摘要：铁路工程施工过程中常需要穿越山体、地下结构，隧道开挖是常见的施工方法。在隧道施工过程中，经常会遇到软弱围岩等不良的地质情况，软弱围岩隧洞的施工质量不仅影响着隧洞的稳定性，还会影响隧道施工安全和工程进度。基于此，文章重点分析了铁路隧道软弱围岩施工安全控制措施，以供参考。
关键词：隧道围岩；不良地质；安全质量；技术配合
引言
软弱围岩具有施工不稳定、力学性能差、变形不易控制等特征，在隧道工程施工中需要引起足够的重视。深埋的软弱围岩，由于周边围岩提供的拱形受力特点，软弱围岩的突出问题可以采用一定的措施进行控制，而如若软弱围岩同时属于浅埋特征时，大跨度隧道的施工条件则变得更加复杂，需要对浅埋隧道下的软弱围岩特性进行足够了解[1][2]，并制定相关的施工技术方案和措施，保证隧道施工的安全和稳定性能。
1 铁路隧道软弱围岩
一般岩质软弱、承载力低、结构破碎节理裂隙发育的围岩被称为软弱围岩。软弱围岩有以下特点：一是，岩体破碎且松散，粘结力差。通常为岩体或土层的全风化层、挤压破碎带等构造而成的围岩。这种性质的围岩，因为结构松散、破碎，岩体间粘结力差，在隧道开挖时，成拱能够依靠的只能是颗粒间的摩擦效应和微弱胶结作用，极不稳定，特别是在浅埋地段发生塌方冒顶事故的概率很高。二是，强度低，遇水容易软化。这种性质的软弱围岩以页岩、泥岩、炭质岩、片岩等为代表，强度低、稳定性差，隧道开挖后岩层容易风化，遇水还会出现软化，在深埋地段会受到高应力影响容易发生塑性变形，形成洞室内挤。三是，结构面软弱，容易滑塌，这种类型的软弱围岩在结构面切割影响大的块状岩体中比较常见，在开挖隧道时，结构面粘结强度低，周边岩体极其容易沿结构面产生滑塌等破坏现象。
常见的软弱围岩包括变质岩体和煤系地层，浅埋性质的软弱围岩则进一步放大了软弱围岩的影响，因其上覆土层或者土体没有形成很好的土拱受力特性，即上部土体基本以荷载的形式存在，对隧道的约束嵌固效应有限，因而力学特性更差。施工过程中，浅埋隧道的软弱围岩存在力学缺陷，在施工开展过程中其受力安全、变形和稳定等性能一直在变化，一旦出现围岩的过大变形或者稳定问题，将严重影响大跨径隧道的施工，施工人员很难在第一时间对围岩问题做出准确地判断，从而引发安全问题。同时，施工中破坏了地下水的分布，地下水也有可能对软弱围岩的力学特性造成很大影响，对施工形成了难度，且可能增加施工安全隐患。软弱围岩的浅埋隧道结构，其施工难点是对软弱围岩特性的掌握，并且选择适宜的施工技术和工法，建立详细的施工预案，进行必要的加固施工，才能够有效避免软弱围岩对于施工的安全影响。
2铁路隧道软弱围岩施工安全控制措施
2.1超前支护
浅埋段超前支护主要有管棚、超前小导管等超前支护措施。超前支护措施主要起棚架作用，同时超前支护注浆主要是固结围岩，也就是开挖爆破造成围岩破碎、扰动的松动圈，使松动圈固结成一个弧形的穹窿结构体，和超前小导管或棚架一起形成抵抗围岩变形，消除围岩应力变形的结构体。在泥岩注浆过程中，主要注意砂浆或水泥净浆的水灰比，水灰比过大，在注浆过程中容易形成泌水，泌水容易对泥岩形成侵蚀，同时对泥岩本身会造成软化，岩层的层面及节理面易由于浸水而降低围岩之间的相互支撑及层间粘结、摩擦力，对围岩的稳定性不利，所以在注浆过程中严格按照配合比进行注浆是保证注浆效果的前提。在隧道围岩极其破碎的情况下，一般采用长管棚进行超前支护。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在长管棚施工过程中，一般要加大施工断面做管棚工作室,而长管棚在曲线和变界面处施工困难,在施作长管棚时往往就出现沉降,有时这种沉降达到 4～5mm,为弥补这些不足,实际施工时可采用双排小导管技术,即在常规小导管的基础上,再增加一排倾角 30°～45°的小导管,通过双排小导管注浆,使开挖面外侧形成比单排小导管注浆厚的土体加固层。实践证明，这种新型预加固技术可以有效控制沉降变形。
2.2进洞联合支护
如果隧道结构的进洞段是软弱浅埋层，岩石节理发育严重，部分呈现破碎状态，即便采用了超前管棚支护，但是开挖完成后隧道围岩仍然无法形成压力拱，因而围岩本身失去了自身稳定能力，其作用只是作为荷载施加在隧道衬砌上，因此，需要进行进洞联合支护，保证洞口施工的安全和质量。联合支护是将护拱与初期支护的钢拱进行连接形成整体，以加强在进洞区段的支护效果，联合支护需要从两个方面进行考虑：护拱钢拱架与初期支护钢拱的连接，初期支护钢拱架本身的连接。主要方法就是在进洞区段设置2～3道钢拱架与初期支护进行连接，连接应该保证连接质量和安全，联合支护的效果是保障隧道进洞施工的稳定性、围岩施工安全性等。
2.3开挖坍塌控制
完成隧道上台阶的开挖支护之后，在支护基础悬空的情况下，失去支撑力就容易导致支护稳定性较差，可以采用落底开挖技术。落底开挖技术是在开挖之前给上断面支护结构提供一个临时基础，能够控制支护拱脚的下沉。常见的落底开挖控制技术有三种形式，首先是临时仰拱安全技术，这种技术主要应用于台阶法开挖的软岩大断面隧道中使用，通过这种技术能够让台阶形成一种封闭的状态，能够有效的控制上断面的支护沉降，从而保证下部台阶开挖的安全性。其次是锁脚锚管安全技术，当锁脚锚管作为承载结构时，能够传递上部初期支护的压力，结构设置应该尽量沿着拱脚切线的方向进行设置。如果施工不到位，会导致锚管控制的效果降低。还有一种技术是扩大拱脚安全技术，扩大拱脚的主要方法就是通过展宽基础减小地基的压力，这种技术是控制支护沉降实现的一种手段，其关键作用的发挥主要在于拱脚基础有足够的宽度，在施工过程中，拱脚宽度不足时，沉降的面积就会增大，这样一来难以达到实际设计的要求。
2.4围岩监控量测
在隧道浅埋段的开挖过程中，监控量测是保证开挖段安全的主要措施和手段。由于泥岩、砂岩的地质及结构特性，开挖过程中，由于层间粘结力的缺失，会导致局部尤其在拱部、拱腰会有小的掉块，产生阶梯状的错台，这样可能导致局部的应力集中，发生围岩变形，破坏初期支护，所以在拱部设置围岩下沉观测标进行观测；拱腰、边墙设置围岩收敛观测标进行检测，必要时在拱脚处也要设置围岩收敛观测标进行观测。当发现观测数据出现异常时，先要对初期支护进行肉眼观察，看是否有开裂、掉块等异常现象，以辨别围岩的稳定性。加密观测频率，确认观测数据的准确性及围岩变化的速率，来判别围岩的稳定情况。观测标的埋设要注意埋设的有效性。在初期支护前，及时埋设观测标，观测标埋设深度一般保证在 0.5～1m的深度。
结语
软弱围岩是隧道施工的关键难题，特别是浅埋大跨度隧道及其进洞的施工问题，需要在掌握软弱围岩特性的基础上，考虑隧道施工要求，根据洞口环境条件和隧道施工技术，进行隧道进洞的超前支护和联合支护，加强围岩监控量测，确定支护方案和技术措施，保障进洞施工安全和质量。要将着重点置于安全角度，兼故其他因素，选择最优方案，确保软弱围岩段公路隧道施工的安全进行。
参考文献
[1]张文达.铁路隧道软弱围岩超大断面TBM拆卸洞施工技术[J].施工技术.2015(S1).
[2]李伟.长大铁路隧道软弱围岩段中隔壁法施工技术[J].科技创新与应用.2014(05).
[3]赵国栋.软弱围岩隧洞施工的安全问题研究[J].科技信息.2013(03)
论文作者:杨建荣
论文发表刊物:《基层建设》2016年31期
论文发表时间:2017/1/18
标签：围岩论文; 隧道论文; 软弱论文; 结构论文; 超前论文; 过程中论文; 导管论文; 《基层建设》2016年31期论文;