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)過程中，圍繞在隧道周圍一定范圍內(nèi)的對隧道質(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，往往與堅硬圍巖相對應(yīng)，一般來說單軸飽和抗壓強度低于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，由于這些粘土和淤泥主要來自于水流，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)境對其產(chǎn)生的影響，達到一種相對平衡的穩(wěn)態(tài)，在很長的時間內(nèi)都不會發(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，無法發(fā)生滲透作用，使得大量的水分無法從軟弱圍巖內(nèi)部土壤中及時排除，土壤的固結(jié)速度從而較慢，使得巖體的硬度和強度都沒有辦法達到應(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，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)速率緩慢等特點往往會使施工工程中的路面所具有的穩(wěn)定性和承載性相對較差。一旦有較大的負載外力施加到路面上時，很容易對路面的質(zhì)量產(chǎn)生較大的影響，從而危及交通安全。除此之外，軟弱圍巖所帶來的危害還會體現(xiàn)在路堤滑坡和路基沉降這兩個方面。首先，由于軟弱圍巖自身透水性和固結(jié)速率的基本特點所產(chǎn)生的影響，往往會導(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度的外力作用時隨時都會發(fā)生滑坡，從而產(chǎn)生施工事故。而另一個方面，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。而在施工過程中難免會對其長時間持續(xù)施加高強度外力，在力的作用下很容易發(fā)生路基沉降，更嚴重的甚至?xí)?dǎo)致路面坍塌斷裂的后果。而這也是絕大多數(shù)軟弱圍巖所帶來的最為常見的路面危害。
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)置有進站口和出站口，為了將二者連接起來，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，通過對該區(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、調(diào)動圍巖自承能力以及二次襯砌等創(chuàng)新工藝，使支護與圍巖封閉成環(huán)，從而形成相互支撐的聯(lián)合體系。同時也要采用高科技的測量手段進行施工輔助。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施工位置附近的圍巖結(jié)構(gòu)進行提前支護加固操作，然后采用高壓灌漿技術(shù)，對范圍內(nèi)的圍巖結(jié)構(gòu)進行處理，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硬度與強度都相對較高的殼體，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程中也應(yīng)注意操作方式。最好是使用多次開挖的挖掘方法進行地鐵隧道的掘進，以這種方式來減少對周圍軟弱圍巖的震動，避免因震動過強而造成的垮塌、斷裂等事故。在施工過程中，施工人員也應(yīng)該時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，施工過程中要對掌子面、圍巖強度等地理數(shù)據(jù)進行量測，掌握實時動態(tài)，確保安全。雖然我們在施工之前已經(jīng)對施工區(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程中不會出現(xiàn)問題。因為在隧道挖掘的過程中，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越大，加之挖掘過程中由于機器運行對軟弱圍巖造成的震動和壓力，如果不進行實時檢測并對施工行為進行實時調(diào)整，就很容易發(fā)生危險。
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，以此來對周圍的巖體進行支撐，防止隧道上方的土層發(fā)生沉降、坍塌、斷裂等問題。管棚通常采用DN100無縫鋼管進行安裝，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結(jié)構(gòu)。為了提高地鐵施工面的穩(wěn)定性，洞口開挖完成之后要立即進行襯砌施工。而襯砌施工在隧道工程中的應(yīng)用極為普遍。在施工之前，首先要對施工區(qū)域進行調(diào)查，測量之后便要依據(jù)數(shù)據(jù)進行判斷，以確定其是否能夠達到施工的標(biāo)準(zhǔn)。如果能夠達到施工的標(biāo)準(zhǔn)，才能進行后續(xù)的施工。襯砌施工通常分為兩個部分，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)混凝土強度達到80%后進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)控測量。監(jiān)控測量是根據(jù)新奧法原理來確定施工區(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的路面沉降，在隧道管線之上設(shè)立了多個測量觀察點，對路面進行實時監(jiān)控測量，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。通過檢測，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
城市化建設(shè)的過程中，交通問題是重中之重。現(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，軟弱圍巖將會對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、少部分大進尺開挖以及加大機械投入力度等方法，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