軟弱圍巖鐵路隧道預(yù)加固技術(shù)及要注意的問(wèn)題

曹金勝

（中鐵二十四局集團(tuán)南昌鐵路工程有限公司， 江西 南昌 330002）

軟弱圍巖鐵路隧道施工中，由于工程自身特性，施工期間不可避免受到不良地質(zhì)條件影響，包括偏壓、淺埋、泥質(zhì)頁(yè)巖雨水膨脹和破碎帶等，尤其是軟弱圍巖地質(zhì)條件，加劇鐵路隧道施工難度，在一定程度上影響到施工質(zhì)量和安全。這就需要在軟弱圍巖鐵路隧道施工中，尋求合理的預(yù)加固技術(shù)和措施，盡可能規(guī)避?chē)鷰r變形，提升圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性同時(shí)，促使鐵路隧道施工活動(dòng)安全有序進(jìn)行。通過(guò)軟弱圍巖鐵路隧道預(yù)加固技術(shù)相關(guān)內(nèi)容分析研究，可以為后續(xù)相關(guān)工作提供依據(jù)，推動(dòng)鐵路隧道工程建設(shè)和發(fā)展，創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益。

1 工程概況

以某鐵路工程為例，隧道全長(zhǎng)13188m，設(shè)計(jì)時(shí)速為200km左右；施工區(qū)以高山構(gòu)造侵蝕和溶蝕地貌為主，單面上坡，隧道內(nèi)為變質(zhì)巖地層，極限埋深550m左右。

2 軟弱圍巖鐵路隧道施工條件分析

2.1 地質(zhì)構(gòu)造

在軟弱圍巖鐵路隧道施工區(qū)域，由于施工區(qū)域地質(zhì)條件較為復(fù)雜，由于巖性多樣，屬于強(qiáng)應(yīng)變板巖范疇，貫穿2.5km溶巖段，大概占鐵路隧道全長(zhǎng)20%。隧道的褶皺緊密，部分倒轉(zhuǎn)，一組沖斷層。通過(guò)地質(zhì)勘察，該地區(qū)水文地質(zhì)條件復(fù)雜，地下水分布規(guī)律混亂，不同區(qū)域水位差異大，受到地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造和裂隙發(fā)育控制影響[1]。其中地表水主要以溝水和溪水為主，有兩個(gè)水庫(kù)，地下水則以構(gòu)造裂隙水和巖溶水兩種，預(yù)測(cè)該區(qū)域最大用水量 145000 m /d以上。隧道區(qū)域內(nèi)巖溶發(fā)育中，途徑地區(qū)包括斷裂帶和褶皺帶，在隧道開(kāi)挖中可能有溶洞和暗河地質(zhì)，在一定程度上加劇隧道突水突泥災(zāi)害出現(xiàn)，影響鐵路隧道施工質(zhì)量和安全，地下水環(huán)境被破壞，加劇地表水流失。

2.2 施工要點(diǎn)

在軟弱圍巖鐵路隧道施工中，由于軟弱圍巖，受到風(fēng)華溶蝕嚴(yán)重，巖體破碎，整體穩(wěn)定性較差。在隧道開(kāi)挖中可能受到地應(yīng)力作用影響，加劇圍巖變形問(wèn)題出現(xiàn)，由于支護(hù)技術(shù)選擇不當(dāng)可能產(chǎn)生嚴(yán)重的安全事故[2]。部分軟弱圍巖隧道施工中國(guó)，臺(tái)階開(kāi)挖施工中可能由于臺(tái)階落底，或問(wèn)題加劇圍巖擾動(dòng)，出現(xiàn)變形問(wèn)題，影響到隧道支護(hù)效果。對(duì)于隧道中埋深30m以下的巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，由于開(kāi)挖會(huì)在一定程度上擴(kuò)張裂隙，影響到隧道頂部巖體穩(wěn)定性，抗水性下降，可能受到水侵蝕逐漸軟化崩解，后期使用中產(chǎn)生嚴(yán)重的變形和開(kāi)裂事故，威脅到鐵路行車(chē)安全。

3 軟弱圍巖鐵路隧道預(yù)加固技術(shù)分析

3.1 預(yù)加固技術(shù)方案對(duì)比

鐵路隧道預(yù)加固處理中，應(yīng)該充分結(jié)合軟弱圍巖特性，尋求合理的預(yù)加固技術(shù)。預(yù)加固技術(shù)應(yīng)用，主要是以提升圍巖結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性為目標(biāo)，圍巖開(kāi)挖期間不會(huì)出現(xiàn)過(guò)大變形和破壞影響到隧道整體施工安全性，如錨桿支護(hù)和注漿方式。相較于預(yù)加固技術(shù)而言，與支護(hù)技術(shù)則傾向于支護(hù)功能，加固區(qū)域物性指標(biāo)提升到一定程度后，發(fā)揮超前支護(hù)作用，水平旋噴樁和管棚等超前支護(hù)的強(qiáng)度，要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于圍巖[3]。

通過(guò)地質(zhì)勘察實(shí)踐獲取的材料來(lái)看，花崗巖全風(fēng)化層開(kāi)外期間，一旦遇水會(huì)導(dǎo)致巖層水崩解，出現(xiàn)突水突泥災(zāi)害。該工程施工區(qū)域地下水量充分，但是分布不均勻，規(guī)律不可預(yù)測(cè)，為了保證施工安全，則需要選擇合理的排水措施，或是預(yù)加固止水措施。通過(guò)工程實(shí)踐可以了解到，花崗巖全風(fēng)化層施工中采用傳統(tǒng)注漿技術(shù)，不僅加劇注漿難度，無(wú)法均勻擴(kuò)散[4]。但是，注漿壓力增加，會(huì)導(dǎo)致漿液呈現(xiàn)脈狀和片狀擴(kuò)散，鐵路隧道施工構(gòu)成中無(wú)法形成完全封閉止水帷幕。這樣不僅會(huì)影響到地層加固效果，還會(huì)為后續(xù)隧道施工埋下一系列安全隱患。所以，花崗巖全風(fēng)化層是不適合單一措施使用，可以結(jié)合實(shí)際情況選擇合理有效加固方法。

水平旋噴樁加固技術(shù)應(yīng)用，高壓旋噴條件下切削地層，將水泥漿液和破碎土體充分混合在一起，形成均勻的固結(jié)體。通過(guò)工藝樣控制，形成高強(qiáng)度樁體，狀體之間相互要和，形成連續(xù)旋噴樁帷幕體，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)止水和地層加固目的。如果是在中細(xì)砂地層，旋噴樁平均抗壓強(qiáng)度可以達(dá)到18MPa～19MPa，相較于混凝土強(qiáng)度并無(wú)顯著差別。

由此可以了解到，軟弱圍巖鐵路隧道施工中采用水平旋噴樁預(yù)加固方法，在隧道周邊施加一圈水平旋噴樁，孔深30m，樁徑50cm，環(huán)向間距0.35m，加固體相互要和厚度在 10cm以上，外插角在 6°～8°以上。水平旋噴技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)于成樁質(zhì)量控制難度較大，可能由于操作不當(dāng)，受到客觀因素影響出現(xiàn)斷樁問(wèn)題，最終成樁抗剪強(qiáng)度偏低。管棚注漿盡管不具備止水功能，但是剛度較大，有助于改善旋噴樁的不足[5]。故此，應(yīng)該結(jié)合隧道施工需要，將管碰注漿技術(shù)和水平旋噴樁技術(shù)整合在一起，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，以便于實(shí)現(xiàn)圍巖的有效加固，提升預(yù)加固處理效果。

所以，軟弱圍巖鐵路隧道預(yù)加固技術(shù)應(yīng)用，注漿技術(shù)操作簡(jiǎn)單、便捷，應(yīng)用方法多樣化，但是加固剛度小，均勻性不足，可能出現(xiàn)漿液滲漏浪費(fèi)現(xiàn)象，適合應(yīng)用在孔隙大、地下水流動(dòng)性小的砂土層；錨桿操作靈活、簡(jiǎn)單，不需要選用專(zhuān)門(mén)設(shè)備，但是此種技術(shù)整體剛度小、柔性大，在一定程度上阻礙后續(xù)開(kāi)挖活動(dòng)開(kāi)展，適合地下水較少的軟弱圍巖。

3.2 開(kāi)挖方案分析

在軟弱圍巖鐵路隧道開(kāi)挖中，應(yīng)該結(jié)合施工區(qū)域?qū)嶋H情況，對(duì)比分析選擇開(kāi)挖方案，如CRD法、CD法和雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開(kāi)挖方法，但是由于施工地質(zhì)條件復(fù)雜，上層遇水軟化，下層結(jié)構(gòu)仍然需要爆破開(kāi)挖，在一定程度上增加施工難度，延誤工期，影響到隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。如果是采用臺(tái)階法開(kāi)挖，在下部硬巖上設(shè)立支護(hù)拱腳，保證地基具備足夠承載力，維護(hù)施工活動(dòng)安全有序進(jìn)行。在隧道預(yù)加固處理中，臺(tái)階法應(yīng)用效果可觀，有助于加快施工進(jìn)度，最大程度上降低施工風(fēng)險(xiǎn)，保證施工質(zhì)量和安全。

3.3 排水通風(fēng)

由于鐵路隧道貫穿于多個(gè)區(qū)域，隧道涌水量較大，需要結(jié)合實(shí)際情況選擇合理的排水通風(fēng)措施，營(yíng)造安全的作業(yè)環(huán)境。可以同隧道敷設(shè)防水板，外貼止水帶和中埋止水帶，形成完善的止水結(jié)構(gòu)，以便于規(guī)避地下水對(duì)隧道的不良影響。同時(shí)，還要注重隧道通風(fēng)，采用單節(jié)20m通風(fēng)軟管，拉鏈?zhǔn)竭B接，營(yíng)造安全作業(yè)環(huán)境。

4 結(jié)論

綜上所述，軟弱圍巖鐵路隧道施工中，由于施工地質(zhì)條件較為復(fù)雜，很容易影響到施工質(zhì)量和拿權(quán)。故此，應(yīng)該充分結(jié)合區(qū)域?qū)嶋H情況，選擇合理的預(yù)加固技術(shù)，盡可能規(guī)避?chē)鷰r變形，保證隧道施工安全。