軟弱圍巖隧道施工 原宏偉

1、軟弱圍巖隧道施工 原宏偉 軟弱圍巖隧道施工 原宏偉 前言：隨著我國加快鐵路建設(shè)的步伐，給我們鐵路施工企業(yè)帶來了前所未有的發(fā)展良機(jī)，鐵路隧道的建設(shè)大大縮短了行車?yán)锍蹋瑒?chuàng)造了良好的社會效益，但是某些隧道必須穿越不利于隧道施工的軟弱圍巖（、圍巖），容易造成隧道坍方、作業(yè)人員傷亡的事故發(fā)生，給施工單位帶來了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和很壞的社會影響。摘要：軟弱圍巖  隧道施工  變形  控制技術(shù)一、軟弱圍巖主要工程地質(zhì)特點(diǎn) 軟弱圍巖一般指巖質(zhì)軟弱、承載力小、巖石節(jié)理裂隙發(fā)育、結(jié)構(gòu)破碎的圍巖，期工程特點(diǎn)有：（1）巖體破碎松散、粘結(jié)力差：這類巖體一般為土層、巖體風(fēng)化嚴(yán)

2、重、擠壓破碎帶等構(gòu)成的巖石；由于結(jié)構(gòu)破碎松散，巖體間的粘結(jié)力差，開挖洞室后，僅靠顆粒間的摩擦效應(yīng)和軟弱膠結(jié)作業(yè)成拱，這類巖體極不穩(wěn)定，易造成坍塌或冒頂?shù)陌l(fā)生。（2）圍巖強(qiáng)度低、遇水易軟化：一般為頁巖、泥巖、片巖、千枚巖等，由于強(qiáng)度低、穩(wěn)定性差、開挖暴露后易風(fēng)化、遇水易軟化，尤其是深埋地段受高應(yīng)力影響易發(fā)生塑性變形，造成洞室內(nèi)擠，縮小原始開挖體積，嚴(yán)重影響正常的事故生產(chǎn)。（3）巖體結(jié)構(gòu)面較軟弱、易發(fā)生滑塌：這種結(jié)構(gòu)主要位于結(jié)構(gòu)面切割影響嚴(yán)重的塊狀巖體中，由于結(jié)構(gòu)面的粘結(jié)強(qiáng)度較低，開挖后周圍巖體極易沿結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生松弛、滑移和墜落等破壞現(xiàn)象。這種變形由三部分組成：1.隧道正前方掌子面的水平位移，表現(xiàn)為

3、掌子面的水平鼓出。2.掌子面前方圍巖下沉，淺埋隧道變現(xiàn)為地表下沉，形成沉降槽。3.剛開挖的隧道洞壁出現(xiàn)收斂變形，表現(xiàn)為拱頂下沉和邊墻內(nèi)移。若這種變形不能進(jìn)行有效的控制，則可能發(fā)生隧道坍方。常見的隧道坍方分為兩大類：1.掌子面水平變形過大，發(fā)生掌子面擠出坍方。2.支護(hù)下沉過大，出現(xiàn)整體失穩(wěn)坍方。  二、隧道支護(hù) 軟弱圍巖隧道支護(hù)一般采用復(fù)合式襯砌。復(fù)合襯砌由初期支護(hù)、二次襯砌兩部分組成。初期支護(hù)是隧道開挖后進(jìn)行的錨桿、鋼拱架和噴射混凝土的施工，起到承受圍巖壓力，約束圍巖變形的作用，并根據(jù)對隧道變形量的監(jiān)控結(jié)果施作二次襯砌。1.初期支護(hù)初期支護(hù)由錨桿、噴射混凝土、鋼架組成，是復(fù)

4、合襯砌隧道的主要承載結(jié)構(gòu)。 噴射混凝土噴射混凝土能及時有效地防止開挖面巖層的松散、離層和掉落，保護(hù)圍巖、防止塌方。噴射混凝土施工要點(diǎn)：1.噴射混凝土要具有有效的早期強(qiáng)度，以盡快對圍巖提供支承力，24小時抗壓強(qiáng)度不應(yīng)低于10mpa。2.噴射混凝土應(yīng)具有足夠的后期強(qiáng)度，強(qiáng)度等級不應(yīng)低于c25。3.與圍巖應(yīng)具有足夠的粘附強(qiáng)度，使噴射混凝土與圍巖盡快形成整體，防止圍巖松動、掉落，與圍巖的粘結(jié)強(qiáng)度不應(yīng)低于0.5mpa。4.軟弱圍巖采用鋼筋網(wǎng)噴射混凝土，增強(qiáng)混凝土的抗剪強(qiáng)度，提高粘附性。噴射混凝土的濕噴工藝：濕噴法其噴射混合料進(jìn)入噴射機(jī)前要按照規(guī)定加入水拌合均有，因此較干噴工藝具有水灰比能準(zhǔn)確控

5、制，利于水泥的水化，施工粉塵小，回彈少，混凝土均質(zhì)性好，強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)。噴混凝土必須與巖面密貼，不能有空洞，以保證良好的共同受力狀態(tài)。噴混凝土必須快速、及時施作。2.錨桿（1）軟弱圍巖中錨桿的作用 在軟弱圍巖中單憑噴射混凝土往往難以抵抗圍巖巨大的變形壓力，不能有效地保證支護(hù)的可靠性。在這種情況下，需要將噴射混凝土與錨桿聯(lián)合使用，并把錨桿作為主要的支護(hù)措施。軟弱圍巖中安裝錨桿的主要作用是在隧道外輪廓線外形成一個一定厚度的圍巖加固層，由這個加固層承擔(dān)外層圍巖傳來的荷載，使得最后傳到噴射混凝土層的荷載降低，減少隧道輪廓線的變形。錨桿對圍巖的加固是通過錨桿周圍的水泥砂漿與圍巖的粘結(jié)力來實(shí)現(xiàn)的，

6、因此需保證錨固可靠，且錨桿墊板必須與巖面緊貼。（2）錨桿的施工要點(diǎn)： 錨桿的布置一般沿洞室周圍徑向布置，必要時底部仰拱也要加錨桿；為保證加固層有一定厚度，錨桿的長度與間距之比一般為2:1；為防止錨桿間圍巖掉落，還應(yīng)配合網(wǎng)噴混凝土，噴層主要承擔(dān)錨桿間的局部坍塌荷載；為保證工程施工質(zhì)量， 軟弱圍巖錨桿施工中應(yīng)做到：1.錨桿錨固可靠，全長粘結(jié)；2.錨桿外露的端部要安裝墊板，且墊板要求與巖面緊貼。3.鋼架鋼架分為型鋼鋼架和格柵鋼架兩種，與錨桿、噴射混凝土共同使用。（1）鋼架的作用有： 在噴射混凝土發(fā)揮作用前起到支撐圍巖的作用；對噴射混凝土進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)；作為超前支護(hù)的支點(diǎn)；與錨

7、桿、噴射混凝土共同發(fā)揮初期支護(hù)的作用。（2）鋼架適應(yīng)范圍 鋼架的最大特點(diǎn)是剛度大，架設(shè)后能夠立即承載受力。因此，多用于軟弱破碎或土質(zhì)圍巖中需要控制圍巖變形迅速發(fā)展的場合。如淺埋、偏壓及土層隧道等。（3）鋼架施工要點(diǎn)：   一般采用工字鋼或“八字結(jié)”形聯(lián)系鋼筋的格柵鋼架；鋼架間距一般為0.61.0m。為增加鋼架的整體性，每榀鋼架間應(yīng)設(shè)縱向連接構(gòu)件；鋼架拱腳及墻腳應(yīng)有控制鋼架位移和下沉的措施。街頭是整個鋼架的薄弱環(huán)節(jié)，必須加強(qiáng)；鋼架應(yīng)直立安裝，并用混凝土預(yù)制塊與圍巖頂緊；型鋼鋼架應(yīng)預(yù)留注漿孔，及時對噴射混凝土層回填注漿，保證與圍巖密貼；分部開挖鋼架落底接長時

8、，要注意防止失穩(wěn)。三、隧道二次襯砌 軟弱圍巖中二次襯砌也是主要承載結(jié)構(gòu)，二次襯砌與初期支護(hù)共同承擔(dān)較大的后期圍巖變形壓力，應(yīng)適時施作。 1.二次襯砌的作用：一是承受圍巖荷載，二是安全儲備，保障運(yùn)營的安全。 2.二次襯砌的施工要點(diǎn)：二次襯砌原則上應(yīng)在初期支護(hù)的位移收斂后施作，但是對于軟弱圍巖隧道，當(dāng)初期支護(hù)位移不收斂時，應(yīng)適時施作二次襯砌，軟弱圍巖施作二次襯砌時應(yīng)采用鋼架混凝土結(jié)構(gòu)。軟弱圍巖二次襯砌應(yīng)帶仰拱，與邊墻應(yīng)圓順連接，減少應(yīng)力集中。二次襯砌應(yīng)先施工仰拱，分段整體澆注。二次襯砌背后的空洞應(yīng)及時回填壓漿，保證拱部的結(jié)構(gòu)密實(shí)。四、軟弱圍巖變形控制技術(shù)1.控制掌子面

9、變形、坍塌的技術(shù) 掌子面過大的變形將導(dǎo)致坍塌事故的發(fā)生。這種事故占隧道坍方事故的比例很高，造成的人員、機(jī)械設(shè)備的損失最大，在設(shè)計施工中都應(yīng)該引起高度重視。 超前支護(hù)是一種”先支后挖”技術(shù)，是控制隧道掌子面前方圍巖變形，防止隧道掌子面坍塌的主要手段。常用的超前支護(hù)有：超前錨桿、超前小導(dǎo)管注漿、超前長管棚。 超前支護(hù)施工中要做的：1.超前管棚必須按照設(shè)計要求進(jìn)行壓漿，以起到加固圍巖的作用。2.為保證管棚與鋼架的聯(lián)合支護(hù)作用，管棚外露部分應(yīng)焊接于鋼架上。掌子面錨桿 設(shè)置掌子面錨桿的目的是控制圍巖開挖后的先行位移，給大斷面開挖創(chuàng)造條件，有利于控制先行和后期圍巖、

10、支護(hù)變形。掌子面錨桿的長度一般都在1020m之間，宜優(yōu)先采用易于切割的玻璃纖維錨桿。 掌子面噴射混凝土是現(xiàn)場使用較多的一種維持掌子面穩(wěn)定的支護(hù)措施。 掌子面預(yù)留核心土：掌子面預(yù)留核心土防止掌子面失穩(wěn)、塌方是隧道中運(yùn)用最廣、最簡單、最經(jīng)濟(jì)的技術(shù)措施之一。2.控制落底開挖塌方技術(shù) 隧道上臺階開挖支護(hù)完成，下道工序就是下臺階落底開挖。這道工序風(fēng)險極大。落底時上半部支  護(hù)基礎(chǔ)懸空，失去支撐，很容易引起支護(hù)和圍巖失穩(wěn)、塌方。這種事故一旦發(fā)生，很容易造成前方掌子面作業(yè)人員被困和傷亡。落底開挖的關(guān)鍵技術(shù)是在開挖前給上半斷面支護(hù)結(jié)構(gòu)提供一個臨時或永久的基礎(chǔ)，控制支護(hù)拱腳的快速下沉。（1）鎖腳錨桿技術(shù) 鎖腳錨桿作為承載結(jié)構(gòu)時，主要是傳遞來自于上部初期支護(hù)的壓力，因此，應(yīng)盡量沿拱腳切線方向設(shè)置。若施作不到位，會降低錨桿作用效果。（2）臨時仰拱技術(shù) 臨時仰拱在臺階法開挖的軟巖大斷面隧道中經(jīng)常使用，能讓上臺階臨時封閉成環(huán)，有效地控制上半斷面支護(hù)的沉降，保證下臺階開挖的安全。（3）擴(kuò)大拱腳技術(shù) 擴(kuò)大拱腳是通過