谈软弱围岩铁路隧道开挖安全施工技术

谈软弱围岩铁路隧道开挖安全施工技术

王龙

中铁九局集团第三建设有限公司， 广东省 佛山市 528200

摘要：近年来我国的铁路隧道事业不断飞速发展，并且取得了显著的成效。隧道的使用主要针对一些山体较多的地区以及城市地下铁路的建设。在铁路隧道施工中，我们要采用合理的开挖技术，消除安全隐患，确保施工安全。对此，笔者将针对隧道力学为切入点做出如下研究。
        关键词：软弱围岩；铁路隧道；开挖；安全；施工技术

 1引言
        软弱围岩具有施工不稳定、力学性能差、变形不易控制等特征，在隧道工程施工中需要引起足够的重视。深埋的软弱围岩，由于周边围岩提供的拱形受力特点，软弱围岩的突出问题可以采用一定的措施进行控制，而如若软弱围岩同时属于浅埋特征时，大跨度隧道的施工条件则变得更加复杂，需要对浅埋隧道下的软弱围岩特性进行足够了解[1][2]，并制定相关的施工技术方案和措施，保证隧道施工的安全和稳定性能。

2软弱围岩的概述
        软弱围岩指的是一般存在于江河湖泊底部或溶洞内填充部分的岩石材料，这种岩石材料存在的地方具有稳定性差、易膨胀和形变的特点。作为存在其中的软弱危言，说明它的本身是具备一定的抗压能力的，那这种稳定作用可以使软弱威严在一定的程度上不受外界压力的干扰。但软弱无言的抗压能力是有限的一旦，一旦外界压力过大，达到稳定极限，软弱围岩回发生形变，最终难以恢复。因此采用软弱围岩作为隧道施工的材料，就要保证该岩石材料的支护工作做到位，否则就会大大降低隧道的抗压能力。软弱围岩隧道，如果缺乏较强的支护结构，容易在具有较大荷载是容易发生形变问题，导致软弱围岩隧道出现崩塌的事故。在实际的施工过程当中，考虑到软弱围岩具有本身的特性，相关施工团队必须在开始前做好相应的实地勘查准备，在控制好质量方面的同时也要提高软弱维延隧道建设的品质和效率，最重要的是要保证施工的安全性。

 3软弱围岩铁路隧道开挖安全施工技术

 3.1不断完善超前地质预报工作和监控测量技术
        在隧道施工期间，难免会出现一些异常状况，因此，为了可以更好地记录以及及时处理这一问题，在实际的施工过程中，应该对隧道掌子面以及初期支护的收敛或沉降情况进行监测，对掌子面前方围岩开展超前地质探测。针对这种情况，应用超前地质预报工作和监控测量技术。一般情况下，软岩超前地质预报方式有很多，包括：超前钻孔成像法、红外探水法、地震雷达法等，其中，对于超前钻孔成像法来说，其可以将后续施工时钻孔的时间计算出来，并且可以对探孔进行仔细观察，然后更加直观地将掌子面前方几十米内的围岩情况合理反映出来，并在最短的时间内将软基层以及富水段位置和范围进行明确。由于这一方法的优势比较大，因此，在软弱围岩地质预报中的应用非常广泛。
        针对软岩围岩量测技术而言，其应用的目的就是要确保量测断面间距跃5m。尤其是在接头法兰盘的位置，应该在上下位置适当地增加量测线。同时，针对每一天量测所得出的数据，应定期绘制时态曲线，并将其作为报告的分析参考。需要明确的是：在对数据进行分析的过程中，应对存在异常的数据进行及时的核对，如果隧道围岩收敛值约0.2mm/d，或在不良地质地段的隧道净空收敛速度约0.5mm/d，那么围岩就处于相对稳定的状态。而如果围岩拱顶沉降跃5mm/d，且累计变形已达到了100mm，那么就应该对测量工作进行调整，增加每天的测量次数，并暂停隧道工作面的相关施工，最后结合实际情况，制定科学且可行性较强的对策，以便可以有效提升施工的安全性以及稳固性。
        一般情况下，隧道围岩由于受到较大的拉应力，使拱顶围岩非常容易出现坍塌掉块的情况，所以，在该隧道施工过程中，应该不断强化掌子面的超前支护施工质量，加大对其安全性的检测力度，及时作出预判，然后结合具体情况，制定合理的施工安全预案及对策，保证最大程度地降低施工安全隐患。
          3.2优化开挖技术方案
        软弱围岩的围岩的等级主要为Ⅳ级和Ⅴ级，甚至Ⅵ级，采用的开挖方式主要为台阶法，此方法的应用优势体现在施工灵活方便，不仅可以有效的控制工程进度、降低施工成本，同时能保证施工安全。但是该方法也具有一定的局限性，主要是由于台阶接头法兰盘的增多，存在受力薄弱点，同时增长了初期支护成环的时间，同时由于台阶的存在，可能导致二衬，仰拱与工作之间的距离过大，超出安全距离。所以拱架加工安装时在尽量减少拱架接头的数量同时，接头位置要避开高受力点，通过监控量测动态观察，依据初支断面扫描，合理安排二衬时间，严格控制仰拱与掌子面距离在35m之内，二衬尽量紧跟工作面。同时台阶法施工时，要避免台阶两侧的对称开挖，严格用槽钢支垫拱脚，避免因为拱脚悬空造成的拱顶下沉，统筹考虑YT28型凿岩机的操作方便以及施工安全的因素，严格控制台阶的长度在3m~5m。如果在施工的过程中，安全距离不能进行严格的把控，就算围岩具有较强的稳定性，使用长台阶施工也无法确保工程效率、进度以及质量。断面较小并且围岩稳定的长大软岩隧道可以采取单臂掘进机开挖。掘进机的成本高，设计周期长，不宜用于短隧道，掘进机施工可以减除爆破品的使用，消除爆破带来的冲击力，减少了施工安全隐患。对围岩扰动损伤小，围岩几乎不产生松动，掉块，超欠挖较小，减轻支护的工作量，节约工序时间，加快施工进度。但是掘进机施工存在许多缺点，对地质的适应性受到限制，一旦围岩变硬，易损件成本较大，掘进速度也降低。并且掘进途中不易改变开挖尺寸和开挖断面形状，在加宽段，曲墙段施工时受限较大，掘进机自重较大，对支撑底硬度要求高，特别是在反坡排水隧道，一旦掌子面出水，工作面基底变软，容易造成掘进机下陷，影响掘进。同时掘进机施工不能及时施做超前支护，并属于全断面开挖，一旦出现拱顶不稳定出现掉块，不能及时进行处理，施工安全风险较大。综上所述，对于软岩容易变形的围岩隧道，能够根据不同的地质情况与施工特点，采取合理的开挖工法，满足施工要求。

3.3严格控制每循环开挖进尺
        目前，隧道的断面普遍较大，特别是双线铁路隧道，开挖截面面积均在150m2左右，不同的开挖进尺对隧道的沉降量有不同的影响，但均随着开挖进尺的加大而增大。软弱围岩隧道由于围岩自身的稳定性更差，更容易发生坍塌冒顶的事故，因此，在软岩隧道开挖过程中，要经常采取缩短开挖进尺、增加台阶数量的开挖方法，并在隧道掌子面及洞身采取各种辅助措施对围岩进行加固，切实控制隧道的沉降量，增加围岩自身的稳定性，保证隧道开挖安全进行。

4结论
        综上所述，在软弱围岩铁路隧道开完安全施工技术发展过程中，要对铁路隧道工程的主要特征进行充分的了解，合理的应用施工方法与施工方案，在施工过程中每时每刻都要对工程进展进行监测与预估，并对风险进行判断与预防，做到有效的降低风险、规避风险的目的，提高我国软弱围岩铁路隧道开挖安全的施工技术水平。
        参考文献：
        [1]陈军，杜守继，李迎九，张文波.软弱围岩隧道二次支护施作时机的数值模拟[A].第十届全国青年岩石力学与工程学术大会论文集[C].2019年.
        [2]陶波，伍法权，郭启良，郭改梅.高地应力作用下乌鞘岭深埋长隧道软弱围岩流变规律研究[A].2019年.
        [3]黄斌才.浅谈铁路隧道软弱围岩技术安全管理的研究[C].中铁十六局集团第一工程有限公司，《四川水泥》 2020.