浅埋隧道与深埋隧道相比, 主要是难以形成承载拱。浅埋隧道多数有地形偏压、表层软弱堆积物、风化带、软弱围岩等对隧道开挖有很大影响的特殊地形、地质问题。在开挖过程中和开挖完成后会出现拱顶下沉急剧增大、隧道净空收缩、地表开裂等, 有时也会出现掌子面失稳。
所以, 在这种情况下, 要采取掌子面稳定措施和控制地表下沉措施。地表下沉与埋深有密切关系。埋深大时, 在隧道横断面内形成了承载拱, 开挖引起的下沉局限在隧道周边, 而埋深浅时, 没有形成承载拱, 开挖下沉会直接达到地表面。在这种情况下, 埋深小的隧道, 因不能期待形成承载拱, 故为防止支护下沉、增强支撑力而应采取必要的措施, 并研究采用药液压注、垂直锚杆等辅助施工方法。浅埋隧道掌子面前方的先行下沉很大, 会造成很大的地表下沉, 因此, 研究前方地层的改善、管棚、水平高压旋喷等辅助方法是必要的。在浅埋偏压软弱围岩隧道施工时, 为了保证安全及工程质量, 节约投资、加快进度和保证运营期间的安全, 必须采用一定的技术措施, 包括正确的施工方法, 合理的支护形式等。因此浅埋偏压软弱围岩隧道施工一直是隧道施工过程中需要面临和解决的重要课题之一。
1 超前支护
对于围岩的自稳能力较差时, 为了预防坍方, 必须采用超前支护体系, 主要的内容有超前锚杆、小导管注浆、管棚、全断面预注浆、深孔注浆、帷幕注浆以及在洞口浅埋段采用的地表注浆等。
在软弱破碎地质隧道施工中, 虽然采用深孔注浆达到了止水固结的目的, 但固结范围有限, 加上地质及注浆有些不确定因素, 为保障施工万无一失, 一般在开挖前均采取超前支护, 超前支护一般采用超前锚杆或超前小导管。对于地下水压较大的隧道, 开挖前一般还要采取排水降压措施, 主要采取钻孔排水, 钻孔深度应超出注浆范围。
浅埋偏压软弱围岩隧道施工需要解决的问题是掌子面的稳定性和合理化施工 (安全而快速的施工) 两大问题。对掌子面稳定性起重要作用的超前支护, 是确保掌子面前方稳定不可缺少的手段。
1.1 超前锚杆
在隧道周边, 未开挖前先施作超前锚杆, 起到预先加固的作用, 其主要参数为:
全苗杆的直径φ=20mm~30mm;
长度1=3.0m~5.0m;
间距d=0.3m~0.5m;
外插角α=10”~15”。
锚杆一般采用普通砂浆锚杆, 特殊情况下可采用药包锚杆或迈式锚杆。
1.2 小导管注桨
小导管超前注浆, 是在地基灌浆法基础上发展起来的一项围岩加固止水技术, 它同时具有超前支护作用, 是不良地质隧道与地下工程施工常用的一种开挖辅助措施。在隧道开挖掌子面上, 沿设计开挖轮廓线以外0.2m~0.3m, 钻孔安装小的钢花管, 然后进行高压注浆加固, 等浆液达到一定强度后再进行开挖。其主要参数为:
小导管的直径φ=40mm~60mm;
长度1=3.0m~5.0m;
间距d=0.3m~1.0m。
2 深孔注浆
为了防止或减轻地下水对施工特别是对开挖的影响, 必须对地下水进行处理。近年来, 在浅埋偏压软弱围岩隧道施工中探索出许多行之有效的办法, 使这些隧道的施工得以正常进行, 并加快了施工进度, 提高了工程质量, 保障了施工安全。深孔注浆适用于断层破碎带、软弱破碎围岩, 地下水特别发育, 易形成涌水以及因地下水而造成特大坍方的隧道。深孔注浆分为深孔充填注浆和深孔劈裂注浆。
2.1 准备工作
主要是对工程地质进行分析, 收集分析钻孔的排碴;记录分析钻孔的推进压力, 钻速以及钻进不同长度时出水量的大小, 推断开挖面前方的地质构造、岩性、水源位置及水量大小。
2.2 止浆墙
由于开挖面围岩软弱, 注浆时有较高的压力, 易引起开挖面垮坍, 严重影响注浆效果和施工安全, 因此开挖面必须设置止浆墙。
2.3 钻孔作业
孔口管作为钻孔导向管, 在注浆设计中应加以布置, 布置原则应根据注浆段长度、加固扩散范围等参数决定。钻机作业机具可采用液压凿岩车、地质钻机、锚杆钻机等。
2.4 注浆作业
将注浆混合器连接在孔口管上, 试压洗孔, 将孔眼内的石碴冲掉, 保证注浆通道顺畅;注水约2min~3min, 使围岩孔隙畅通:然后进行注浆, 对于软弱、断层带的围岩体, 先注纯水泥浆, 注入一定量或达到一定压力后, 并持续5min, 再注双液浆 (CS) , 如注纯水泥浆大量漏浆时, 可先注双液浆 (CS) , 再注纯水泥浆, 最后再注双液浆。
3 隧道开挖
在软弱围岩地段, 为了防止坍方, 必须采取正确的开挖方法, 如短台阶法、分部开挖法等。在隧道开挖过程中, 突然遇到了较大的涌水、流沙、溶洞、断层及破碎带时, 必须及时改变施工方法, 增强支护参数, 以及其他的必要的技术处理手段。为了尽量利用围岩的自承能力, 减少对围岩的扰动, 应尽可能地采用全断面的光面爆破技术, 对于地质条件较差者, 可采用半断面, 同时采用弱爆破技术, 对于大断面和特大断面, 应采用分部开挖法进行, 如侧壁导坑法、C D法, CRD法等。开挖手段上, 采取两种方法, 一是在特别软弱的围岩段, 采用非钻爆措施;二是在一般软弱围岩地段, 采用松动爆破, 微振动爆破。这两种方法的目的是一致的, 就是尽可能地减小开挖对围岩的扰动。
4 监控量测
现场 (监控) 量测的首要部分是在隧道开挖过程中, 对围岩-支护系统变形过程进行的量测, 叫做围岩变形量测。只有施工中进行的围岩变形量测, 才能获得有效地进行观测与控制围岩稳定性所需的关键性的宏观信息。因此, 隧道工程最大限度地实现安全性和经济性统一的关键, 就是以围岩变形监测为主的信息技术。
隧道量测通常分为施工前和施工中两个阶段, 隧道开挖前的量测主要是通过地质调查、直接剪切试验、现场实验等手段来掌握围岩的特征 (构造、物理力学性质、初应力状态等) 的。现场量测指的是施工中的量测, 是在施工阶段进行的, 其主要目的是监视施工状态 (锚固效果、松弛范围等) ;控制变形并及时采取措施;修正设计, 正确而经济地施工。施工中的量测系统包括的内容有:坑道周边位移的量测;围岩内松弛范围的量测;支护结构与围岩间的接触应力的量测;支护结构内应力的量测等。
通过对现场量测结果的分析, 可以正确地判断围岩的稳定状态, 控制施工顺序以及支护结构的承载能力等。大量工程实践证明, 量测手段配合其他量测工作, 能使设计、施工达到更满意的效果, 对提高工效、降低成本、保证安全均有非常重要的作用。因此, 在现代隧道施工中量测作业是必不可少的。
摘要：本文基于笔者多年从事铁路隧道施工的相关工作经验, 以软弱围岩隧道施工为研究对象, 分析探讨了施工中应该注意的相关环节, 论文主要从超前支护, 深孔注浆, 隧道开挖和监控量测四个方面进行了分析探讨, 全文是笔者长期工作实践基础上的理论升华, 相信对从事相关工作的同行有着重要的参考价值和借鉴意义。
关键词：浅埋偏压,隧道施工,软弱围岩,注浆
参考文献
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