论软岩隧道综合施工技术
复杂的工程地质、水文地质岩土体中的隧道施工对施工技术有着严格的要求,所以在施工中要保证“安全、优质、快速、不留后患”就需要对工程综合施工技术进行探讨。软岩隧道因其岩土体强度低, 在施工过程中可能会出现软岩大变形、塌方等引发事故的灾害的出现。因此开展隧道施工超前地质预报,研究施工过程中的支护,注浆,防水等工程非常重要。
一、工程概况
地质结构有以下特点:一是围岩软弱, 隧道是水平层的砂岩加泥岩互叠,层厚在2-0.05米之间,砂岩为褐色,泥岩为深红色,具有膨胀性,抗压强度小于15 Mpa,突发性地质灾害极易发生。二是断层以张性及张扭性正断层为主。三是软岩围岩比重大,占施工总长的很大一部分。四是节理构造发育呈水平层状。
二、方案制定及主要工程措施 1施工中主要存在的问题
本工程沿袭了软岩“软、弱、松、散”的特点,这就决定了在隧道施工过程中要特别注意承受工程力的能力,其次软岩因其岩体强度低,围岩受压易导致围岩和支护结构发生变形,并且随着塑性区扩大使支护失去效用,存在塌方等地质灾害风险,断层破碎带等地质条件岩体破碎,围岩稳定性差,同时地下水丰富易发生突泥涌水等地质灾害,软岩隧道安全施工的核心是控制围岩和支护变形、防止塌方。
2综合超前地质预报技术
鉴于软岩隧道施工存在的问题,探明前方围岩的地质情况就显得尤为必要。超前地质预报作为隧道施工必不可少的工序之一,能保证施工的顺利进行,并极大地降低成本。我国的综合超前地质预报技术较西方发达国家而言起步较晚,虽然研究方法较多,但是没有形成一套完整成熟的技术。在本工程中的综合超前地质预报技术,以坚实的地质雷达的探测法为基础,台车钻速测试为辅,实现对软岩大变形段地质、断层破碎带段地质和突泥涌水段地质的预报,其结果显示以地质法为基础、地质雷达法为手段的综合超前地质预报技术,对断层破碎带和涌水段的预报结果准确,对后期施工中的各项技术的展开有着很好的借鉴意义。
3软岩及层状围岩隧道施工技术
根据本工程的特点,在此工程中主要适合采用新奥法施工,也就是根据围岩级别选择大管棚、超前小导管和锚喷支护。
3.1初期支护
Ⅴ级围岩的初期支护由Φ18主筋格栅拱架支护系统锚杆、钢筋网和喷射混凝土组成,Ⅴ、Ⅵ级围岩采用Ⅰ20工字钢支护,钢筋格栅要与系统锚杆及钢筋网焊为一体,围岩密贴构成承载结构。
3.2二次衬砌
根据围岩情况不同选择不同衬砌方式,在隧道Ⅴ级围岩地段,因为岩体风化严重,而且洞室开挖跨度较大,二次衬砌可以选择C25钢筋混凝土,在Ⅳ级围岩地段岩体相对稳定,可以在一定程度上形成稳定的承载拱结构,在浅埋Ⅳ级围岩的构造破碎带,因为埋深浅,所
以也选择C25钢筋混凝土结构。需要注意的是Ⅳ围岩二衬距掌子面距离不得超过90米,Ⅴ、Ⅵ围岩二衬距掌子面距离不得超过70米,并且注意初期支护的变形与稳定监测。
4辅助施工 4.1超前长管棚
该隧道穿越多个浅埋段,容易发生坍塌,冒顶等事故,设计为洞内采用大管棚结合小导管注浆。其中超前长管棚适用于洞口两端,通过注浆来提高围岩自身承载能力,从而改善结构受力条件。管棚材料采用规格为Φ108x6mm的热轧无缝钢管,设置于衬砌拱部120°范围内,施工误差要小于20cm。相邻钢管接头数至少需错开1m,考虑钻进中的下垂因素,钻孔方向应较钢管设计方向上偏1-2°。在钻进过程中还要用测斜仪测定钢管偏斜度,避免偏斜超限。
4.2超前小导管
该施工方法适用于Ⅴ、Ⅳ级围岩洞口段和洞身浅埋、偏压地段。小导管采用外径42mm、长350cm 的热轧无缝钢管, 前端呈尖锥状,尾端焊接于系统锚杆的尾端. 每排小导管管棚搭接1.5m,同时为了强围岩的稳定性,通过小导管注水泥浆,数量以现场注浆量为准,方法采用单液注浆。
4.3超前锚杆
超前锚杆设置在Ⅴ、Ⅳ级围岩地段,用来支托拱上部临空的围岩。锚杆采用长350cm的Φ22钢筋。超前锚杆必须与钢支撑焊接,插入长度不得少于设计长度的95%。选择早强砂浆来作为粘接材料,每排
锚杆的纵向搭接长度也要求大于1m。
5隧洞内施工
施工开挖总体上要求拱部采用风钻打眼爆破,以最大限度地保护周边岩体的稳定性。
在Ⅴ级围岩地段,选择超短台阶留核心土开挖方法,长度控制在5-15m之间。初期支护完成后,要及时进行仰拱封闭和拱部二次模注混凝土的浇筑。
在Ⅳ级围岩地段,选择中长台阶法施工,长度控制在15-30m之间。在此地段二次衬砌的施作可滞后开挖面20-30m,初期支护稳定后,及时进行仰拱和仰拱回填。初期支护后,进行仰拱封闭和拱部二次模注混凝土的浇筑。
6通风技术
高效的通风系统和理想的通风效果是实现长大隧道快速施工、施工人员身心健康及施工安全的重要保障。本工程为长大隧道,在通风技术上,因为隧道长度在1000米以上,所以采用接力式来保证废气排放量,同时为避免洞内空气发生紊流,要增加辅助坑道帮助通风。
7注意事项
7.1因为浅埋段隧道围岩较软,所以施作支护结构后非常容易出现结构整体沉降的现象。因此,在钢支撑施作完成后,及时设置锁脚锚杆。
7.2因为隧洞较长,破碎带较多,相应的危险地段也就多,因此,对于上台阶开挖后变形较大的区域,可以设置竖向临时支撑,用热轧
普通槽Ⅰ20钢组合焊接,长度根据上台阶开挖高度确定。
7.3在围岩条件较差区域采取注浆等措施改良地层。 三、结束语
隧道工程施工过程中遇到软岩大变形断层破碎带塌方和突泥涌水等地质灾害都会给施工单位利益和施工安全带来极大隐患,总而言之,在隧道施工中要根据工程实际,在进行超前地质预报的基础上,提出适合该工程的具体应用进行分析,在基于预报结果的基础上相应的提出应对各种地质灾害的工程措施,保证施工的顺利进行。