軟弱圍巖隧道工程施工安全技術(shù)探究
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所謂圍巖是指在隧道工程建設(shè)過(guò)程中，圍繞在隧道周圍一定范圍內(nèi)的對(duì)隧道質(zhì)量有著一定影響的巖體。而軟弱圍巖則是圍巖的一種類型，往往與堅(jiān)硬圍巖相對(duì)應(yīng)，一般來(lái)說(shuō)單軸飽和抗壓強(qiáng)度低于30MPa的巖石都可以稱為是軟弱圍巖。
1．1軟弱圍巖的基本特征
軟弱圍巖是靜水或流速過(guò)緩水流中的松軟懸浮物不斷沉積所形成的，因此其主要成分一般是含水量較大的軟性粘土和淤泥。而粘土和淤泥的內(nèi)部結(jié)構(gòu)往往都比較松散使得其間存在著大量的間隙。同時(shí)，由于這些粘土和淤泥主要來(lái)自于水流，使得其含水量往往較高，因而軟弱圍巖所具有的透水性能很差，并且固結(jié)的速率也相對(duì)較慢。一方面，組成軟弱圍巖的顆粒粒子直徑較小，大部分直徑都小于0．05mm，而且顆粒之間存在的空隙往往充滿水。這使得軟弱圍巖中的一部分粘土與顆粒間隙內(nèi)的水結(jié)合，整體結(jié)構(gòu)較為緊密，結(jié)構(gòu)外部的水分很難滲透到結(jié)構(gòu)之中，即圍巖結(jié)構(gòu)的透水性較差。這種情況下形成的軟弱圍巖可以極大程度上減少外界環(huán)境對(duì)其產(chǎn)生的影響，達(dá)到一種相對(duì)平衡的穩(wěn)態(tài)，在很長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)都不會(huì)發(fā)生變化。而另一方面，軟弱圍巖中的水分的存在形式基本上都是結(jié)合水，也就是說(shuō)水分大部分都已經(jīng)和組成圍巖的顆粒結(jié)合到一起，自由水的含量自然也就比較少。在這種情況下，如果圍巖結(jié)構(gòu)受到了外界力的作用，由于內(nèi)部水分不能移動(dòng)，無(wú)法發(fā)生滲透作用，使得大量的水分無(wú)法從軟弱圍巖內(nèi)部土壤中及時(shí)排除，土壤的固結(jié)速度從而較慢，使得巖體的硬度和強(qiáng)度都沒(méi)有辦法達(dá)到應(yīng)有的標(biāo)準(zhǔn)。因此，當(dāng)軟弱圍巖受到了外界施加的較大的剪應(yīng)力時(shí)，非常容易造成剪應(yīng)破壞。
1．2軟弱圍巖的危害
軟弱圍巖的透水性能較差、固結(jié)速率緩慢等特點(diǎn)往往會(huì)使施工工程中的路面所具有的穩(wěn)定性和承載性相對(duì)較差。一旦有較大的負(fù)載外力施加到路面上時(shí)，很容易對(duì)路面的質(zhì)量產(chǎn)生較大的影響，從而危及交通安全。除此之外，軟弱圍巖所帶來(lái)的危害還會(huì)體現(xiàn)在路堤滑坡和路基沉降這兩個(gè)方面。首先，由于軟弱圍巖自身透水性和固結(jié)速率的基本特點(diǎn)所產(chǎn)生的影響，往往會(huì)導(dǎo)致公路的穩(wěn)定性較低。尤其是在坡度路面的施工建設(shè)中，不穩(wěn)定的軟弱圍巖在受到較大強(qiáng)度的外力作用時(shí)隨時(shí)都會(huì)發(fā)生滑坡，從而產(chǎn)生施工事故。而另一個(gè)方面，由于軟弱圍巖的含水量比較大，而且其內(nèi)部有著很多的微小間隙，以軟弱圍巖為基礎(chǔ)建設(shè)的路面承載力極為有限。而在施工過(guò)程中難免會(huì)對(duì)其長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)施加高強(qiáng)度外力，在力的作用下很容易發(fā)生路基沉降，更嚴(yán)重的甚至?xí)?dǎo)致路面坍塌斷裂的后果。而這也是絕大多數(shù)軟弱圍巖所帶來(lái)的最為常見(jiàn)的路面危害。
2軟弱圍巖隧道工程的安全技術(shù)
2．1工程概況
某地鐵隧道工程在東風(fēng)西路的南北兩面分別設(shè)置有進(jìn)站口和出站口，為了將二者連接起來(lái)，必須在東風(fēng)西路的地下建設(shè)一條連通隧道。該通道寬度為6．5m，拱高為5．8m，隧道拱頂與東風(fēng)西路的距離為3．0m左右，通過(guò)對(duì)該區(qū)域的地層土壤情況分析，距離地表層1．2m，4．8m和8．0m處屬于淤泥質(zhì)軟弱土壤，為了保證隧道工程的質(zhì)量，在施工過(guò)程中必須要采用相關(guān)的安全技術(shù)。
2．2軟弱圍巖隧道工程的安全施工技術(shù)
軟弱圍巖隧道工程應(yīng)采用超前管棚支護(hù)、調(diào)動(dòng)圍巖自承能力以及二次襯砌等創(chuàng)新工藝，使支護(hù)與圍巖封閉成環(huán)，從而形成相互支撐的聯(lián)合體系。同時(shí)也要采用高科技的測(cè)量手段進(jìn)行施工輔助。具體的操作內(nèi)容如下:首先，在地鐵隧道施工之前必須要對(duì)施工位置附近的圍巖結(jié)構(gòu)進(jìn)行提前支護(hù)加固操作，然后采用高壓灌漿技術(shù)，對(duì)范圍內(nèi)的圍巖結(jié)構(gòu)進(jìn)行處理，使軟弱圍巖內(nèi)部存在的微小空隙被填滿。這樣可以使地鐵隧道在施工之前就擁有一個(gè)硬度與強(qiáng)度都相對(duì)較高的殼體，大大提高了地鐵隧道周圍圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。其次，在灌漿完成之后，雖然此時(shí)軟弱圍巖結(jié)構(gòu)已經(jīng)具有一定的承載能力，單位施工人員在挖掘的過(guò)程中也應(yīng)注意操作方式。最好是使用多次開(kāi)挖的挖掘方法進(jìn)行地鐵隧道的掘進(jìn)，以這種方式來(lái)減少對(duì)周圍軟弱圍巖的震動(dòng)，避免因震動(dòng)過(guò)強(qiáng)而造成的垮塌、斷裂等事故。在施工過(guò)程中，施工人員也應(yīng)該時(shí)刻注意周圍軟弱圍巖的變形程度，以確定后續(xù)所應(yīng)該采取的操作。最后，施工過(guò)程中要對(duì)掌子面、圍巖強(qiáng)度等地理數(shù)據(jù)進(jìn)行量測(cè)，掌握實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)，確保安全。雖然我們?cè)谑┕ぶ耙呀?jīng)對(duì)施工區(qū)域附近的軟弱圍巖采取了一系列的處理措施，但是這并不能夠保證在施工過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。因?yàn)樵谒淼劳诰虻倪^(guò)程中，由于地下土層不斷被掏空，使得周圍的軟弱圍巖所需要承受的壓力越來(lái)越大，加之挖掘過(guò)程中由于機(jī)器運(yùn)行對(duì)軟弱圍巖造成的震動(dòng)和壓力，如果不進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)并對(duì)施工行為進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，就很容易發(fā)生危險(xiǎn)。
2．3具體的施工方法
第一，管棚施工。所謂管棚施工便是在地下隧道挖掘之前，先在附近的巖體中鉆孔并安裝慣性力矩較大的鋼管，以此來(lái)對(duì)周圍的巖體進(jìn)行支撐，防止隧道上方的土層發(fā)生沉降、坍塌、斷裂等問(wèn)題。管棚通常采用DN100無(wú)縫鋼管進(jìn)行安裝，并在鋼管內(nèi)放入直徑50的鋼筋，然后用普通硅酸鹽水泥向鋼管中灌漿，注漿壓力為0．6MPa～1．0MPa。第二，襯砌施工。襯砌施工是為防止圍巖變形或坍塌，沿隧道洞身周邊用鋼筋混凝土等材料修建的永久性支護(hù)結(jié)構(gòu)。為了提高地鐵施工面的穩(wěn)定性，洞口開(kāi)挖完成之后要立即進(jìn)行襯砌施工。而襯砌施工在隧道工程中的應(yīng)用極為普遍。在施工之前，首先要對(duì)施工區(qū)域進(jìn)行調(diào)查，測(cè)量之后便要依據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，以確定其是否能夠達(dá)到施工的標(biāo)準(zhǔn)。如果能夠達(dá)到施工的標(biāo)準(zhǔn)，才能進(jìn)行后續(xù)的施工。襯砌施工通常分為兩個(gè)部分，即兩側(cè)襯砌和拱頂襯砌，兩側(cè)襯砌先用水泥混凝土澆筑，當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到80%后進(jìn)行橫撐工字鋼的拆除，每次拆除10m，然后用規(guī)格Ⅰ16的工字鋼進(jìn)行模板襯砌，待拆模之后，橫撐工字鋼豎直連接在襯砌與鋼拱架之間。第三，監(jiān)控測(cè)量。監(jiān)控測(cè)量是根據(jù)新奧法原理來(lái)確定施工區(qū)域圍巖的狀態(tài)是否能夠滿足施工的要求。由此再來(lái)制定日后的施工程序，保證施工的安全性。為了減少因隧道施工而帶來(lái)的路面沉降，在隧道管線之上設(shè)立了多個(gè)測(cè)量觀察點(diǎn)，對(duì)路面進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控測(cè)量，如果發(fā)現(xiàn)路面變形，則立即調(diào)整施工參數(shù)，確保路面形變低于30mm的極限值。通過(guò)檢測(cè)，東風(fēng)西路路面最大沉降值小于30mm，滿足施工要求。
3結(jié)語(yǔ)
城市化建設(shè)的過(guò)程中，交通問(wèn)題是重中之重?，F(xiàn)在很多的城市為了能夠加快城市交通的建設(shè)，都已經(jīng)致力于建設(shè)地下交通的工程。但是在地鐵隧道施工時(shí)，軟弱圍巖將會(huì)對(duì)施工工程造成極大的影響。因此軟弱圍巖隧道工程施工中應(yīng)當(dāng)按照超前支護(hù)、少部分大進(jìn)尺開(kāi)挖以及加大機(jī)械投入力度等方法，從而保證工程的施工質(zhì)量和安全。
作者：王文軍 單位：朔州路橋建設(shè)有限責(zé)任公司