隧道施工过程中极破碎围岩整治初步探究

随着我国社会主义经济建设的快速发展以及国民经济的稳步增长,铁路建设作为重中之重,显示出了它的重要地位。目前,我国的经济发展的一个特点就是发挥区域性优势、建立有特色的产业带及产业园区。而铁路交通是经济发展的重要命脉,在经济发展中占有着不可替代的重要地位。但是,在风化破碎相对比较严重的环境下,隧道的施工就会变得比较困难,所以,在浅埋断层极破碎围岩区域,采用预加固技术之前,必须要对隧道开挖工程施工过程中破碎围岩内部的应变场、应力场以及位移场的变化规律做系统的研究,然后综合考虑各种不同施工开挖方法的特点,最终选定合理的方案。

1破碎围岩的特点

由于强烈地质构造的运动而引起地层发生挤压、错位、揉皱、扭转作用,破坏了岩体的连续性遭,使岩块的尺度减小,而形成断层破碎带。

破碎地层的特点有:稳定性差、结构松散、胶结性弱、在施工过程中极容易发生坍塌,如有地下水则更严重。若在开挖的过程中破坏了岩体的原有应力平衡,如不及时采取有效地施工技术措施则可能导致隧道塌方,直接对施工人员的生命安全与施工设备造成了威胁,并且使工期延长。此外,在隧道埋深相对较浅的时候,开挖很难形成承载拱,地表的变形下沉可能会直达地表,因此,必须研究围岩的物理力学特性和破碎岩体间的胶结情况,采取必要且有效地加固手段,对确保隧道施工以及运营安全都起着至关重要的作用。

2破碎地层的分类

在断层破碎区域的地层中进行隧道施工时,首先必须从工程的特殊性角度入手,确定破碎围岩的力学性质。通常来说,隧道围岩的破碎程度可以直接反映出围岩的稳定性,围岩稳定性的主要影响因素可以归纳为两大类,第一类是和工程所在地地质环境相关的自然因素,决定了围岩质量;第二类是属于工程活动中的人为因素,包括了隧道的断面尺寸、形状和施工方法等。

从围岩稳定性的分级来说,通常以岩体的完整性或破碎程度来表示,直接反映了围岩受到地质构造影响的严重情况。坑道是否稳定主要是围岩的破碎程度起着主导作用,其围岩越破碎,则坑道开挖后围岩越容易失稳。判断围岩是否与破碎围岩和坑道的尺寸规模有关,一般相对裂隙间距在1/5～1/20的范围内属于破碎的,在小于1/20的范围内属于极易破碎的。

3隧道施工过程中极破碎围岩的常用措施

3.1 洞内静压注浆加固法(也叫地表静压注浆加固法)

静压注浆是在洞内或是在地表先用钻机把注浆管置入到地层的预设位置,然后利用注浆泵把浆液由注浆管注入或者渗透到隧道周边的地层孔隙中,使渗入的浆液凝固后把破碎围岩胶结成为一个整体,进而改善破碎围岩在物理力学方面的性能,并提高围岩的自稳能力。

静压注浆采用的浆液通常为水泥浆,通常用的浆液的水灰比大概在0.8∶1～1.2∶1之间,有时为了改善浆液性能而添加一些外加剂,例如:悬浮稳定剂(即氯化亚铁、膨润土)、早强剂(即工业氯化钙、三乙醇胺等)和速凝剂(即水玻璃)等。

静压注浆的优点是工艺简单、造价低和所用设备少,不足之处是难以人为的控制注浆加固范围和效果。

3.2 超前锚杆或者超前小钢管预支护法

(1)构造。沿着隧道开挖轮廓线的外侧,按一定的外插角,向开挖面的前方打入小钢管或是安装锚杆并注浆,形成了对前方破碎围岩的预加固(或预支护),在预加固的保护下进行开挖及支护等作业。

(2)性能、特性及适用性。超前锚杆或超前小钢管,是一种起到预支护作用的措施。此种超前预支护的整体刚度较小、柔性较大。它们都能够与系统锚杆焊接来增强其整体性,但当围岩应力偏大时,其后期的支护刚度就有些不够大。所以,这种超前支护主要适用围岩应力较小或是地下水比较少的软弱破碎围岩。

3.3 超前小导管注浆预加固法

(1)构造。沿着开挖轮廓线向开挖面的前方,按照一定的角度打入管壁带有小孔的小导管,然后按照一定的压力往管内压注能够起到胶凝作用的浆液,当浆液硬化后,隧道周边的围岩得到预加固,并且形成了一定厚度的加固圈。在其加固圈的保护下,可以安全的进行开挖作业。

(2)性能、特点及适用条件。浆液被超前压注至岩体的裂隙中并硬化后,它既可以把岩块或是颗粒胶结成一个整体,又起到了超前预支护的作用。而且,浆液还能充填裂隙,有效的阻隔地下水向坑道内部渗流,起到了防水与堵水的作用。这种超前小导管注浆预加固法适用于断层破碎带、自稳时间较短的砂层、软弱围岩浅埋地段、砂(砾)卵石层、地下水较多的软弱破碎围岩地段和处理塌方地段等。

超前小导管注浆只需要小型的机械,工艺简单,且容易操作,但有时不易保证小导管周边的注浆效果。

3.4 超前围岩深孔预注浆加固地层方法

超前围岩预注浆又称为深孔注浆或长孔注浆,是加固地层和封堵水源的一种方法。

(1)深孔预注浆的构造。

在特殊困难或是地下水特别丰富的地段,应采用超前围岩深孔预注浆(包括地表超前注浆、洞内围岩超前注浆和平导超前注浆),通过深孔预注浆后,就可以形范围比较大的且具有一定厚度的加固区,形成帷幕注浆。

(2)深孔预注浆的性能、特点及适用性。

超前围岩深孔预注浆主要是通过浆液压力,把软弱破碎围岩中的孔隙或缝隙用浆液充填和固结,通过挤压加固作用,而达到加固地层与堵水的效果。深孔预注浆法适用于自稳性能较弱的含水地质地段、软弱围岩和断层破碎带的加固,更加适用于地下水较多的地层和有压地下水中的加固与堵水,同时也很适用于在施工过程中需要采用大中型机械的方法。

超前围岩深孔注浆需要专用的注浆机械和钻孔机械。

4结语

破碎围岩地质在隧道工程施工中是比较常见的,如果对地质情况认识的不够,施工过程中工艺安排不恰当,就很容易造成塌方的后果,这样不但会造成比较严重的直接经济损失,还会给隧道施工带来不好的影响,增加施工的难度,严重的甚至会造成质量安全事故。所以隧道工程在破碎围岩地质区域的施工一定要制定安全、合理的施工方案,采取有效、积极的施工措施,以保证工程的施工质量,推动经济的发展。

参考文献

[1] 金国东,刘士锋.隧道施工过程中极破碎围岩整治初步探究[J].山西建筑,2012(2).

[2] 童志辉.浅埋软弱围岩隧道施工[J].铁道建筑,2002(6).