王濤

摘要：鐵路隧道修建中，軟弱圍巖施工是一大重難點(diǎn)，由于圍巖自身的承載能力較差，抗壓能力較弱，若支護(hù)不到位或是開挖施工方案選擇不當(dāng)，則極易出現(xiàn)變形問題，對(duì)安全生產(chǎn)和工程質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，甚至引發(fā)塌方等事故，帶來較大損失。基于此，本文將對(duì)軟弱圍巖鐵路隧道開挖安全施工技術(shù)進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：軟弱圍巖;鐵路隧道;隧道開挖安全施工技術(shù)

1 鐵路隧道軟弱圍巖

一般巖質(zhì)軟弱、承載力低、結(jié)構(gòu)破碎節(jié)理裂隙發(fā)育的圍巖被稱為軟弱圍巖。軟弱圍巖有以下特點(diǎn)：一是巖體破碎且松散，粘結(jié)力差。通常為巖體或土層的全風(fēng)化層、擠壓破碎帶等構(gòu)造而成的圍巖。這種性質(zhì)的圍巖，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)松散、破碎，巖體間粘結(jié)力差，在隧道開挖時(shí)，成拱能夠依靠的只能是顆粒間的摩擦效應(yīng)和微弱膠結(jié)作用，極不穩(wěn)定，特別是在淺埋地段發(fā)生塌方冒頂事故的概率很高。二是強(qiáng)度低，遇水容易軟化。這種性質(zhì)的軟弱圍巖以頁巖、泥巖、炭質(zhì)巖、片巖等為代表，強(qiáng)度低、穩(wěn)定性差，隧道開挖后巖層容易風(fēng)化，遇水還會(huì)出現(xiàn)軟化，在深埋地段會(huì)受到高應(yīng)力影響容易發(fā)生塑性變形，形成洞室內(nèi)擠。三是結(jié)構(gòu)面軟弱，容易滑塌，這種類型的軟弱圍巖在結(jié)構(gòu)面切割影響大的塊狀巖體中比較常見，在開挖隧道時(shí)，結(jié)構(gòu)面粘結(jié)強(qiáng)度低，周邊巖體極其容易沿結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生滑塌等破壞現(xiàn)象。

2 影響安全施工技術(shù)的原因

第一是由于地質(zhì)的復(fù)雜性導(dǎo)致自然風(fēng)險(xiǎn)與環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的大幅增加。每個(gè)地域的情況都是不盡相同的，水文條件也存在差異，這無疑為施工人員在軟弱圍巖鐵路隧道開挖過程中增加了極大的阻礙。而在各種阻礙因素中，水文、地質(zhì)條件可以說是最復(fù)雜的一種，也是最難以預(yù)測(cè)的。例如水位、水壓、沖擊力、土層的滲透量等，在很大程度上為施工埋下安全隱患且難以控制。

第二是由于隧道施工的工藝相對(duì)復(fù)雜，軟弱圍巖在很大程度上增大了隧道施工的復(fù)雜性和難度。在開挖施工過程中，施工的復(fù)雜性以及施工人員的流動(dòng)性等都會(huì)不定時(shí)的發(fā)生變動(dòng)，如果沒有及時(shí)應(yīng)對(duì)這種變動(dòng)，或者選擇不合理的應(yīng)對(duì)方案，就很容易對(duì)整個(gè)施工過程產(chǎn)生負(fù)面影響，如施工過程中應(yīng)用的新技術(shù)與新方案，如果這些新技術(shù)與新方案不能及時(shí)適應(yīng)施工需求，就會(huì)提高施工風(fēng)險(xiǎn)的幾率。

3 當(dāng)前軟弱圍巖鐵路隧道開挖安全施工存在的問題

3.1 施工安全管理責(zé)任不明確

有些工程存在施工安全管理責(zé)任不明確的現(xiàn)象，個(gè)別項(xiàng)目甚至沒有專職安全管理人員。對(duì)此，相關(guān)部門要建立健全管理體系與管理制度，做到認(rèn)識(shí)、管理、責(zé)任“三到位”，確保人人負(fù)責(zé)的管理體系落實(shí)到位，明確各個(gè)施工環(huán)節(jié)中的安全管理責(zé)任。

3.2 相關(guān)技術(shù)措施落不到實(shí)處

很多管理者并沒有意識(shí)到安全施工的重要性，導(dǎo)致很多安全施工的相關(guān)技術(shù)措施落不到實(shí)處，為施工人員的人身安全埋下巨大的隱患，對(duì)此，管理者首先要意識(shí)到安全施工的重要性，從工程施工的實(shí)際情況出發(fā)，結(jié)合施工環(huán)境、工期與方法等做全套的安全防護(hù)措施，并確保安全防護(hù)措施落實(shí)到位。

4 鐵路隧道軟弱圍巖施工安全控制措施

4.1 超前支護(hù)

淺埋段超前支護(hù)主要有管棚、超前小導(dǎo)管等超前支護(hù)措施。超前支護(hù)措施主要起棚架作用，同時(shí)超前支護(hù)注漿主要是固結(jié)圍巖，也就是開挖爆破造成圍巖破碎、擾動(dòng)的松動(dòng)圈，使松動(dòng)圈固結(jié)成一個(gè)弧形的穹窿結(jié)構(gòu)體，和超前小導(dǎo)管或棚架一起形成抵抗圍巖變形，消除圍巖應(yīng)力變形的結(jié)構(gòu)體。在泥巖注漿過程中，主要注意砂漿或水泥凈漿的水灰比，水灰比過大，在注漿過程中容易形成泌水，泌水容易對(duì)泥巖形成侵蝕，同時(shí)對(duì)泥巖本身會(huì)造成軟化，巖層的層面及節(jié)理面易由于浸水而降低圍巖之間的相互支撐及層間粘結(jié)、摩擦力，對(duì)圍巖的穩(wěn)定性不利，所以在注漿過程中嚴(yán)格按照配合比進(jìn)行注漿是保證注漿效果的前提。在隧道圍巖極其破碎的情況下，一般采用長(zhǎng)管棚進(jìn)行超前支護(hù)。在長(zhǎng)管棚施工過程中，一般要加大施工斷面做管棚工作室，而長(zhǎng)管棚在曲線和變界面處施工困難，在施作長(zhǎng)管棚時(shí)往往就出現(xiàn)沉降，有時(shí)這種沉降達(dá)到4～5mm，為彌補(bǔ)這些不足，實(shí)際施工時(shí)可采用雙排小導(dǎo)管技術(shù)，即在常規(guī)小導(dǎo)管的基礎(chǔ)上，再增加一排傾角30°～45°的小導(dǎo)管，通過雙排小導(dǎo)管注漿，使開挖面外側(cè)形成比單排小導(dǎo)管注漿厚的土體加固層。實(shí)踐證明，這種新型預(yù)加固技術(shù)可以有效控制沉降變形。

4.2 合理優(yōu)化開挖技術(shù)方案

在選擇開挖工法時(shí)，掌握每種方法的優(yōu)缺點(diǎn)和適用條件是非常必要的，應(yīng)根據(jù)不同的圍巖等級(jí)，工期要求、初期支護(hù)等具體情況，采用不同的開挖方法，如針對(duì)Ⅰ、Ⅱ級(jí)圍巖，可采用全斷面開挖法，對(duì)于Ⅲ、Ⅳ級(jí)及以上圍巖，開挖中應(yīng)用的方法有臺(tái)階法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法、中隔壁法、交叉中隔壁法等。

4.3 圍巖監(jiān)控量測(cè)

在隧道淺埋段的施工過程中，監(jiān)控量測(cè)是保證開挖段安全的重要措施和手段。在施工過程中，由于泥巖、砂巖的地質(zhì)及結(jié)構(gòu)特性、層間粘結(jié)力的缺失導(dǎo)致局部尤其在拱部、拱腰會(huì)有小的掉塊，產(chǎn)生階梯狀的錯(cuò)臺(tái)，這樣可能導(dǎo)致局部的應(yīng)力集中，發(fā)生圍巖變形，破壞初期支護(hù)，所以在拱部設(shè)置圍巖下沉觀測(cè)標(biāo)進(jìn)行觀測(cè);拱腰、邊墻設(shè)置圍巖收斂觀測(cè)標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，必要時(shí)在拱腳處也要設(shè)置圍巖收斂觀測(cè)標(biāo)進(jìn)行觀測(cè)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)觀測(cè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時(shí)，一是對(duì)初期支護(hù)進(jìn)行肉眼觀察，看是否有開裂、掉塊等異常現(xiàn)象，以辨別圍巖的穩(wěn)定性。二是加密觀測(cè)頻率，確認(rèn)觀測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性及圍巖變化的速率，來判別圍巖的穩(wěn)定情況。觀測(cè)標(biāo)的埋設(shè)要注意埋設(shè)的位置準(zhǔn)確性，埋設(shè)深度一般保證在0.5～1m的深度。

4.4 不斷完善超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作

在隧道施工期間，難免會(huì)出現(xiàn)一些異常狀況，為了可以更好地記錄以及及時(shí)處理這一問題，在實(shí)際的施工過程中，應(yīng)該對(duì)隧道掌子面以及初期支護(hù)的收斂或沉降情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)掌子面前方圍巖開展超前地質(zhì)探測(cè)。一般情況下，軟巖超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方式有很多，包括：超前鉆孔成像法、紅外探水法、地震雷達(dá)法等，其中，對(duì)于超前鉆孔成像法來說，其可以將后續(xù)施工時(shí)鉆孔的時(shí)間計(jì)算出來，并且可以對(duì)探孔進(jìn)行仔細(xì)觀察，然后更加直觀地將掌子面前方幾十米內(nèi)的圍巖情況合理反映出來，并在最短的時(shí)間內(nèi)將軟基層以及富水段位置和范圍進(jìn)行明確。由于這一方法的優(yōu)勢(shì)比較大，因此，在軟弱圍巖地質(zhì)預(yù)報(bào)中的應(yīng)用非常廣泛。

5 結(jié)束語

綜上所述，在軟弱圍巖鐵路隧道開挖安全施工技術(shù)發(fā)展過程中，要對(duì)鐵路隧道工程的主要特征進(jìn)行充分的了解，合理的應(yīng)用施工方法與施工方案，在施工過程中每時(shí)每刻都要對(duì)工程進(jìn)展進(jìn)行監(jiān)測(cè)與預(yù)估，并對(duì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行判斷與預(yù)防，做到有效的降低風(fēng)險(xiǎn)、規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)的目的，提高我國軟弱圍巖鐵路隧道開挖安全的施工技術(shù)水平。

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