軟弱圍巖隧道工程施工安全技術

楊衛

軟弱圍巖隧道工程施工安全技術

楊衛

Ruan ruo wei yan sui dao gong cheng shi gong an quan ji shu

軟弱圍巖通常是指強度低、膠結程度差并且受風化作用影響顯著的松散軟弱地層條件。在隧道工程施工中，受到應力水平或是埋深條件的影響，軟弱圍巖施工地段會產生一定的施工變形。為了提高工程施工的安全性，工程施工行業積極推進一種新型的施工安全技術，但是受到軟弱圍巖隧道工程安全現狀的制約，無法使得工程施工安全與工程正常施工發展相適應。探討軟弱圍巖隧道工程施工安全技術，能夠提升整個工程建設的施工質量。本文通過對軟弱地質圍巖隧道施工的基本特征及其安全風險進行分析，進一步提出加強工程施工安全管理的技術。

一、軟弱圍巖的特征及其潛在的危害分析

1.軟弱圍巖的基本特征分析

軟弱圍巖是與堅硬圍巖相對應的一種圍巖，一般將抗壓強度低于30MPa的圍巖稱為軟弱圍巖。這種圍巖主要是靜水或者是水流比較緩慢的水中懸浮物不斷沉積而形成的。由于沉積物中存在大量的淤泥，粘土和淤泥的內

部結構往往比較松散，并且沉積物之間存在大量的間隙，導致軟弱圍巖固結的速率比較慢，圍巖的透水性也較差。之所以會成為軟弱圍巖，圍巖透水性較差的原因主要有兩個方面因素的影響，一方面是組成圍巖的顆粒粒子直徑比較小，顆粒之間的空隙有大量的水分存在，這使得圍巖當中的一部分粘土與顆粒間隙內部的水分結合，形成緊密的圍巖結構，外部的水分不能夠滲透到圍巖的內部，這種形式下的圍巖能夠避免外界環境對其本身所產生的影響，能夠達到一種相對平衡的穩定狀態。另一方面，圍巖當中的水分基本上都是結合水，很大一部分水分子都是與圍巖的顆粒結合在一起，其內部的自由水比較少。在受到外界作用的影響下，圍巖內部的水分不能發生移動，無法快速排出，影響到土壤的凝固速度，自然也對巖體的硬度造成影響，使其不能夠達到應有的圍巖硬度標準要求。

2.軟弱圍巖所帶來的危害分析

在隧道工程施工過程中，由于軟弱圍巖的透水性較差，并且巖體的固結速率比較緩慢，這種特點會對施工工程中路面的穩定性以及承載能力產生影響。當路面上受到較大的外力影響時，對路面的質量會產生較大的影響，從而影響到施工的安全。不僅如此，軟弱圍巖帶來的危害還體現在路基沉降以及路堤滑坡方面。軟弱圍巖隧道施工中會出現支護變形的風險，這種風險往往出現在土質隧道地段、淺埋地段以及斷層破碎帶地段等，淺埋地段進行隧道施工時拱部成拱的可能性較小，如果不采取適當的措施加以鞏固，就會導致局部出現塌方的現象；土質隧道施工地段主要有各種積土層以及地層，與一般的巖質隧道相比較，土質隧道塌落的拱高度一般比較大，支護結構所要承受的荷載自然也很大，如果初期支護強度不足，會導致土質隧道施工地段出現局部塌方的風險。斷層破碎帶地段的施工是風險性較大的施工地段，由于該地段自身的穩定性較差，并且有大量的地下水，往往容易出現塌方事故以及突水風險。

二、軟弱圍巖隧道工程施工安全技術分析

1.圍巖變形控制技術分析

在軟弱圍巖施工中，掌子面變形比較嚴重時就會導致其本身的穩定性盡失，從而導致隧道掌子面坍塌事故。這種施工事故在整個隧道工程施工中所占的比例較大，最終導致施工人員以及施工機械設備損失，引起工程施工部門的高度重視。常見的掌子面變形、坍塌控制安全技術有以下幾種，有超前支護技術、掌子面錨桿技術、掌子面預留核心土技術以及掌子面噴混凝土封閉技術。其中超前支護技術實際上就是“先支后挖”技術，這種技術是通過掌子面隧道開挖輪廓線之外一定范圍內進行水平預加固的支護結構。通常情況下，常見的超前支護種類有三種，分別是超前錨桿、超前大管棚以及小導管注漿；超前管棚支護技術的實施主要是為了保證管棚與鋼架之間的聯合支護，可以將管棚外露的部分焊接在鋼架上，然后再按照施工設計的要求進行壓漿，這樣一來，可以對圍巖起到加固作用。緊接著是掌子面錨桿技術，設置掌子面錨桿的目的主要是控制圍巖開挖后掌子面可能出現的位移，從而為大斷面開挖創造條件，對圍巖支護變形有很好的控制作用。在施工安全控制中，掌子面的錨桿長度一般會在10~20米之間，并且錨桿的使用材料應該是玻璃纖維材料。為了維持掌子面的穩定性，現場施工中往往會采用掌子面噴混凝土封閉技術，這種施工技術在施工安全控制中的使用比較多。最后采用掌子面預留核心土技術，這種技術在隧道工程施工中應用最為簡單，具有較強的安全穩定性作用。

2.隧道開挖坍塌控制技術

完成隧道上臺階的開挖支護之后，在支護基礎懸空的情況下，失去支撐力就容易導致支護穩定性較差，可以采用落底開挖技術。落底開挖技術是在開挖之前給上斷面支護結構提供一個臨時基礎，能夠控制支護拱腳的下沉。常見的落底開挖控制技術有三種形式，首先是臨時仰拱安全技術，這種技術主要應用于臺階法開挖的軟巖大斷面隧道中使用，通過這種技術能夠讓臺階形成一種封閉的狀態，能夠有效的控制上斷面的支護沉降，從而保證下部臺階開挖的安全性。其次是鎖腳錨管安全技術，當鎖腳錨管作為承載結構時，能夠傳遞上部初期支護的壓力，結構設置應該盡量沿著拱腳切線的方向進行設置。如果施工不到位，會導致錨管控制的效果降低。還有一種技術是擴大拱腳安全技術，擴大拱腳的主要方法就是通過展寬基礎減小地基的壓力，這種技術是控制支護沉降實現的一種手段，其關鍵作用的發揮主要在于拱腳基礎有足夠的寬度，在施工過程中，拱腳寬度不足時，沉降的面積就會增大，這樣一來難以達到實際設計的要求。

3.灌漿技術對圍巖結構的處理

在隧道施工之前需要對圍巖的結構進行加固處理，可以采用高壓灌漿技術，對隧道施工范圍內的圍巖結構進行處理，改變圍巖結構的松軟性，將砂漿填充到軟弱圍巖內部的空隙當中，這樣就能夠增強軟弱圍巖的強度和硬度，大大提高圍巖周圍結構的穩定性。完成灌漿之后，雖然圍巖結構有足夠的承載能力，但是施工人員進行開挖時也要注意挖掘的方法，可以采用多次開挖的方式進行隧道挖掘，這種方式能夠減少對圍巖的震動，減少因為震動而引起的圍巖坍塌事故，從而增強工程施工的安全系數。

三、結語

隧道工程施工是工程建設的重要部分，該部分施工難度較大，施工過程比較復雜，尤其是遇到軟弱圍巖階段，會對整個工程施工的安全性造成嚴重的威脅。為此，需要加強軟弱圍巖的結構硬度，采取適當的方法減少圍巖坍塌的事故，提高工程施工的質量。因此，軟弱圍巖隧道工程施工中應該按照超前支護、多次開挖和灌漿施工的方式提高工程的施工質量，進一步保障工程的施工安全。此外，還應該加強施工人員的安全意識培養，提高施工人員的施工技術，為隧道工程施工安全提供更好的保障。

（作者單位：中鐵十二局集團有限公司）