軟巖隧道施工

軟巖隧道施工工程軟巖軟巖分類軟巖隧道破壞機理軟巖隧道特點軟巖隧道變形破壞的主要特征軟巖隧道病害的原因簡述軟巖隧道設計與施工建議軟巖隧道支護對策防止軟巖隧道病害方法軟巖隧道開挖方式工程軟巖是指在工程力作用下能產(chǎn)生顯著塑性變形的工程巖體。隧道工程軟巖亦稱松軟巖層，不僅是指圍巖巖體松軟，而且指圍巖不穩(wěn)定或極不穩(wěn)定。軟巖是一種特殊的巖類，從巖石固有的特性來說，它具有軟的形態(tài)，而從工程應用的觀點來看，它又是“弱”的，進入軟巖狀態(tài)的隧道，其強度特性、泥質含量、結構面特點及其塑性變形力學特點差異很大。軟巖分類軟巖可分為4大類：1、膨脹性軟巖2、高應力軟巖3、節(jié)理化軟巖4、復合型軟巖軟巖隧道破壞機理在隧道開挖過程中，由于巖體的天然應力平衡狀態(tài)遭到破壞，引起隧道周圍巖體的卸荷回彈和應力重分布，當這種回彈應力和重分布應力超過圍巖強度所能承受的范圍時，將造成巖體的失穩(wěn)破壞。軟巖隧道特點（1）承載力低、變形大（2）圍巖不穩(wěn)定（3）安全隱患大（4）變形速率大，收斂時間長，變形控制難（5）運營病害嚴重（6）投資增加軟巖隧道開挖方法中隔壁（CD）法交叉中隔壁（CRD法）雙側壁導坑法中隔壁法（CD法）左、右側各工作面每循環(huán)進尺不得超過設計一榀拱架距離，左、右側開挖完成后應及時施作初期支護和中隔壁臨時支護。左右部上中臺階高度不大于3.5m，左右各臺階長度3-5m，左右兩側縱向距離小于1-2倍隧道直徑，且不大于15m。周邊輪廓應盡量圓順，減少應力集中。當開挖形成全斷面時，應及時完成全斷面初期支護閉合。根據(jù)監(jiān)控量測信息，初期支護穩(wěn)定后拆除中隔壁臨時支護，中隔壁的拆除應滯后于仰拱，一次拆除長度不宜大于15m，并加強監(jiān)控量測，拆除后應立即施作二次襯砌。應配備適合導坑開挖的小型機械設備、機具，提高導坑開挖效率。交叉叉中中隔隔壁壁法法（（CRD法法））上臺臺階階開開挖挖循循環(huán)環(huán)進進尺尺控控制制在在1榀榀拱拱架架距距離離內內，，中中下下臺臺階階控控制制在在1-2榀榀拱拱架架距距離離。。上、、中中臺臺階階高高度度控控制制為為2.5m臺臺階階長長度度為為3-5m，，左左右右兩兩側側縱縱向向距距離離宜宜小小于于1倍倍隧隧道道洞洞涇涇。。周周邊邊輪輪廓廓應應盡盡量量圓圓順順，，減減小小應應力力集集中中。。當當開開挖挖形形成成全全斷斷面面時時，，應應及及時時完完成成全全斷斷面面初初期期支支護護閉閉合合。。中隔隔壁壁臨臨時時支支護護的的拆拆除除參參照照CD法法。。采用用CRD法法施施工工宜宜設設置置臨臨時時仰仰拱拱，，步步步步成成環(huán)環(huán)，，開開挖挖自自上上而而下下，，交交叉叉進進行行。。雙側側壁壁導導坑坑法法兩側側壁壁導導坑坑和和中中部部上上臺臺階階每每循循環(huán)環(huán)進進尺尺控控制制在在1榀榀拱拱架架距距離離（（0.5-0.75m））內內，，下下臺臺階階可可控控制制在在兩兩榀榀拱拱架架距距離離內內（（1-1.5m））。。側壁導坑形形狀應近于于橢圓形斷斷面，導坑坑斷面宜為為正個斷面面的1／3，導坑跨跨度不應大大于0.3倍隧道寬寬度；左右右導坑施工工時，前后后錯開距離離為10-15m，，中間土體體滯后側壁壁10-15m；左左右部的臺臺階開挖高高度不應超超過3.5m，臺階階長度控制制在2-3m，周邊邊輪廓應盡盡量圓順，，減小應力力集中。中隔壁臨時時支護的拆拆除參照CD法相關關要求。軟巖隧道變變形破壞的的主要特征征（1）軟巖巖隧道變形形具有蠕變變變形三階階段的規(guī)律律，并具有有明顯的時時間效應（2）軟巖巖隧道多為為環(huán)向受壓壓，且非對對稱（3）軟巖巖隧道變形形隨深度增增加而增大大（4）軟巖巖的失水和和吸水均可可造成軟巖巖發(fā)生膨脹脹變形破壞壞或泥化破破壞（5）底板板圍巖承載載力不足造造成隧道結結構整體沉沉降（6）支護護時間不適適宜，從而而破壞隧道道支護結構構軟巖隧道病病害的原因因簡述內在的地質質因素認識識不全面（1）工程程地質對于軟巖大大多數(shù)時候候對其強度度、剛度、、結構面發(fā)發(fā)育狀況和和膠結程度度比較重視視，開挖方方法和支護護結構多從從這方面考考慮，只顧顧及短期穩(wěn)穩(wěn)定，往往往忽視膠結結物的性能能、膨脹性性礦物的含含量等，這這些均是軟軟巖隧道后后期變形和和造成隧道道支護荷載載劇增的內內在因素。。（2）水文文地質水的影響包包括圍巖固固有含水、、地下徑流流水及工程程用水，水水是軟巖隧隧道變形、、破壞之源源，尤其是是對膨脹巖巖。水不僅僅造成粘土土質巖的膨膨脹，同時時降低巖石石強度。外部因素素考慮不不周全隧道施工工是連續(xù)續(xù)不間斷斷持續(xù)推推進、鄰鄰近隧道道（左、、右洞））大多同同期施工工等產(chǎn)生生的擾動動應力、、應力重重分布多多次且持持續(xù)時間間較長、、相互疊疊加等外外部因素素與圍巖巖固有的的垂直應應力、構構造殘余余應力共共同疊加加對隧道道變形影影響更大大。施工排水水處理不不當水是軟巖巖隧道變變形、破破壞之源源，尤其其是對膨膨脹巖。。水不僅僅造成粘粘土質巖巖的膨脹脹，同時時降低巖巖石強度度。施工時往往往只是是簡單的的疏排，，造成地地下水通通過圍巖巖裂隙流流徑通道道浸泡圍圍巖，同同時施工工水（如如錨桿鉆鉆孔水、、其他排排放水））和隧道道底板、、拱墻腳腳積水浸浸泡圍巖巖，使得得圍巖膨膨脹、軟軟化、泥泥化。時空效應應作用時間因素素流變是是軟巖特特性之一一，隧道道變形和和時間密密切相關關。二襯襯開裂隧隧道均在在初支未未收斂時時開始二二襯，甚甚至在初初支完成成不足1周即施施做二襯襯。步距：二二襯與掌掌子面保保持一定定距離，，一是給給圍巖預預留變形形時間，，二是減減小掌子子面爆破破震動對對二襯的的不利影影響，三三是作業(yè)業(yè)掌子面面開挖、、支護作作業(yè)空間間的需要要。超前預支支護效果果不好超前管棚間距距過大或外插插角控制不好好，開挖時割割除，造成圍圍巖變形、坍坍塌；超前小小導管長度與與開挖高度不不匹配，巖土土破裂線超出出小導管支護護長度，引起起圍巖滑移變變形；注漿固固結圍巖未達達到效果，開開挖時圍巖變變形或坍塌。。初支背后空隙隙未注漿回填填初期支護背后后脫空，圍巖巖與支護不密密貼，不能共共同承載，違違背新奧法原原理（圍巖與與支護共同形形成支護體、、共同承載）），造成圍巖巖無約束變形形，使得松動動圈（荷載體體）加大，圍圍巖及支護變變形破壞。初期支護未及及時封閉無論是臺階法法開挖還是CD法開挖或或者雙側壁導導坑法開挖，，初期支護都都應封閉成環(huán)環(huán)，約束變形形，提高承載載能力。若開開口支護，支支護腳必須有有效鎖定，防防止沉降或水水平移動（內內移），從而而約束變形。。不重視仰拱仰拱未設置與與拱墻等強的的初期支護及及二次襯砌，，在構造應力力和邊墻重力力應力作用下下隆起或破壞壞；仰拱與拱拱墻隨意連接接，不能側墻墻剪應力作用用下位移、破破壞二襯；仰仰拱分幅施工工，縱向施工工縫未處理好好，消弱承載載力；仰拱基基底應力不滿滿足荷載要求求，引起沉降降。軟巖隧隧道設設計與與施工工建議議軟巖隧隧道支支護原原理根據(jù)軟軟巖的的特性性，考考慮目目前通通行的的新奧奧法施施工原原理，，軟巖巖隧道道支護護依然然應充充分利利用和和發(fā)揮揮自承承能力力。支支護結結構應應考慮慮以下下一些些因素素：剛性支支護與與適度度泄壓壓相結結合必須改改變傳傳統(tǒng)的的單純純提高高支護護剛度度的思思想，，支護護結構構及強強度應應與加加固圍圍巖、、提高高圍自自承能能力相相結合合，與與圍巖巖變形形及強強度相相匹配配，單單純提提高支支護剛剛度既既不經(jīng)經(jīng)濟也也難以以抵抗抗強大大的地地應力力荷載載。卸壓、加加固與支支護相結結合根據(jù)地質質結構與與構造分分析圍巖巖應力的的作用形形態(tài)，找找出主要要影響應應力，統(tǒng)統(tǒng)籌考慮慮.對高高地應力力區(qū)，要要卸得充充分；對對大變形形區(qū)，要要讓得適適度；對對松散破破碎區(qū)，，要注意意整體加加固；及及時支護護并非即即刻支護護，但對對隧道圍圍巖整體體要支護護住堅持信信息化化指導導必須進進行圍圍巖變變形量量測、、支護護內力力監(jiān)測測、圍圍巖應應力監(jiān)監(jiān)測，，準確確掌握握圍巖巖及支支護變變形的的活動動狀態(tài)態(tài)、受受力狀狀態(tài)和和穩(wěn)定定情況況，根根據(jù)監(jiān)監(jiān)測結結果確確定二二次支支護結結構的的參數(shù)數(shù)，確確定補補強時時間，，二襯襯時間間和仰仰拱封封閉時時間軟巖隧隧道支支護對對策根據(jù)現(xiàn)現(xiàn)代巖巖石力力學理理論：：隧道道圍巖巖既是是支護護壓力力的根根源，，又是是抵抗抗平衡衡原巖巖應力力的承承載體體，而而且是是主要要的承承載結結構體體。支支護的的作用用在于于維護護和提提高松松動圍圍巖的的殘余余強度度，充充分發(fā)發(fā)揮圍圍巖的的承載載能力力。因因此，，在軟軟巖隧隧道支支護中中，要要遵循循以下下幾方方面原原則：：封閉巖巖面，，維護護和保保持圍圍巖殘殘余強強度隧道開挖后后及時噴混混凝土封閉閉巖面，防防止水蝕、、風化，減減少圍巖強強度損失；；采用利于于保持圍巖巖強度的方方法，如：：光面爆破破或非爆破破開挖。采取技術措措施，提高高圍巖殘余余強度（1）快速速支護，促促成圍巖二二維應力盡盡快轉換成成三維應力力狀態(tài)，可可有效提高高圍巖殘余余強度。（2）采用用密布長錨錨桿將破碎碎圍巖錨固固起來，恢恢復和提高高破裂圍巖巖的殘余強強度，形成成具有較高高承載能力力和可塑性性的錨固層層。（3）隧道道開挖后，，洞內徑向向注漿加固固圍巖，提提高松動圈圈圍巖強度度。（4）預注注漿加固地地層巖石強強度，是淺淺埋和斷層層破碎帶及及未固結松松散巖土提提高強度及及承載力最最為有效的的途徑。優(yōu)化化技技術術方方案案，，充充分分發(fā)發(fā)揮揮圍圍巖巖承承載載能能力力（1）優(yōu)化隧隧道斷面。軟軟巖隧道中，，圓形隧道支支護結構的承承裁能力最大大(均勻應力力場)，軟巖巖隧道斷面盡盡可能采用圓圓形斷面或近近似圓形斷面面，杜絕直墻墻斷面和無仰仰拱斷面。（2）支護結結構全斷面等等強。軟巖隧隧道支護所承承受的荷載主主要是圍巖的的變形壓力，，它來自于隧隧道的四周，，包括隧道底底扳。支護結結構必須全周周等強，否則則任意薄弱環(huán)環(huán)節(jié)（包括底底板）都可能能造成支護整整體失敗。（3）初期支支護適度柔性性。軟巖隧道道中，圍巖變變形壓力是支支護結構的主主要荷載，一一般剛性支護護難以抵抗強強大的圍巖壓壓力而破壞，，使圍巖處于于事實上的無無支護狀態(tài)。。采用適度柔柔性的支護（（如：錨網(wǎng)噴噴混凝土和可可伸縮型鋼支支架），可實實現(xiàn)收縮讓壓壓，減少支護護受力，讓圍圍巖發(fā)揮更大大承載能力。。(4)剛性二二次襯砌提供供最終支護體體系，穩(wěn)定圍圍巖。軟巖隧隧道采用一次次強阻力剛性性支護來維護護圍巖是不能能成功的，應應在圍巖變形形趨于穩(wěn)定后后適時施做二二次襯砌，給給隧道圍巖提提供最終支護護強度和剛度度，以保持隧隧道校長時間間的穩(wěn)定性和和安全儲備。。（5）提高地地基承載力，，防止整體沉沉降。隧道及及圍巖既是承承載體也是荷荷載體，軟弱弱、可壓縮的的軟弱地基（（包括仰拱及及墻腳）應進進行改良處理理（如：注漿漿、管樁及其其他改良方法法），提高底底板圍巖承載載力，有效抑抑制整體沉降降。防止軟巖隧道道病害方法軟巖隧道施工工方法選擇十十分重要，甚甚至是隧道建建設成敗的關關鍵。軟巖隧隧道的施工技技術方案、施施工方法和施施工組織管理理應遵循“保圍巖、嚴控控水、強基腳腳、穩(wěn)巖壁、、早封閉、剛剛二襯、勤量量測”的原則。施工方案必須須從維護圍巖巖穩(wěn)定出發(fā)（（保圍巖）維護圍巖穩(wěn)定定，保護圍巖巖殘余應力和和提高圍巖自自身承載能力力是新奧法的的基本原理。。具體可采取取以下措施：：（1）超前預預支護（管超超前）。根據(jù)據(jù)圍巖的穩(wěn)定定情況，采用用管棚（洞口口淺埋破碎段段及斷層破碎碎帶）或小導導管（一般軟軟巖段）或鋼鋼插板（流沙沙、淤泥質土土或特別軟弱弱土層、沙層層、黃土層、、坍方處理））等手段對圍圍巖進行超前前支護，可有有效抑制開挖挖過程中圍巖巖的變形或坍坍塌，防止圍圍巖松動而降降低強度及穩(wěn)穩(wěn)定性。（2）注漿固固結（嚴注漿漿）。大多數(shù)數(shù)軟弱圍巖的的結構面間隙隙大，沙土、、礫石土、角角礫巖、強風風化巖粒和破破碎帶孔隙率率大、密實度度差，這類圍圍巖自身強度度和穩(wěn)定性極極差，通過注注漿充填和粘粘結，有利于于圍巖整體化化，可極大提提高圍巖強度度和承載力。。淺埋段可從從地表向下整整體注漿固結結；埋深較大大段落可從洞洞內采用帷幕幕注漿加固一一定范圍圍巖巖（一般不宜宜小于洞身輪輪廓外5m））；開挖時可可基本穩(wěn)定段段落可在初支支后進行徑向向注漿加固（（一般不宜小小于洞身輪廓廓外3m）；；一般軟巖段段應對支護背背后進行回填填注漿，保證證初支與圍巖巖密貼，共同同受力。注漿漿材料可采用用水泥砂漿（（孔隙率較大大）、水泥漿漿（孔隙率一一般）、超細細水泥漿（孔孔隙率很?。⑺唷Ａщp液漿漿（地下水豐豐富地段）。。（3））弱爆爆破或或非爆爆破開開挖（（少擾擾動））。采采用光光面爆爆破、、微震震松動動爆破破，有有條件件時采采用機機械挖挖掘，，不得得已時時可采采用人人工挖挖掘，，盡可可能減減少人人為擾擾動圍圍巖。。提高支支護基基腳牢牢固性性是防防止支支護失失效的的基礎礎（強強基腳腳）支護破破壞往往往是是因為為基腳腳不牢牢固在在圍巖巖側壓壓力作作用下下內移移，在在圍巖巖重力力應力力作用用下沉沉降，，使得得支護護整體體變形形降效效，甚甚至破破壞失失效，，造成成圍巖巖大變變形或或失穩(wěn)穩(wěn)坍塌塌。必必須對對支護護金屬屬構件件或其其他構構件的的基腳腳鎖定定，常常用水水平鎖鎖腳錨錨桿或或樹樁樁鎖腳腳錨桿桿將圍圍巖與與支護護牢固固連接接；基基腳必必須放放置于于未破破壞或或浸蝕蝕的原原巖上上，并并防止止水浸浸泡；；將基基腳噴噴混凝凝土擴擴大（（一般般50cm）或或大塊塊木板板（混混凝土土板））塞墊墊是必必要的的；特特別軟軟弱的的土質質、流流沙質質、斷斷層泥泥帶、、飽和和高液液限全全風化化巖土土、采采空區(qū)區(qū)、下下伏巖巖溶等等仰拱拱基底底應預預先進進行基基底處處理（（可改改良土土、可可設置置管樁樁、換換填等等）。。開挖方法法有利于于墻壁及及掌子面面穩(wěn)定（（穩(wěn)巖壁壁）軟巖失穩(wěn)穩(wěn)很多時時候是因因為側壁壁及掌子子面圍巖巖剪切滑滑移造成成拱部及及整體失失穩(wěn)坍塌塌，不得得忽視。。對于大大斷面可可以采用用微臺階階法、臺臺階法、、CD法法、CRD法降降低邊墻墻高度和和洞室跨跨度，增增加邊墻墻約束；；掌子面面臺階長長度與高高度匹配配（長度度大于破破裂面2～3m）；掌掌子面噴噴混凝土土（5～～10cm）臨臨時支護護；邊墻墻支護強強度與拱拱部等強強。支護盡早早封閉成成環(huán)有利利于結構構承載（（早封閉閉）由于軟巖巖易風化化、變形形快、來來壓快，，開挖后后及時支支護，仰仰拱盡早早封閉成成環(huán)；分分部開挖挖應設臨臨時仰拱拱封閉。。拱墻初初期支護護及臨時時仰拱應應與開挖挖同步，，每循環(huán)環(huán)封閉。。仰拱及及可略滯滯后開挖挖，但不不宜大于于30m，同時時考慮變變形情況況必要時時緊跟開開挖面。。二襯強度度及剛度度必須考考慮承載載（剛二二襯）規(guī)范規(guī)定定的軟弱弱圍巖不不收斂時時及早二二襯，針針對圍巖巖的地質質情況應應甄別對對待———二襯后后變形能能穩(wěn)定、、二襯后后繼續(xù)變變形。軟巖僅靠靠初期支支護是不不能滿足足抗壓要要求，同同時軟巖巖初支需需要一定定柔性滿滿足變形形需求，，加之軟軟巖的流流變壓力力，必須須考慮二二襯承受受一定壓壓力，其其強度和和剛度應應滿足這這種需求求，一般般應考慮慮鋼筋混混凝土，，且全斷斷面等強強（含仰仰拱）。。二襯時時間應根根據(jù)變形形量測信信息確定定，正常常收斂變變形時，，應在基基本趨于于穩(wěn)定時時二襯，，減少二二襯壓力力；變形形不收斂斂或異常常突變時時，應立立即進行行加強的的二襯，，防止圍圍巖及初初支過大大變形破破壞或失失穩(wěn)坍塌塌加強量測測，保證證信息化化建設管管理（勤勤量測））監(jiān)控量測測是新奧奧法的支支柱之一一，也是是軟巖隧隧道施工工管理的的必須手手段。通通過監(jiān)控控量測及及其數(shù)據(jù)據(jù)分析，，對隧道道的變形形及穩(wěn)定定進行可可靠判斷斷，根據(jù)據(jù)量測結結果確定定支護參參數(shù)，既既保證安安全又節(jié)節(jié)省投資資；根據(jù)據(jù)變形