深埋单线铁路隧道软岩大变形快速施工技术研究

深埋单线铁路隧道软岩大变形快速施工技术研究

郝李军

中交路桥华南工程有限公司   贵州省黔南州   528400

摘要：在软岩隧道建设中，既要保证软岩隧道自身的安全，又要保证原有结构的表面安全。软岩隧道施工过程中，软岩围岩特有的技术机械属性及地质环境，是导致软岩隧道发生重大变形的重要原因，并对施工进度产生了很大的影响。目前，在部分铁路隧道施工过程中，由于地面高负荷作用，导致喷水混凝土产生开裂、剥落，造成初始支撑、钢架变形，同时对浇筑后的仰拱起起作用。隧洞区的原岩应力很大，主要受横向构造应力影响。施工期间，采取了超前地质预测与监测、超短工作台开挖，减少施工对围岩的扰动，合理预留变形，充分释放张力，加强支撑，提高仰板的刚性。

关键词：深埋单线；铁路隧道；软岩大变形

引言

当前，随着我国铁路高速发展的同时，隧道快速施工技术在我国的应用也日益广泛，同时也出现了一些较长的隧道。由于隧道在施工中出现了大量的变形，造成了支撑系统的开裂、坍塌和结构的破坏，对工程的工期和安全造成了很大的影响，同时也会增加工程造价。在深埋单线铁路隧道工程施工中，大量的围岩和早期支护喷浆混凝土发生了剥离和偏移，块体脱落，钢架扭曲，反拱用混凝土抬升，对工程造成了很大的影响。本文对隧道地应力、变形的成因进行了深入的分析，并根据现场的地质情况，提出了相应的技术措施，对其进行了有效的控制。

一、软岩大变形特点

第一，累积形变较大；一般 V型围岩的变形范围为10-15cm，而单线隧洞 V段的变形设计值为35 cm，尽管设计值已被扩大，但仍比实际变形小。单线隧道 V型软岩的实际变形量一般超过50 cm,60-80 cm的变形量是常见的，局部断面的变形超过100 cm。

第二，变形时间长。一般的围岩变形在15天以内，变形量在30天左右基本稳定（变形速度低于0.02 mm/d)，而在开挖30天以后，变形率仍然高于毫米。

第三，在开挖前期，土体发生了较大的变形。第1周的变形速度非常大，平均变形速度在30-35mm/d之间，在第二到第四周，变形速度在10-15mm/d之间，在一个月之后逐渐下降。

第四，在进行中、下台阶和仰拱开挖时，往往会出现一次间歇突变，日变形速度为20-35 mm/d。

第五，在大变形阶段（累积变形大于1000 mm）进行了改拱，再作初期的变形速率比换拱之前有了显著的降低，其速度基本上低于1 mm/d。

二、变形原因调查与分析

（一）施工扰动是变形的外因

在开挖之前，在三种不同的应力方向上，岩石在高土载荷作用下，达到了一个稳定的平衡。在隧洞开挖过程中，岩体原有的天然应力状态发生了变化，使其应力状况得到了再分配。其中一部分地应力以变形能的形式被释放，而另一部分向岩体内部迁移，导致了应力再分配，局部地区出现了应力集中，并在一定程度上进行了调节，以达到与目前的情况相适应的新的平衡状态。由于开采、放电等原因，隧道内的管壁极限压力明显减小，从而使管内应力集中，并使管壁的限值增大。

（二）不可忽视水的弱化作用

部分隧道施工前期出现支护开裂、反弧隆起等问题，地下水的分布情况明显优于不透水地段。水岩作用使围岩的受力性能下降，围岩的塑性变形、膨胀变形等外在条件得到改善，并在一定程度上加强了围岩对大变形的影响。隧道内的泥质泥岩在水中容易发生软化，其强度非常低下，从而使其发生较大的变形。在没有开采地下水的情况下，可以采取局部排水、堵塞等方法来降低水对岩体的破坏[1]。

三、软岩隧道掘进施工技术探讨

（一）软岩隧道掘进构造揭露前的施工技术探讨

在软岩路掘进构造暴露之前，应遵循施工工艺。在接近于含水构造物或疏松岩体的情况下，必须采取工作面的崩落法进行注浆，从而达到疏松岩体的固结和含水构造的阻塞作用，从而使节理能够到达疏松岩体和含水构造。当路面断面很大时，要对其周边的小孔进行挤压，并将其与周边的小孔间距保持在100mm到150mm之间。

（二）软岩隧道掘进构造揭露后的施工技术探讨

首先，当管道铺设时，管道的喷口必须伸入管道外部的构造内，通常在水泥砂浆停止后的7天内完成接缝止水和岩块的加固。使用水玻璃双液型泥浆，其配比为隧道开挖轮廓和淤泥扩散段2-3 m，以达到较好的堵漏效果。

其次，在巷道支护中，应首先进行初期支护，并合理地确定支护刚度，以保证支护的弹性，从而达到最大限度地控制支护的自持力，从而预防支护的支护效果，早期支护通常是以螺旋喷射混凝土支护为主，对软岩隧道，早期支护仅能在一定程度上加强围岩的自支持。为了保证铁路隧道的长期稳定性和安全性，必须进行二次支承。当路面变形稳定后，二次支护是最终的支护。二次支护通常有两种类型：螺旋喷射混凝土支护和拱形支护，使二次支护的持续时间取决于围岩的稳定性。当岩体较软时，支护方式无法满足支撑要求时，应采取复合支护措施。

四、软岩隧道施工技术要点分析

（一）明洞工程施工技术

在软岩隧道施工技术中，必须对地质条件、气象条件、地下水变化等环境因素进行分析，尤其是前斜面及周边地区的稳定性进行分析，以便了解岩体及其它安全隐患。同时，在软岩隧道建设前，必须先在拱顶半径120度处设置自推式锚索，之后才能进行人工挖掘。在明挖隧道工程中，通常采用外墙明挖的方式进行墙体、拱肋的施工，还应采取暗挖法进行内壁的开挖。同时，为了加固和保护墙体，必须采用混凝土喷射技术。在明挖隧道工程完工后，保证其安全、稳定，必须采取全断面施工法

[2]。

（二）超前小导管的施工技术

首先，制管。通常，前导管的管壁厚度在5mm左右，而外径在50mm左右。采用热轧无缝管。用传统的制造方法制成的小管子一般具有大约500cm的长度。该钢管的一边与钢制框架焊接，一边被加热，形成一个节段。当全部工作结束后，可以进行钻孔，也就是连接孔。第二，钻孔。钻进结构一定要有严格的规范和标准。钻孔位置确定后，必须严格按计划的周长距离进行设计。第三，导管注浆安装。在钻孔完成之后，可以用高压的气流来清洗这些孔，也就是可以把孔里的杂质吹出来。在小管安装完毕后，可以用水泵将淤泥注满。注浆时应注意到的压强。注浆必须严格遵守有关规范。在达到合适的压力水平后，应该连续工作15分钟，然后才能停下来。

（三）洞口施工技术

在进行洞口段的施工时，施工方要从上往下分层进行边坡和前斜坡，采用挖掘机进行机械作业，尽量避开爆破，保证不会影响到原有的土层；用铲子和推土机把洞口平整，并把它压实；在遇到较硬的岩石时，要采用手工钻孔进行爆破。自卸车是用来运送货物的。挖掘出来的土壤必须运到指定的废品区域。在开凿工程中，应充分考虑到隧道工程的实际情况，合理布置供水、供电系统、物料存放区域、机械停车场等。并确保边、前边坡的防护和侧边、前坡开挖达到设计的水平。对于边坡面和前坡面，采用注浆法和锚杆保护措施，为了避免由于雨水的渗入，造成围岩的风化和崩塌。在进入隧道前，必须对洞口的前、侧边进行涂料处理，坡度误差不超过5%；在开挖过程中，应严格控制岩体的爆破构造，避免采用集中药包法进行爆破，否则会对边坡的稳定产生不利的影响[3]。

（四）锚杆施工技术

在隧道工程中，锚索的施工是一个非常关键的工作，因此，必须引起各施工单位的注意。首先，锚杆钻孔施工，要求在预制场地里用石头凿，彻底清除杂质，锈，油和其它的杂质。其次，为了避免岩层对锚固工程的影响，应按照锚固工程的特殊要求进行清理。另外，需要事先做好装载和清理井眼。在其清洁程度达到锚固规范后，应将载荷推入孔洞，同时，由于外力太大，因此，推进力一定要被控制，才能不受变形、泄漏等问题影响。为了保证锚杆的抗拉强度，必须进行取样检验。

结语

总而言之，软岩隧道具有其特殊性，其施工工艺较复杂、难度较大，需要较高的施工工艺。在实际工程中，必须把握好软岩隧道的技术要点，以保证其施工质量。目前，通过对铁路隧道高土张力大变形软岩研究，部分已经超出了目前的围岩分级及支护标准，需要探讨软岩大变形隧道的施工技术，系统地分析、整理软岩大变形隧道的施工技术，并对软岩大变形隧道的施工技术进行了研究和总结，从而在同类隧道建设中起到带头作用。

参考文献：

[1] 孔超,张俊儒,王海彦,等. 深埋软岩大变形隧道支护变形特征及承载机理研究[J]. 中国铁道科学,2021,42(6):103-111.

[2] 蔡晓瑞. 深埋单线铁路隧道软岩大变形快速施工技术[J]. 四川水泥,2019(5):244.

[3] 吴佳欣,陈彦. 一般埋深条件下地质构造影响隧道软岩变形机理及对策[J]. 建筑技术开发,2020,47(6):126-128.