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软弱围岩浅埋隧道施工方法探究

发表时间：2020/8/11 来源：《基层建设》2020年第10期作者：陈亮

[导读] 摘要：在现代道路工程施工中，浅埋软弱围岩隧道施工难度较大，且对施工技术要求较高。

        中铁北京工程局集团第五工程有限公司浙江杭州 311215
        摘要：在现代道路工程施工中，浅埋软弱围岩隧道施工难度较大，且对施工技术要求较高。在工程施工中，为了提升隧道工程施工的质量，根据工程施工中的主要内容，确定符合现场实际情况的施工方法，以减少施工难度，保证工程质量。
        关键词：软弱围岩；浅埋隧道；施工方法
        1导言
        结合当前软弱围岩浅埋隧道的施工实际，在施工过程当中，既要对浅埋隧道的特点进行全面分析，同时也要根据软弱围岩的特点制定有效的支护措施，使浅埋隧道在开挖过程中能够在软弱围岩路段进行有效的支护，满足施工安全要求，解决施工中存在的支护问题，保证隧道支护能够达到质量要求，避免安全事故的发生。因此，应认识到软弱围岩施工的实际难度与可能出现的安全风险，在具体施工方法选择中，应控制开挖和支护的重点，确保软弱围岩浅埋隧道施工能够得到有效开展。
        2软弱浅埋隧道施工的特点和难点
        深隧道和浅埋隧道之间具有一定的差别，浅埋隧道形成承载拱，不管是隧道开挖过程中，还是隧道开挖工作完成后，都极易出现地表开裂或拱顶下沉的现象，严重的甚至还会有掌子面不稳定的现象发生。为改善这类情况，应积极采用控制地表下沉以及稳定掌子面的相关办法。一般而言，地表的下沉情况和埋深之间具有紧密的联系，如果埋深较大，隧道的横断面就容易形成承载拱，如果埋深程度较浅，那么一般不会形成承载拱。在开展浅埋软弱围岩隧道施工的过程中，为了保证施工质量和安全，必须积极采取相关措施进行控制和管理，软弱围岩受人为因素和地质因素的影响，通常稳定性较差，如果开挖支护方式不合理，就会对隧道围岩的稳定性产生较大的影响，甚至可能会导致塌方事故的出现。因此，在开展隧道施工的过程中，必须采取合理的支护方法，改变围岩自身承载力，有效降低隧道施工成本。另外在开展软弱围岩施工的过程中，围岩的稳定性一般会受到地下水渗漏的影响，因此在施工过程中应关注疏通排水工作。由于软弱围岩隧道断面尺寸较小，空间也相对有限，很难开展大规模的机械施工作业，这就要求支护结构的尺寸必须合理恰当，只有这样才能提高施工速度，降低工作强度。
        3软弱围岩浅埋隧道施工方法
        某隧道工程，最大埋深为30m，采用五级抗震复合式衬砌加固方式。在工程施工中采用物探和地质钻探的施工方法，软弱围岩分布广泛，节理裂隙面效果不佳，围岩局部出现了碎石松散状态，若不采取有效的处理措施，就会出现地表下沉和坍塌的问题。
        3.1隧道开挖技术
        采用短台阶快速施工方式，能够提高隧道内的空间利用率，不同工序可平行作业，保证施工工序的科学性及合理性，且围岩也可在较短的时间关闭，避免了围岩长时间暴露，减轻了围岩变形，加强了工程施工的连续性和安全性。短台阶的台阶长度一般为3~5m，仰拱与掌子面的距离为25m，二衬与掌子面的距离为50m。五级围岩浅埋段的测量点间距为5m，开挖后应做好布点工作，3~6h内完成拱顶下沉和收敛测量读数；开挖施工12h内，要做好其他数据的监测及读数工作。初期的读数采集需在24h以内，同时，数据采集应于下一个循环结束前，由专业人员整理并分析监测数据。分析数据需结合围岩的概况、支护受力情况和变形的具体情况，全面比较分析设计数值和实测数值，绘制曲线图，并以此为依据预测当前或下一阶段隧道围岩是否会出现变形问题，并对施工方案和支护方案予以及时调整。
        3.2支护施工
        作为保障浅埋软弱围岩隧道施工安全性的基础工程，支护施工方法的合理性将会对支护体系的安全性和隧道整体施工的质量产生深刻影响。为提高支护质量，在实践中可先开展超前支护工作，即在隧道开挖以前讲超前锚杆放置在隧道周围达到预先支护的效果。而在构建初期支护结构后，相关工作人员可选择以锚杆加设和混凝土喷射的方法来提高结构稳定性，减少其出现变形或位移的几率。同时，在支护施工环节，施工人员还应该妥善地开展导管注浆工作。大部分情况下，浅埋软弱围岩隧道施工都会选择采用小导管注浆方式作业。比如，在案例工程中，施工人员就选择使用5m长，且壁厚为3.5mm的注浆小导管来开展双层注浆作业，以此来达到提升支护有效性的目的。

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        3.3地表换填和加固
        软弱围岩浅埋隧道施工中，地表的处理至关重要，其中地表换填是重要的处理方法。地表换填主要是指对隧道进口段的地表覆盖层进行清除，重点清除浮土，浮土清除之后用压路机压实，浮土清理完毕后用土石方回填，回填的土石方碎石颗粒应控制在15cm以内，回填的厚度与浮土清除的厚度相等。在回填时采取分层回填的方式，每一层回填厚度保持在30cm左右，每层回填之后用推土机和压路机压实并保证表面平整，压路机在碾压过程当中速度应控制在2km/h左右。
        为提高软弱围岩浅埋隧道的强度，在地表上应对浅埋隧道进行加固，在加固过程中保证加固的厚度高于50cm，同时选用砌筑的方式实现地表的加固。通过地表加固能够改善浅埋隧道软弱围岩的状况，增加隧道的进口强度，为后续施工奠定基础，提高浅埋隧道的承载力，避免浅埋隧道在开挖施工当中出现塌陷和开裂的情况。因此，合理利用地表加固方法是满足软弱围岩浅埋隧道施工的重要方法，在实际应用中应注意材料的选择和施工质量的控制。
        3.4洞口施工
        竖井开挖，当开挖深度达到管棚第一层施作平台的时候，停止开挖施工，开始进行管棚施工，完成管棚施工后，立即安装洞门格棚钢架。由于钢栅格与混凝土粘结效果好，且接触面积大，可以共同受力及共同变现，从而有效降低收缩裂缝的产生，以此初期支护可以采用钢栅格完成。采取有效措施将洞门格棚与竖井格棚钢架稳固的连接在一起，开展喷射混凝土施工，直到混凝土的喷射厚度达到相关的设计要求；竖井继续开挖，直到开挖深度到达第二个平台，对剩余的管棚进行施工，对于后施作的导洞需要应用型钢进行支撑和封闭，同时进行洞门格栅的安装，洞门施作；继续开挖竖井，直到开挖深度到达双侧壁导坑部底面，破除封闭混凝土继续开展洞内施工。
        3.5洞身施工
        中导洞施工。中导洞开挖尺寸达到1.0~1.5m后，需要开始混凝土喷射施工，然后安装隧道钢架，控制相邻钢架之间的距离约为50cm，进行挂网喷射混凝土施工，直到混凝土喷射厚度达到相应的设计要求。钢筋网应用10钢筋预制网块制作而成，规格尺寸为15cm×15cm，需要和锚杆牢固地连接在一起，另外还需要控制混凝土保护层的厚度大于20mm；双侧壁导坑施工：完成双侧壁导坑开挖施工后，需要安装侧壁导坑和洞身钢架的横撑和工字钢，在开展施工之前需要进行小导管施工，小导管之间的距离为40cm。布置洞身系统锚杆时尽量呈梅花形布置，在侧壁部位需要设置22砂浆锚杆，也呈梅花形布置。
        3.6处理涌水技术
        结合已经开挖的路段地质报告结果和隧道的地质构造及地貌特征等，分析软弱富水区域的分布和水文地质条件，防止在开挖中出现涌水和坍塌等问题。在施工中，还可采用超前钻孔机加长超前小导管充当排水管，加强排水的效果。采用超前钻孔排水能够降低掌子面地下水位，而且还可减轻渗水问题，加强围岩的安全性及稳定性，确保掌子面开挖施工的顺利进行。此外，在水量丰富的路段也可采用帷幕灌浆和超前管棚灌浆加固的方式，以强化施工的效果。
        4结束语
        总之，软弱围堰中浅埋隧道施工难度较大，施工人员需要熟练掌握施工要点、施工规范和施工技巧，进而最大限度地降低工程施工中的风险，准确把握监控量测、变形量和沉降量变化的基本规律，采取多种方式提高工程的施工水平，增大建设安全系数。
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