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软弱围岩深埋隧道施工技术研究贺荣华

发表时间：2020/6/17 来源：《基层建设》2020年第4期作者：贺荣华

[导读] 摘要：在现代经济快速发展的背景下，我国隧道工程施工量也在不断增加，由于其自身所具备的长、大、深等特点，因此施工环节工序较多，难度也较高，在项目施工中运用科学先进的技术来提高隧道的综合质量势在必行。

        中铁十二局集团第二工程有限公司山西省太原市 030032
        摘要：在现代经济快速发展的背景下，我国隧道工程施工量也在不断增加，由于其自身所具备的长、大、深等特点，因此施工环节工序较多，难度也较高，在项目施工中运用科学先进的技术来提高隧道的综合质量势在必行。本文以成兰铁路中榴桐寨隧道为例，对于其软弱围岩深埋隧道施工技术进行简要分析探究。
        关键词：软弱围岩；深埋；隧道；施工技术
        由于软弱围岩自身所具有强度偏低、稳定性不高等诸多劣势，且在地下工程项目施工中较为普遍，所以一直是隧道以及地下建筑工程项目的阻碍与难题。近些年我国所建设隧道皆为长大隧道，而且埋深度达到上百米也不罕见。对于深埋隧道工程且遭遇软弱围岩地质的项目在施工时，其技术工艺与隧道综合质量有直接关系，因此软弱围岩深埋隧道技术的研究至关重要。
        1.工程概况
        本工程地理位置处于茂县-龙塘之间，属于成兰铁路（即成都至兰州）中榴桐寨隧道，施工时选用双线分修方案，左右两侧线间距在30-40m之间，线路坡度属单面上坡，左线总长度为16262m，龙塘车站伸入隧道486m,最大埋深大概为1400m,右线总长度为16257.5m，龙塘车站伸入隧道483.5m，最大埋深约1410m。隧道入口在核桃沟内，出口与龙塘车站对接，洞身横穿多条西北与东北方向山脉，属于越岭隧道。隧道地处薛城—卧“S”型构造带北东段与石大关弧形构造带东段复合部位，岷江断裂带南段，区域构造发育；洞身发育有大岐山断层、永顶倒转向斜、火烧坡向斜，以及火烧坡倒转向斜，同时穿越F1～F2两处破碎带，属高地应力场区，隧道围岩岩性主要为千枚岩，岩体松散，自稳能力差。
        2.软弱围岩类别
        软弱围岩主要包含两种，地质软岩与工程软岩。前者具备强度偏低、孔缝较大、粘结力度小以及受风化影响较为明显，其主要由膨胀性黏土矿物所构成，是特别松软涣散的岩层；后者是由于无法承受工程中所施加压力或施工力度较大导致其严重变形移位的工程岩体。
        3.软弱围岩隧道地质工程特性
        3.1地质
        软弱围岩的定义范围较广，湖泊、吃糖中淤泥、水田以及黄土等皆属于软弱围岩，其主要特点为粘结力度不强、不稳固，极容易发生湿陷、蠕变以及流滑等情况[1]。地域不同软岩的特性也大不相同，以南北来说，南方软弱围岩中水分较多，搅拌后为液体状态，具有一定流动性；而北方软弱围岩中水分较少，干涸度较高，加入水后呈现饱和状态，水分一旦消失则会转变为固态，也具有一定流动性，极易发生坍塌事故。

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        3.2工程特性
        由于软弱围岩的特殊性，与其相对应的隧道工程项目也较为特殊，极易出现阻碍，此类工程的特点大致分为四点，分别是：①软弱围岩自身坚固度不高，流动性较强，极易发生坍塌崩裂，在洞口进行施工可能会引发连带事故，导致进洞有很大阻碍，且软岩地质无法承受过大压力与重量，在洞内建设支护构架时也极有可能会产生沉陷，对施工人员的生命安全造成威胁；②对软弱围岩进行搅动或深入触碰之后，其具有一定流动性且稳固性能不强，一定要选取逐步施工与化大为小的施工方案，然而因其环节步骤较多，施工难度也较大，构成封闭环时限较长，对于工程项目的进程有一定阻碍；③通常情况下，软弱围岩在地质复杂多变的地区出现较多，无法一次将其具体特质了解清楚，因此对于施工设计规划以及方案都有很大影响，使施工困难度又增加了许多；④软弱围岩出现几率与工程危险系数呈正比，即软弱围岩一旦出现，那么施工使危险度数则越高，且对建筑单位以及众多工作人员都带来了不小心理压力以及生理压力，对于此次施工的技术工艺以及综合质量都有很大影响。
        4.软弱围岩加固支护技术
        在众多隧道工程施工中，遭遇软弱围岩地质是建筑企业以及施工人员长期以往的困扰[2]。在已知晓软弱围岩力学特性的基础上，隧道工程开启时，软弱围岩由于受到较大压力则产生变形移位，进入失衡状态，越来越多的围岩孔隙、裂缝随之形成，洞周边区域的岩石皆呈现变形重塑形态，并且无法自主固定，因此隧道开挖之前，一定要针对隧道周边地区的软弱围岩实施科学有效的方式，对其进行固定、支护，防止其坍塌滑落，从而完善优化其力学性能。
        根据其加固基本理论，预加固的方式可分为两个环节，第一个是地层改良，第二是预支护法。地层改良即将隧道开掘周边区域地面表层中软弱围岩的力学特性进行优化与改善，可以利用静压注浆加固法以及排水固结法等。在1950年，奥地利的一位著名地质学家利用丰富的隧道施工经验以及先进的思想观念相结合而提出了新奥法，属于隧道中设计、施工技术。新奥法理念中明确指出，“一定要提早进行支护，且对其轻柔支护”、“在强化软弱围岩衬砌结构的基础上，最大程度上使其自身承受能力充分发挥”。对软弱围岩进行维护的最佳方式是充分利用及发挥其本身所具备的承受力、承重力以及承载力。在对软弱围岩加注合理压力后，将调配好的浆液灌入岩石内部构造以及孔隙、裂缝中，将原本呈现软、弱、松、散状态的围岩利用浆液的粘结能力，形成整体，在原有基础上加强软弱围岩的强硬度以及完整度[3]。注浆加固方式可以将软弱围岩粘结力度逐渐变强，还能在一定程度上提高其自主承载能力以及完整程度，同时也能有效减少支护厚度，使支护成效更加显著、有效。除此之外，将其他支护加固方式与注浆加固相融入、配合使用，能在最大程度上将软弱围岩的自身特性以及力学性能得到改变，对于其变形滑落问题也能得到很大改善，并削弱支护构架所承载的外部压力，加强其受力程度，已达到支护最佳效果。
        预支护法则是将隧道开挖时的路线轮廓，建设成为预支护拱棚对其进行防护。在科技迅速发展的今天，隧道施工新型技术、工艺以及方式层出不穷，而众多预支护技术也随之逐渐加多，比如：大管棚支护、插板法以及水平旋喷等方法，皆能在一定程度上对洞周边区域软弱围岩力学性能进行改善与加强。现阶段在我国隧道工程项目中，大管棚支护技术已逐渐别各大工程广泛应用，因此此技术的灵活掌握运用程度也较为熟练，它主要是在处于软弱破碎围岩地质隧道中对围岩进行有效支护措施的一种先进创新技术。在实际施工过程中，沿着隧道开挖的外在轮廓通过管棚钻机打入直径较大的钢管，并对其进行合理对接使其成为一个整体，对隧道挖掘工程以及众多工作人员提供强大保护与支撑。已埋设完毕的全部钢管形成整体后，通过后方的强大支撑构建成为梁式体系，有效避免软弱围岩产生坍塌或滑落，之后将水泥浆中插入钢管，可以对钢管周边软弱围岩起到加固、稳定作用。由于大管棚总长度较长，刚强度较高，支护成果也极佳，对于地面表层出现沉降问题以及软弱围岩变形移位能够有效改善优化，加强围岩稳固能力，但是此技术并非没有任何缺陷，其在应用过程中使用到的机器设备极其多，且成本费用也偏高。
        结束语
        综上所述，在深埋隧道施工遇到软弱围岩时，通过采取改变软弱围岩力学性能、提高其自承能力的支护方式，进而将其变形移位、坍塌滑落以及平稳固定等问题进行灵活有效掌控，达到工程所需安全性以及稳定性。因此一定要对软弱破碎围岩深埋隧道施工技术进行深入分析研究，并将其所具备诸多优势进行大力推广，运用科学合理支护方式，有利于隧道建筑工程完美顺利的开展。
        参考文献
        [1]杨帆.膨胀性软岩隧道围岩与支护结构受力变形特征研究[D].长安大学,2018.
        [2]颜世成.宜毕高速公路软弱围岩偏压隧道洞口段围岩变形及其控制[D].北京交通大学,2018.
        [3]禹平.分析高压富水地层超深埋特长隧道施工技术[J].黑龙江交通科技,2017,40(09):170-171.