隧道工程软弱围岩施工方法研究

发表时间:2020/3/17   来源:《城镇建设》2020年 1期   作者:刘伟
[导读] 随着经济和社会的发展,人们对铁路建设越来越关注
        摘要:随着经济和社会的发展,人们对铁路建设越来越关注,国家也不断加大投资力度。然而随着铁路的深入建设,施工的隧道越来越多,地质对隧道安全掘进的有很大影响。目前,指导隧道软弱围岩地段施工的主要思想是隧道变形控制,但是造成大断面隧道变形的影响因素有很多,因此,施工过程中,应根据施工的实际情况,提出具有针对性的施工技术和方法,以确保隧道的稳定和安全。
          关键词:隧道工程;施工方法,变形控制;
引言:
         随着经济的发展,铁路建设成为我国交通事业的重点部分,国家也加大了对其的投资建设力度。但是,近年来,随着隧道建设工程量的增大,地质因素对其的影响也越来越大,为了确保软弱围岩大断面隧道施工的安全性,施工人员必须加深对隧道施工技术和地质的了解,根据具体的施工情况,正确合理运用各大断面隧道的施工方法,控制隧道变形,确保施工安全。对于软弱围岩大断面隧道的施工技术有很多种,本文重点介绍大拱脚台阶法施工技术、注浆施工技术、CRD法以及双侧壁导坑法。这几种施工技术各应用于不同的方面,只有正确掌握他们各自的施工方法才能合理的进行运用,保证工程施工的稳定、安全。
        
1.大拱脚台阶法施工技术
          1.1大拱脚台阶法施工技术概述
         大拱脚台阶法施工工法是指在隧道开挖过程中将作业面分为6个开挖面,以前后6个不同的位置相互错开同时开挖,然后分部同时支护形成支护整体,缩短作业循环时间,逐步向纵深推进的作业方法。若软弱围岩的承载力不足,可扩大上部钢架拱脚及垫板,也可增加锁脚锚杆,从而加大地基的承载能力,注意控制每循环进尺0.5~0.8m,缩短台阶长度是为了初期支护能够尽快合成环仰拱和衬砌及时跟进,从而形成稳定的支护体系。
         在隧道施工中,采用大拱脚台阶法能够保证大型机械的快速优势充分发挥出来,并防止刚性分隔的出现,从而实现快速安全施工。
          1.2关键技术要点
         1.2.1此项工法相对于CRD法或CD法较简单,施工空间大,多个作业面可以平行作业,施工速度快,提高施工效率,加快了施工进度。
         1.2.2在地质结构复杂多变、软硬围岩变化或其他条件发生变化时,大拱脚台阶法可以较为迅速地转换为CRD法或CD法进行施工。
         1.2.3此项工法能适应不同跨度和特大断面的施作,初期支护作业工序简单,投入劳动力少,没有需拆除的临时施工支护。
         1.2.4此项工法将台阶法开挖与预留核心土相结合,左右前后错台开挖,有利于掌子面稳定。相对于CRD法或CD法较简单,减少了多工序之问的相互干扰,便于现场大型机械施工,加快施工速度。
         1.2.5此项工法结合了弧形导坑预留核心土法和三部台阶法的优点,通过优化超前支护及初期支护结构的整体刚度,辅以大拱脚加强处理措施,可以很好地控制拱顶围岩的沉降变形。
         1.2.6大拱脚台阶法满足了新奥法施工原理对围岩加强控制的要求,减少分部开挖次数,加快了初期支护早封闭的时间,特别是拱部先期成环,避免了临时支护结构体系的转换,减少了施工过程中不安全因素的控制。
        
2.注浆施工技术
          2.1地表注浆
         地表注浆的主要目的是为了加固,加固部分不仅包括路面设计标高1m以上、拱顶开挖轮廓线外4m以下,还有隧道中线两侧12.35m的土体。在施工中,应把握以下几个原则:
         2.1.1选取材料时,应注意注浆材料是否对浆液在扩散及加固体的固结强度有促进作用,选取有促进作用的材料能够保证土体的稳定性。
         2.1.2严格控制胶凝时间,一般先序孔快、后序孔慢,对浆液扩散在有效区域内有促进作用。
         2.1.3注浆量和压力的协调控制,应先将注浆量控制好,在进行压力的调节,也就是先序孔是以确定注浆量为先,后序孔是与压力控制为条件的。
         2.1.4在后序孔施工时,可根据钻孔情况检查先序孔的注浆效果,也就是前后孔互相检查的原理,这能够为浆液配比及选择浆液类型提供可靠依据。


          2.2洞内注浆
         洞内注浆应配置好注浆材料,根据施工现场的特点,来调整注浆材料种类及配合比,进行分段注浆固结止水。注浆材料:水泥、水玻璃及特殊掺加剂,其材料在地下水中能够保持较好的特性,不易溶解;凝结时间可根据不同的底层进行调整;具有较高的强度、较好的止水效果。
         2.2.1注浆材料配合比。可根据实际情况,在调整注浆材料及配合比时,合理加入能够提高可灌性及堵水性的特种材料,从而达到加固的目的,
         2.2.2注浆范围的设计。在进行注浆范围的设计时,应根据设计要求、区间隧道地质还有地下水情况,综合考虑,才能制定出合理的注浆范围。
        
3.CRD法
          3.1CRD法概述
         CRD又称交叉中隔法,在软弱围岩大跨隧道中,先开挖隧道一侧的一或二部分,施作部分中隔壁和横隔板,再开挖隧道另一侧的一或二部分,完成横隔板施工;然后再开挖最先施工一侧的最后部分,并延长中隔壁,最后开挖剩余部分的施工方法。主要应该于Ⅳ级围岩浅埋、偏压地段以及Ⅴ级围岩段的施工。
          3.2CRD工法特点
         CRD法施工是大跨度、软弱围岩隧道分部开挖、钢架支撑、仰拱先行施工方法的一种。CRD法一般上下分3层、左右两侧共6部施工。先开挖隧道一侧的上、中层开挖及支护,施工横竖中隔壁;待喷射混凝土达到设计强度等级的70%后,进行另一侧的上、中层开挖及支护,施作横中隔壁;最后开挖左右侧底部,完成初期支护和中隔壁,形成带有竖向中隔壁和2层横向中隔壁的网格状支护系统。最后,拆除中隔壁,施作仰拱、拱墙衬砌和填充。
         CRD法的每部开挖均形成环形封闭支护体系。其优、缺点为:
         优点:各部开挖及支护自上而下,步步成环,及时封闭,各分部封闭成环时间短,中隔壁能有效的阻止支护结构和收敛变形和下沉,在控制地面沉降和土体水平位移等方面优于其他工法。
         缺点:拆除中隔壁时风险较大;工序繁杂,施工速度较慢。
        
4.双侧壁导坑法
          4.1双侧壁导坑法特点
         4.1.1地铁浅埋隧道采用双侧壁导坑法施工,很好的解决了大断面隧道开挖的安全性问题,且结构简单,安全可靠,拆装方便、灵活,经济效益显著。
         4.1.2该法是在借鉴新奥法的某些理论基础上,在深圳地铁工程施工中总结出来的一整套完善的地铁隧道修建理论和操作方法。与新奥法的不同之处在于,它是适合于城市地区松散土介质围岩条件下,隧道埋深小于或等于隧道直径,以很小的地表沉降修筑隧道的技术方法。它的突出优势在于不影响城市交通,无污染、无噪声,而且适合于各种尺寸与断面形式的隧道洞室。
          4.2适用范围
         4.2.1它是适合于城市地区松散土介质围岩条件下的浅埋隧道,以很小的地表沉降修筑隧道的技术方法。它的突出优势在于不影响城市交通,无污染、无噪声,而且适合于各种尺寸与断面形式的隧道洞室。
         4.2.2适用于V-VI级围岩地层,开挖断面在40~120m2的隧道。
         4.2.3由于该施工方法在有水条件的地层中可广泛运用,加之国内丰富的劳动力资源,在北京、广州、深圳、南京等地的地铁区间隧道修建中得到推广,已成功建成许多各具特点的地铁区间隧道,而且在大跨度车站的修筑中也有有相当的应用。此外,该方法也广泛应用于浅埋地下车库、过街人行道和城市道路隧道等工程的修筑。这项技术的采用,结束了我国城市修建地铁大开挖的历史,开创了我国在大城市松软地层内修建地铁的新途径,同时标志着我国地铁建设已达到国际水平。
        
5.结束语
         随着铁路建设的发展,隧道的施工技术种类有很多,本文重点介绍了以上四种。这四种施工技术各被应用于铁路建设的不同方面,只有正确掌握它们各自的施工技巧才能正确地运用,保证隧道建设的安全。
        
参考文献:
[1]毕树琦. 隧道工程软弱围岩施工方法研究[J].地质灾害与环境保护,2014(10).
[2]谷泽润. 对软弱围岩隧道施工方法及施工工艺措施的探讨[J].黑龙江科技信息,2014,(22).
[3]关宝树.隧道工程施工要点集[M].北京:人民交通出版社,2003.
        
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