拱脚宽度不够, 将造成沉降过大, 达不到设计要求。

4“新奥法”隧道支护施工安全技术

根据“新奥法”原理, 对软弱围岩隧道采用复合衬砌。具体施工安全技术如下。

4.1 初期支护

(1) 喷射混凝土。混凝土能及时、有效地防止开挖面岩层的松散、离层和掉落, 是有效地保护围岩、防止坍方的重要手段。技术上要保证必要的早期强度, 以尽快对围岩提拱支承力, 24小时抗压强度不应低于10 MPa。

(2) 锚杆。按照一定间距布置的径向锚杆, 将隧道周边一定深度内的围岩加固, 承担外层围岩传来的荷载, 从而达到保持围岩和支护的稳定性的目的。锚杆技术要求:锚固可靠, 全长粘结, 垫板与岩面紧贴。

(3) 钢架。钢架分型钢钢架与格栅钢架两种, 与锚杆、喷混凝土共同使用。钢架具有前期支撑围岩、补强喷射混凝土、超前支护支点、共同稳定初支的作用。其安全技术要求是:采用工字钢或“八字结”形联系钢筋的格栅钢架, 间距为0.6~1.0 m, 每榀钢架间设纵向连接构件, 钢架拱脚及墙脚应有控制钢架位移和下沉的大拱脚、锁脚锚杆。

4.2 二次衬砌

主要发挥着承载, 并与初期支护共同承担后期围岩变形压力, 为隧道体稳定安全储备和保障运营的安全作用。施工要求如下:

(1) 应在初期支护的位移收敛后施作, 但对于浅埋软弱围岩隧道, 应适时施做加强二次衬砌;软弱围岩段均应采用带仰拱的衬砌, 仰拱与边墙应圆顺连接, 减少应力集中。

(2) 二次衬砌仰拱 (底板) 超前, 并分段整体浇筑, 严禁半幅施工;衬砌背后空洞应采用二衬同级混凝土或注水泥砂浆回填密实。

5 经验与建议

5.1 洞口施工遵循“早进晚出”的原则

有条件时应尽量接长明洞, 不要为了缩短隧道的长度而偏压、拉槽进洞, 使洞口处挖深过大, 破坏山体坡面的稳定和植被;软弱围岩隧道采用超前管棚进洞, 并对洞口临时开挖坡面采取锚杆 (索) 、压浆、钢筋网、喷射混凝土等支护措施;同时, 在开挖进洞之前, 还应做好地表防排水系统, 以确保施工安全。

5.2 加强隧道地质超前预报和地质述描

通过地质超前预报和地质述描工作获取软弱围岩在隧道工程特性, 摸索一些施工的客观规律;掌握未揭露围岩和未知环境状况, 作出科学的判定。

5.3 加强现场监控量测工作

将监控量测工作列入施工流程, 并由专业队伍来实施, 当监控量测数据出现异常时, 通过监测动态信息, 能够及时分析和获取围岩及支护结构体系的稳定性状态, 用以指导施工, 确保施工安全。

5.4 针对工程特性, 确定科学的施工技术和方法

(1) 开挖方法的确定应有利于保护围岩, 减小塑性区范围, 最大限度地调动围岩的承载作用, 控制围岩的变形量;如采用弱爆破、围岩预加固等措施。

(2) 支护结构的施作应尽快封闭成环, 以达到减小支护自身变形的目的;例如采用有利于快封闭的CD/CRD等工法。

(3) 支护结构未封闭之前, 辅助工程措施应有利于控制支护结构的整体下沉;例如采用大拱脚或拱脚支撑桩等措施。

作者通过实践, 体验了软弱围岩隧道施工风险, 获得了一些安全技术经验知识, 规避了较大的施工安全风险, 此经验值得类似隧道工程施工时借鉴。

摘要：以山西中南部铁路通道隧道某线段隧道工程的施工为例, 介绍了软弱围岩隧道的工程特征、工程施工中的潜在风险源、施工难点和值得借鉴的施工安全技术。

软弱围岩大断面隧道施工技术研究 篇11

关键词：软岩,大断面隧道,施工方法,比较分析

0前言

随着我国经济建设的飞速发展, 交通工程的建设也日益增多。我国是一个多山的国家, 在山岭地区的交通建设中, 隧道工程的建设遇到了前所未有的发展机遇。从20世纪90年代至今, 我国公路隧道建设每年以100余公里的数量不断增长, 隧道的开挖面积由过去的两车道发展到现在的三车道甚至是超大断面的四车道。近几年, 建设隧道工程的地质与环境条件更加复杂, 在隧道施工过程中经常出现流砂、涌水、塌方、掌子面崩塌等工程灾害, 如何避免在地质条件较差的隧道工程建设中出现安全事故, 成为当今学术界重点研究的课题之一。软弱围岩大断面隧道具有变形大、变形周期长、施工难度高、支护困难等特点, 在实际工程中采用什么样的施工方法才能最好地保证其安全稳定的施工, 这正是本文研究和探讨的重点。

关于软岩的定义, 国内外的学者一直争论不休, 有描述性的、有指标化的、也有理论上的, 且各有其优缺点[1]。本文将软岩定义为一种强度低、孔隙率大、胶结程度差、受结构面切割及风化影响明显或含有大量膨胀性黏土矿物的松、散、软、弱岩层[2]。大断面隧道按日本隧道协会颁布的划分标准为开挖面积100~120 m2的隧道, 按国际隧道协会颁布的标准为净空断面面积50~100 m2的隧道, 我国目前采用的是日本隧道协会颁布的标准。

1 软弱围岩大断面隧道施工方法比较

1.1 常用的施工方法

针对软弱围岩大断面隧道的特征, 常用的施工方法有台阶法、CD法、CRD法、单侧壁导坑法、双侧壁导坑法等。

1) 台阶法。在适合软弱围岩大断面隧道施工的几种方法中, 台阶法是施工最方便的方法。台阶法一般可分为二台阶法和三台阶法, 相对于其他施工方法, 台阶法的优点是:采用台阶法施工能有效节约成本, 施工更加快捷方便;台阶法施工将掌子面分为两块或者是三块, 施工空间相对较大, 可采用大型设备快速施工;每个台阶可独立同时施工, 效率较高;在爆破时台阶法各台阶可以同时爆破, 这样既增加了爆破断面又减少了断面的爆破集中量;台阶法二衬施工时整体效果较好, 完成后很少出现问题。台阶法的缺点主要表现在它的变形量和对围岩的扰动程度相对于其他几种开挖方式而言, 是比较大的, 在软弱围岩大断面隧道施工过程中采用此方法施工, 风险更高。二台阶法施工步骤如图1所示。

2) CD法和CRD法。CD法和CRD法施工时一般将隧道分为四块开挖 (CRD也可分为6块) , 属于大断面分部施工方法。这两种方法经常应用于浅埋、掌子面稳定性差和Ⅳ、Ⅴ级围岩条件的隧道中。由于其施工简便, 技术难度不高, 且工期效益和经济效益相对较高, 因此, 广泛用于软弱围岩大断面隧道工程中。实践证明, CD法与CRD法在隧道施工过程中能有效地控制隧道的变形。这两种方法相对于普通的全断面法或是台阶法来说具有以下优点:CD法和CRD法在施工时会将开挖面沿着纵向和横向分割, 使得每一个断面都很小, 大大降低了施工对周围围岩的扰动, 安全性更高;施工过程中还会设置中隔墙作为临时支撑, 大幅度地减小了隧道围岩的变形, 这也是CD与CRD法最突出的特点, 因此, 也把它们叫做中隔壁法;这两种方法施工运用比较灵活, 可根据围岩的变化情况或是监控量测资料及时调整隧道的进尺, 还可以与其他方法结合使用。它们的缺点是:中隔墙作为临时支撑, 在施做二衬时会被拆除, 因此施工成本相对较高, 且在拆除中隔墙时对初期支护有较大的影响, 这正是这两种开挖方式的难点所在。CD法与CRD法施工步骤分别如图2~3所示。

3) 单侧壁导坑法与双侧壁导坑法。单侧壁导坑法与CD法虽说施工步骤大体相同, 但是根据实际工程资料表明单侧壁导坑法比CD法具有更高的安全性。单侧壁导坑法它的中隔墙相对于CD法来说更加趋近隧道的一侧, 这使得施工完成一、二部分之后, 围岩处于一个更加稳定的状态, 并且先开挖一小部分, 可以探明掌子面前方围岩情况, 再根据实际情况确定接下来采用的开挖和支护类型。单侧壁导坑法施工步骤如图4所示。

使用单侧壁导坑法开挖, 当掌子面前方围岩条件较差时, 就应改为双侧壁导坑法施工。双侧壁导坑法适用于围岩特别差, 地表下沉控制较严格的隧道工程中, 该方法的特点是进一步的减小了一次开挖断面面积, 使掌子面围岩更加稳定、变形更小。对近几年的监控测量数据进行分析表明[3]:如果施工措施正确到位的话, 该法比CD法降低拱顶沉降量达45%以上, 在软弱围岩大断面隧道中, 也能很好地将水平位移量、拱顶沉降量和地表下沉量控制在一个很小的范围内, 且69%的变形量发生在前四步施工之后。在施工时为了使每个小断面尽快封闭成环, 更好地体现隧道的力学效应, 临时仰拱和中隔墙是必不可少的支撑结构, 为了达到节约成本的目的, 可以在隧道初期支护封闭之后将其拆除, 重复利用。双侧壁导坑法施工步骤如图5所示。

1.2 各种施工方法比较结果

就软弱围岩大断面隧道而言, 上述几种开挖方式在一定条件下都能采用, 在实际工程中选择哪种开挖方式要从成本、安全和工期三方面综合考虑。相对来说, 台阶法的开挖速度最快、施工成本最低, 但是使用台阶法开挖很难保证此类隧道的安全性, 在Ⅴ级围岩的条件下很少采用此方法;CD法和CRD法是目前最常用的大断面隧道开挖方式, 虽然相对于台阶法施工成本有所增加, 但是它们也在一定程度上保证了隧道工程的安全, 总的来说效益是最高的, 因此, 在Ⅳ级和Ⅴ级围岩中较常使用这两种方法;单侧壁导坑法与双侧壁导坑法能充分的保证隧道安全施工, 但是施工步骤繁多、工期长、难度大, 一般只用于围岩等级特别低的隧道, 当出现特殊地质条件或是隧道工程进洞困难时也常采用这两种方法。

2 软弱围岩大断面隧道支护与爆破措施

软弱围岩大断面隧道开挖时因其变形较大, 不可控因素众多, 因此, 在开挖时要严格按照“早支护、控爆破、快封闭”的指导方针进行施工。隧道支护[4]一般分为初衬和二衬, 大断面隧道采用分部开挖的方法, 当一部分掌子面开挖完成之后应在最短的时间内进行立钢拱架、打锚杆、架钢筋网、喷射混凝土等初衬施工。由岩体力学可知, 洞室开挖之后, 周围岩体会发生卸荷回弹和应力重分布, 尽早进行初期支护能有效地缓解因围岩本身抗性不足而产生的变形。但是, 二次支衬并不是越早越好, 一般情况下需在周边位移速率小于0.2 mm/d时才能进行二衬施工, 对于某些特殊地质条件下的Ⅴ级围岩, 为了保证围岩不发生失稳破坏可以提前进行二次衬砌。二衬作为隧道的永久支护, 必须严格按照设计规范进行施工。

由于软岩特殊的力学性质, 对其进行爆破时一定要控制好用药量和炮眼位置, 爆破过后要对已经进行初衬的围岩再次喷射混凝土, 确保洞内施工安全可靠。

3 结论与展望

本文通过对软弱围岩大断面隧道的几种开挖方法进行分析和比较, 得出以下几点结论: (1) 台阶法施工速度快、成本低, 但是施工过程中容易出现失稳、崩塌等灾害, 因此, 不宜在Ⅴ级围岩的大断面隧道工程中采用; (2) 对于一般地质条件的软弱围岩大断面隧道推荐采用CD法或CRD法, 这两种方法能在保证隧道安全的同时有效提高工程的效益; (3) 对于特殊地质条件或进洞困难的隧道宜采用双侧壁导坑法施工; (4) 软弱围岩大断面隧道施工时要严格遵循“控爆破、早支护、快封闭”的指导方针, 保障隧道结构安全可靠。

对于软弱围岩大断面隧道的研究, 目前主要集中在稳定性和快速施工方面。然而, 在实际工程中隧道的埋深对隧道的安全也有着较大的影响, 尤其是在洞口段, 大断面浅埋隧道施工难度特别大, 极易发生工程事故。因此, 对软弱围岩大断面浅埋隧道洞口段的施工技术的研究是接下来亟需解决的问题。

参考文献

[1]何满潮, 景河海, 孙晓明.软岩工程地质力学研究进展[J].工程地质学报, 2000, 8 (1) :46-82.

[2]高美奔, 李天斌, 孟陆波, 等.隧道软岩大变形力学机制及防治措施综述[J].施工技术, 2013, 42 (S2) :247-251.

[3]韩道录.软弱围岩大断面隧道超前预加固分析[D].重庆:重庆交通大学, 2013.