謝云揚(yáng)

隨著我國社會主義經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展以及國民經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)步增長,鐵路建設(shè)作為重中之重,顯示出了它的重要地位。目前,我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個特點(diǎn)就是發(fā)揮區(qū)域性優(yōu)勢、建立有特色的產(chǎn)業(yè)帶及產(chǎn)業(yè)園區(qū)。而鐵路交通是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要命脈,在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占有著不可替代的重要地位。但是,在風(fēng)化破碎相對比較嚴(yán)重的環(huán)境下,隧道的施工就會變得比較困難,所以,在淺埋斷層極破碎圍巖區(qū)域,采用預(yù)加固技術(shù)之前,必須要對隧道開挖工程施工過程中破碎圍巖內(nèi)部的應(yīng)變場、應(yīng)力場以及位移場的變化規(guī)律做系統(tǒng)的研究,然后綜合考慮各種不同施工開挖方法的特點(diǎn),最終選定合理的方案。

1破碎圍巖的特點(diǎn)

由于強(qiáng)烈地質(zhì)構(gòu)造的運(yùn)動而引起地層發(fā)生擠壓、錯位、揉皺、扭轉(zhuǎn)作用,破壞了巖體的連續(xù)性遭,使巖塊的尺度減小,而形成斷層破碎帶。

破碎地層的特點(diǎn)有:穩(wěn)定性差、結(jié)構(gòu)松散、膠結(jié)性弱、在施工過程中極容易發(fā)生坍塌,如有地下水則更嚴(yán)重。若在開挖的過程中破壞了巖體的原有應(yīng)力平衡,如不及時采取有效地施工技術(shù)措施則可能導(dǎo)致隧道塌方,直接對施工人員的生命安全與施工設(shè)備造成了威脅,并且使工期延長。此外,在隧道埋深相對較淺的時候,開挖很難形成承載拱,地表的變形下沉可能會直達(dá)地表,因此,必須研究圍巖的物理力學(xué)特性和破碎巖體間的膠結(jié)情況,采取必要且有效地加固手段,對確保隧道施工以及運(yùn)營安全都起著至關(guān)重要的作用。

2破碎地層的分類

在斷層破碎區(qū)域的地層中進(jìn)行隧道施工時,首先必須從工程的特殊性角度入手,確定破碎圍巖的力學(xué)性質(zhì)。通常來說,隧道圍巖的破碎程度可以直接反映出圍巖的穩(wěn)定性,圍巖穩(wěn)定性的主要影響因素可以歸納為兩大類,第一類是和工程所在地地質(zhì)環(huán)境相關(guān)的自然因素,決定了圍巖質(zhì)量;第二類是屬于工程活動中的人為因素,包括了隧道的斷面尺寸、形狀和施工方法等。

從圍巖穩(wěn)定性的分級來說,通常以巖體的完整性或破碎程度來表示,直接反映了圍巖受到地質(zhì)構(gòu)造影響的嚴(yán)重情況?？拥朗欠穹€(wěn)定主要是圍巖的破碎程度起著主導(dǎo)作用,其圍巖越破碎,則坑道開挖后圍巖越容易失穩(wěn)。判斷圍巖是否與破碎圍巖和坑道的尺寸規(guī)模有關(guān),一般相對裂隙間距在1/5～1/20的范圍內(nèi)屬于破碎的,在小于1/20的范圍內(nèi)屬于極易破碎的。

3隧道施工過程中極破碎圍巖的常用措施

3.1 洞內(nèi)靜壓注漿加固法(也叫地表靜壓注漿加固法)

靜壓注漿是在洞內(nèi)或是在地表先用鉆機(jī)把注漿管置入到地層的預(yù)設(shè)位置,然后利用注漿泵把漿液由注漿管注入或者滲透到隧道周邊的地層孔隙中,使?jié)B入的漿液凝固后把破碎圍巖膠結(jié)成為一個整體,進(jìn)而改善破碎圍巖在物理力學(xué)方面的性能,并提高圍巖的自穩(wěn)能力。

靜壓注漿采用的漿液通常為水泥漿,通常用的漿液的水灰比大概在0.8∶1～1.2∶1之間,有時為了改善漿液性能而添加一些外加劑,例如:懸浮穩(wěn)定劑(即氯化亞鐵、膨潤土)、早強(qiáng)劑(即工業(yè)氯化鈣、三乙醇胺等)和速凝劑(即水玻璃)等。

靜壓注漿的優(yōu)點(diǎn)是工藝簡單、造價低和所用設(shè)備少,不足之處是難以人為的控制注漿加固范圍和效果。

3.2 超前錨桿或者超前小鋼管預(yù)支護(hù)法

(1)構(gòu)造。沿著隧道開挖輪廓線的外側(cè),按一定的外插角,向開挖面的前方打入小鋼管或是安裝錨桿并注漿,形成了對前方破碎圍巖的預(yù)加固(或預(yù)支護(hù)),在預(yù)加固的保護(hù)下進(jìn)行開挖及支護(hù)等作業(yè)。

(2)性能、特性及適用性。超前錨桿或超前小鋼管,是一種起到預(yù)支護(hù)作用的措施。此種超前預(yù)支護(hù)的整體剛度較小、柔性較大。它們都能夠與系統(tǒng)錨桿焊接來增強(qiáng)其整體性,但當(dāng)圍巖應(yīng)力偏大時,其后期的支護(hù)剛度就有些不夠大。所以,這種超前支護(hù)主要適用圍巖應(yīng)力較小或是地下水比較少的軟弱破碎圍巖。

3.3 超前小導(dǎo)管注漿預(yù)加固法

(1)構(gòu)造。沿著開挖輪廓線向開挖面的前方,按照一定的角度打入管壁帶有小孔的小導(dǎo)管,然后按照一定的壓力往管內(nèi)壓注能夠起到膠凝作用的漿液,當(dāng)漿液硬化后,隧道周邊的圍巖得到預(yù)加固,并且形成了一定厚度的加固圈。在其加固圈的保護(hù)下,可以安全的進(jìn)行開挖作業(yè)。

(2)性能、特點(diǎn)及適用條件。漿液被超前壓注至巖體的裂隙中并硬化后,它既可以把巖塊或是顆粒膠結(jié)成一個整體,又起到了超前預(yù)支護(hù)的作用。而且,漿液還能充填裂隙,有效的阻隔地下水向坑道內(nèi)部滲流,起到了防水與堵水的作用。這種超前小導(dǎo)管注漿預(yù)加固法適用于斷層破碎帶、自穩(wěn)時間較短的砂層、軟弱圍巖淺埋地段、砂(礫)卵石層、地下水較多的軟弱破碎圍巖地段和處理塌方地段等。

超前小導(dǎo)管注漿只需要小型的機(jī)械,工藝簡單,且容易操作,但有時不易保證小導(dǎo)管周邊的注漿效果。

3.4 超前圍巖深孔預(yù)注漿加固地層方法

超前圍巖預(yù)注漿又稱為深孔注漿或長孔注漿,是加固地層和封堵水源的一種方法。

(1)深孔預(yù)注漿的構(gòu)造。

在特殊困難或是地下水特別豐富的地段,應(yīng)采用超前圍巖深孔預(yù)注漿(包括地表超前注漿、洞內(nèi)圍巖超前注漿和平導(dǎo)超前注漿),通過深孔預(yù)注漿后,就可以形范圍比較大的且具有一定厚度的加固區(qū),形成帷幕注漿。

(2)深孔預(yù)注漿的性能、特點(diǎn)及適用性。

超前圍巖深孔預(yù)注漿主要是通過漿液壓力,把軟弱破碎圍巖中的孔隙或縫隙用漿液充填和固結(jié),通過擠壓加固作用,而達(dá)到加固地層與堵水的效果。深孔預(yù)注漿法適用于自穩(wěn)性能較弱的含水地質(zhì)地段、軟弱圍巖和斷層破碎帶的加固,更加適用于地下水較多的地層和有壓地下水中的加固與堵水,同時也很適用于在施工過程中需要采用大中型機(jī)械的方法。

超前圍巖深孔注漿需要專用的注漿機(jī)械和鉆孔機(jī)械。

4結(jié)語

破碎圍巖地質(zhì)在隧道工程施工中是比較常見的,如果對地質(zhì)情況認(rèn)識的不夠,施工過程中工藝安排不恰當(dāng),就很容易造成塌方的后果,這樣不但會造成比較嚴(yán)重的直接經(jīng)濟(jì)損失,還會給隧道施工帶來不好的影響,增加施工的難度,嚴(yán)重的甚至?xí)斐少|(zhì)量安全事故。所以隧道工程在破碎圍巖地質(zhì)區(qū)域的施工一定要制定安全、合理的施工方案,采取有效、積極的施工措施,以保證工程的施工質(zhì)量,推動經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

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