談軟弱圍巖鐵路隧道開挖安全施工技術

王濤

摘要：鐵路隧道修建中，軟弱圍巖施工是一大重難點，由于圍巖自身的承載能力較差，抗壓能力較弱，若支護不到位或是開挖施工方案選擇不當，則極易出現變形問題，對安全生產和工程質量產生嚴重的影響，甚至引發塌方等事故，帶來較大損失。基于此，本文將對軟弱圍巖鐵路隧道開挖安全施工技術進行分析。

關鍵詞：軟弱圍巖;鐵路隧道;隧道開挖安全施工技術

1 鐵路隧道軟弱圍巖

一般巖質軟弱、承載力低、結構破碎節理裂隙發育的圍巖被稱為軟弱圍巖。軟弱圍巖有以下特點：一是巖體破碎且松散，粘結力差。通常為巖體或土層的全風化層、擠壓破碎帶等構造而成的圍巖。這種性質的圍巖，因為結構松散、破碎，巖體間粘結力差，在隧道開挖時，成拱能夠依靠的只能是顆粒間的摩擦效應和微弱膠結作用，極不穩定，特別是在淺埋地段發生塌方冒頂事故的概率很高。二是強度低，遇水容易軟化。這種性質的軟弱圍巖以頁巖、泥巖、炭質巖、片巖等為代表，強度低、穩定性差，隧道開挖后巖層容易風化，遇水還會出現軟化，在深埋地段會受到高應力影響容易發生塑性變形，形成洞室內擠。三是結構面軟弱，容易滑塌，這種類型的軟弱圍巖在結構面切割影響大的塊狀巖體中比較常見，在開挖隧道時，結構面粘結強度低，周邊巖體極其容易沿結構面產生滑塌等破壞現象。

2 影響安全施工技術的原因

第一是由于地質的復雜性導致自然風險與環境風險的大幅增加。每個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、地質條件可以說是最復雜的一種，也是最難以預測的。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復雜，軟弱圍巖在很大程度上增大了隧道施工的復雜性和難度。在開挖施工過程中，施工的復雜性以及施工人員的流動性等都會不定時的發生變動，如果沒有及時應對這種變動，或者選擇不合理的應對方案，就很容易對整個施工過程產生負面影響，如施工過程中應用的新技術與新方案，如果這些新技術與新方案不能及時適應施工需求，就會提高施工風險的幾率。

3 當前軟弱圍巖鐵路隧道開挖安全施工存在的問題

3.1 施工安全管理責任不明確

有些工程存在施工安全管理責任不明確的現象，個別項目甚至沒有專職安全管理人員。對此，相關部門要建立健全管理體系與管理制度，做到認識、管理、責任“三到位”，確保人人負責的管理體系落實到位，明確各個施工環節中的安全管理責任。

3.2 相關技術措施落不到實處

很多管理者并沒有意識到安全施工的重要性，導致很多安全施工的相關技術措施落不到實處，為施工人員的人身安全埋下巨大的隱患，對此，管理者首先要意識到安全施工的重要性，從工程施工的實際情況出發，結合施工環境、工期與方法等做全套的安全防護措施，并確保安全防護措施落實到位。

4 鐵路隧道軟弱圍巖施工安全控制措施

4.1 超前支護

淺埋段超前支護主要有管棚、超前小導管等超前支護措施。超前支護措施主要起棚架作用，同時超前支護注漿主要是固結圍巖，也就是開挖爆破造成圍巖破碎、擾動的松動圈，使松動圈固結成一個弧形的穹窿結構體，和超前小導管或棚架一起形成抵抗圍巖變形，消除圍巖應力變形的結構體。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，泌水容易對泥巖形成侵蝕，同時對泥巖本身會造成軟化，巖層的層面及節理面易由于浸水而降低圍巖之間的相互支撐及層間粘結、摩擦力，對圍巖的穩定性不利，所以在注漿過程中嚴格按照配合比進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，一般采用長管棚進行超前支護。在長管棚施工過程中，一般要加大施工斷面做管棚工作室，而長管棚在曲線和變界面處施工困難，在施作長管棚時往往就出現沉降，有時這種沉降達到4～5mm，為彌補這些不足，實際施工時可采用雙排小導管技術，即在常規小導管的基礎上，再增加一排傾角30°～45°的小導管，通過雙排小導管注漿，使開挖面外側形成比單排小導管注漿厚的土體加固層。實踐證明，這種新型預加固技術可以有效控制沉降變形。

4.2 合理優化開挖技術方案

在選擇開挖工法時，掌握每種方法的優缺點和適用條件是非常必要的，應根據不同的圍巖等級，工期要求、初期支護等具體情況，采用不同的開挖方法，如針對Ⅰ、Ⅱ級圍巖，可采用全斷面開挖法，對于Ⅲ、Ⅳ級及以上圍巖，開挖中應用的方法有臺階法、雙側壁導坑法、中隔壁法、交叉中隔壁法等。

4.3 圍巖監控量測

在隧道淺埋段的施工過程中，監控量測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、砂巖的地質及結構特性、層間粘結力的缺失導致局部尤其在拱部、拱腰會有小的掉塊，產生階梯狀的錯臺，這樣可能導致局部的應力集中，發生圍巖變形，破壞初期支護，所以在拱部設置圍巖下沉觀測標進行觀測;拱腰、邊墻設置圍巖收斂觀測標進行檢測，必要時在拱腳處也要設置圍巖收斂觀測標進行觀測。當發現觀測數據出現異常時，一是對初期支護進行肉眼觀察，看是否有開裂、掉塊等異常現象，以辨別圍巖的穩定性。二是加密觀測頻率，確認觀測數據的準確性及圍巖變化的速率，來判別圍巖的穩定情況。觀測標的埋設要注意埋設的位置準確性，埋設深度一般保證在0.5～1m的深度。

4.4 不斷完善超前地質預報工作

在隧道施工期間，難免會出現一些異常狀況，為了可以更好地記錄以及及時處理這一問題，在實際的施工過程中，應該對隧道掌子面以及初期支護的收斂或沉降情況進行監測，對掌子面前方圍巖開展超前地質探測。一般情況下，軟巖超前地質預報方式有很多，包括：超前鉆孔成像法、紅外探水法、地震雷達法等，其中，對于超前鉆孔成像法來說，其可以將后續施工時鉆孔的時間計算出來，并且可以對探孔進行仔細觀察，然后更加直觀地將掌子面前方幾十米內的圍巖情況合理反映出來，并在最短的時間內將軟基層以及富水段位置和范圍進行明確。由于這一方法的優勢比較大，因此，在軟弱圍巖地質預報中的應用非常廣泛。

5 結束語

綜上所述，在軟弱圍巖鐵路隧道開挖安全施工技術發展過程中，要對鐵路隧道工程的主要特征進行充分的了解，合理的應用施工方法與施工方案，在施工過程中每時每刻都要對工程進展進行監測與預估，并對風險進行判斷與預防，做到有效的降低風險、規避風險的目的，提高我國軟弱圍巖鐵路隧道開挖安全的施工技術水平。

參考文獻：

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