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摘要::隧道工程可以有效解决公路铁路在施工过程中遇到的阻碍,可以降低路线的长度,减少人们的出行时间,节约建设成本。但是,随着隧道工程的不断增加,复杂地质条件下的隧道工程逐渐增多,对隧道工程的质量造成了严重影响,隧道坍塌等事故时有发生,不仅导致资源的大量浪费,而且严重威胁人们的出行安全。因此,本文对复杂地质条件下铁路隧道施工技术进行了探讨。
关键词:复杂地质;铁路隧道;施工技术
中图分类号:TU74文献标识码: A
一、复杂地质条件对于隧道施工的影响
我国幅员辽阔,南北跨度大,地形地貌的形式多种多样,在道路施工过程中,经常会遇到自然因素的阻挡。为了节约成本,缩短距离,通常情况下都会采用隧道施工的形式。而这些地区多位于河流或山区附近,地质条件相对复杂,使得隧道的施工受到了一定的影响。从道路施工方面分析,复杂的地质条件主要分为两个方面:一方面,地区本身的地质条件较差,如岩层脆弱,容易崩塌;地壳运动活跃,影响地层稳定;岩溶地貌等。这些特殊的地质条件使得隧道在施工的过程中异常困难,或者难以开凿,或者容易出现地质灾害;另一方面,施工地段的地质环境特殊,如存在采空区、地下洞穴等,或者在城市下放通过时,容易与地下管线接触,威胁地表建筑的安全。因此,复杂的地质条件对于隧道工程的施工所产生的影响是十分巨大的,必须引起相关技术人员的重视。
二、复杂地质条件下铁路隧道施工技术
1、膨胀土围岩
膨胀土系指土中粘土矿物成分主要由亲水性矿物组成,同时具有吸水显著膨胀软化和失水收缩硬裂两种特性。穿过膨胀土地层的隧道,常常可以见到开挖后不久围岩因开挖而产生变形,或者因浸水而膨胀,或因风化而开裂等现象。使坑道的顶部及两侧向内挤入,底部膨起,随着时间的增长导致围岩失稳,支撑、衬砌变形和破坏。在膨胀土地层中开挖隧道,除了认真实施设计文件所提出的技术要求外,在施工过程中应对围岩压力及其流变情况进行充分的调查和量测,分析其变化规律。在施工中应以尽量减少对围岩产生扰动和防止水的浸湿为原则,所以宜采用无爆破掘进法,如采用掘进机、风镐、液压镐等开挖。在开挖过程中尽可能缩短围岩暴露时间,并及时衬砌,以尽快恢复洞壁因土体开挖而解除的部分围岩应力,减少围岩膨胀变形。开挖方法宜不分部或少分部,多采用正台阶法、侧壁导坑法和“眼镜法”。正台阶法适用于跨度小的隧道,它分部少,相互干扰小,且能较早地使支护(衬砌)闭合。侧壁导坑法和“眼镜法”较适用于跨度较大的隧道,它具有防止上半断面支护(衬砌)下沉的优点但全断面闭合时间较迟,必须注意防止边墙混凝土受压向隧道内挤。隧道开挖后,膨胀土围岩风干脱水或浸水,都将引起围岩体积变化,产生胀缩效应。因此,隧道开挖后及时喷射混凝土,封闭和支护围岩。在有地下水滲流的隧道,应采取切断水源并加强洞壁与坑道防、排水措施,防止施工积水对围岩的浸湿等。如局部渗流,可采用注浆堵水阻止地下水进入坑道或浸湿围岩。
2、松散地层
2.1超前支护
隧道开挖前,先向围岩内打入钎、管、板等构件,用以预先支护围岩,防止坑道掘进时岩体发生坍塌。
(1)超前锚杆或超前小钢管
采用这种方法是爆破前,将超前锚杆或小钢管打入掘进前方稳定的岩层内。末端支撑在拱部围岩内的悬吊锚杆或格栅拱支撑上。使其起到支护掘进进尺范围内拱部上方,有效地约束围岩在爆破后的一定时间内不发生松弛坍塌。超前锚杆宜采用早强型砂浆锚杆,以尽早发挥超前支护作用。
(2)超前管棚法
此法适用于围岩为砂粘土、粘砂土、亚粘土、粉砂、细砂、砂夹卵石夹粘土等非常散软、破碎的土壤,钻孔后极易塌孔的地层。在采用此法时,管棚长度应按地质情况选用,但应保证开挖后管棚有足够的超前长度。为增加管棚刚度,可在钢管内灌入混凝土或设置钢筋笼,注入水泥砂浆。于是在地层中建立起一个临时承载棚,在其防护下施工。
2.2超前小导管预注浆
超前小导管预注浆是沿开挖外轮廓线,以一定角度打入管壁带孔的小导管,并以一定压力向管内压注水泥或化学浆液的措施。它既能将洞周围岩体预加固,又能起超前预支护作用。此法适用于自稳时间很短的砂层、砂卵(砾)石层等松散地层施工。
2.3降水、堵水
在松散地层中含水,对隧道施工的危害极大。排除施工部位的地下水,有利于施工。降水、堵水的方法较多,如降水可在洞内或辅助坑道内井点降水。在埋深较浅的隧道中,可用深井泵降水,在洞外地面隧道两侧布点进行。在地下水丰富,而且排水条件或排水费用太高,经过技术、经济比选,可采用注浆堵水措施。注浆堵水又分地面预注浆和洞内开挖工作面预注浆。二者采用哪种方法,应根据隧道埋深、工程地质和水文地质情况,钻孔和压浆设备能力,以及技术、经济、工期等方面进行综合分析后采用。
3、石膏地层
3.1超短台阶开挖
穿越石膏地层采用超短台阶法开挖,条件许可时采用人工开挖或钻爆法结合人工开挖,实现“减少扰动、屏蔽环境、及时封闭”的膨胀性岩层隧道施工原则。
3.2加强初期支护
初期支护按“抗让结合、以抗为主、限制放压”的原则设置,按柔性、及时、多次的支护思路,将高强、早强、以及大变形材料和构件熔入初期支护之中,具体为沿隧道纵向每0.5m设1榀Φ150可缩钢管钢架,隧道拱部设Φ42超前注浆小导管(长3.5m,纵向间距2.0m/环,环向间距0.4m/根,前后环搭接长度不小于1.0m),除此之外,隧道拱墙还要采用自进式锚杆,仰拱采用中孔注浆锚杆,形成钢管钢架、超前注浆小导管、锚杆和喷混凝土的联合初期支护。
3.3加强排水和通风
严禁向掌子面洒水,注意排水工作,避免积水和漫流,保持围岩干燥;加强通风,降低洞内湿度和温度。
3.4采用椭园形衬砌结构
根据结构受力特性、使用空间要求和石膏遇水膨胀的特点,采用既能满足净空要求、又有较大承载能力的椭园形衬砌结构。
4、溶洞
溶洞是以岩溶水的溶蚀作用为主,间有潜蚀和机械塌陷作用而造成的基本水平方向延伸的通道。溶洞是岩溶现象的一种。岩溶是指可溶性岩层,如石灰岩、白云岩、白云质灰岩、石膏、岩盐等,受水的化学和机械作用产生沟槽、裂缝和空洞以及由于空洞的顶部塌落使地表产生陷穴、洼地等类现象和作用。我国石灰岩分布极广,常会遇到溶洞。因此,在这些地区修建隧道,必须予以注意。隧道通过岩溶区,应查明溶洞分布范围和类型,岩层的完整稳定程度、填充物和地下水情况,据以确定施工方法。对尚在发育或穿越暗河水囊等地质条件复杂的岩溶区,应查明情况审慎选定施工方案。对有可能发生突然大量涌水、流石流泥、崩坍落石等,必须事先制定措施,确保施工安全。隧道穿过岩溶区,如岩层比较完整、稳定,溶洞已停止发育,有比较坚实的填充,且地下水量小,可采用探孔或物探等方法,探明地质情况,如有变化便于采取相应的措施。如溶洞尚在发育或穿越暗河水囊等岩溶区时,则必须探明地下水量大小、水流方向等,先要解决施工中的排水问题,一般可采用平行导坑的施工方案,以超前钻探方法,向前掘进。当出现大量涌水、流石流泥、崩坍落石等情况时,平导可作为泄水通道,正洞堵塞时也可利用平导在前方开辟掘进工作面,不致正洞停工。岩溶地段隧道常用处理溶洞的方法,有“引、堵、越、绕”四种。
结束语
随着我国经济的快速发展,国家交通网络的逐步形成,铁路覆盖的面积也快速增长,而针对我国广袤的地理环境,对复杂地址条件下铁路隧道施工技术的分析讨论显得格外重要。这对我国的经济发展以及我国的社会建设有着积极重要的作用,对我国铁路道路的发展更是具有进步发展的意义。
参考文献
[1]孟凡军.复杂地质条件下铁路隧道施工技术研究[D].成都:西南交通大学,2007.
[2]方乐.试析复杂地质条件下铁路隧道施工技术[J].黑龙江科技信息,2009(20)
[3]董路钰.复杂地质条件下轨道交通隧道施工风险评估研究[D].重庆:重庆大学,2012.
关键词:复杂地质;铁路隧道;施工技术
中图分类号:TU74文献标识码: A
一、复杂地质条件对于隧道施工的影响
我国幅员辽阔,南北跨度大,地形地貌的形式多种多样,在道路施工过程中,经常会遇到自然因素的阻挡。为了节约成本,缩短距离,通常情况下都会采用隧道施工的形式。而这些地区多位于河流或山区附近,地质条件相对复杂,使得隧道的施工受到了一定的影响。从道路施工方面分析,复杂的地质条件主要分为两个方面:一方面,地区本身的地质条件较差,如岩层脆弱,容易崩塌;地壳运动活跃,影响地层稳定;岩溶地貌等。这些特殊的地质条件使得隧道在施工的过程中异常困难,或者难以开凿,或者容易出现地质灾害;另一方面,施工地段的地质环境特殊,如存在采空区、地下洞穴等,或者在城市下放通过时,容易与地下管线接触,威胁地表建筑的安全。因此,复杂的地质条件对于隧道工程的施工所产生的影响是十分巨大的,必须引起相关技术人员的重视。
二、复杂地质条件下铁路隧道施工技术
1、膨胀土围岩
膨胀土系指土中粘土矿物成分主要由亲水性矿物组成,同时具有吸水显著膨胀软化和失水收缩硬裂两种特性。穿过膨胀土地层的隧道,常常可以见到开挖后不久围岩因开挖而产生变形,或者因浸水而膨胀,或因风化而开裂等现象。使坑道的顶部及两侧向内挤入,底部膨起,随着时间的增长导致围岩失稳,支撑、衬砌变形和破坏。在膨胀土地层中开挖隧道,除了认真实施设计文件所提出的技术要求外,在施工过程中应对围岩压力及其流变情况进行充分的调查和量测,分析其变化规律。在施工中应以尽量减少对围岩产生扰动和防止水的浸湿为原则,所以宜采用无爆破掘进法,如采用掘进机、风镐、液压镐等开挖。在开挖过程中尽可能缩短围岩暴露时间,并及时衬砌,以尽快恢复洞壁因土体开挖而解除的部分围岩应力,减少围岩膨胀变形。开挖方法宜不分部或少分部,多采用正台阶法、侧壁导坑法和“眼镜法”。正台阶法适用于跨度小的隧道,它分部少,相互干扰小,且能较早地使支护(衬砌)闭合。侧壁导坑法和“眼镜法”较适用于跨度较大的隧道,它具有防止上半断面支护(衬砌)下沉的优点但全断面闭合时间较迟,必须注意防止边墙混凝土受压向隧道内挤。隧道开挖后,膨胀土围岩风干脱水或浸水,都将引起围岩体积变化,产生胀缩效应。因此,隧道开挖后及时喷射混凝土,封闭和支护围岩。在有地下水滲流的隧道,应采取切断水源并加强洞壁与坑道防、排水措施,防止施工积水对围岩的浸湿等。如局部渗流,可采用注浆堵水阻止地下水进入坑道或浸湿围岩。
2、松散地层
2.1超前支护
隧道开挖前,先向围岩内打入钎、管、板等构件,用以预先支护围岩,防止坑道掘进时岩体发生坍塌。
(1)超前锚杆或超前小钢管
采用这种方法是爆破前,将超前锚杆或小钢管打入掘进前方稳定的岩层内。末端支撑在拱部围岩内的悬吊锚杆或格栅拱支撑上。使其起到支护掘进进尺范围内拱部上方,有效地约束围岩在爆破后的一定时间内不发生松弛坍塌。超前锚杆宜采用早强型砂浆锚杆,以尽早发挥超前支护作用。
(2)超前管棚法
此法适用于围岩为砂粘土、粘砂土、亚粘土、粉砂、细砂、砂夹卵石夹粘土等非常散软、破碎的土壤,钻孔后极易塌孔的地层。在采用此法时,管棚长度应按地质情况选用,但应保证开挖后管棚有足够的超前长度。为增加管棚刚度,可在钢管内灌入混凝土或设置钢筋笼,注入水泥砂浆。于是在地层中建立起一个临时承载棚,在其防护下施工。
2.2超前小导管预注浆
超前小导管预注浆是沿开挖外轮廓线,以一定角度打入管壁带孔的小导管,并以一定压力向管内压注水泥或化学浆液的措施。它既能将洞周围岩体预加固,又能起超前预支护作用。此法适用于自稳时间很短的砂层、砂卵(砾)石层等松散地层施工。
2.3降水、堵水
在松散地层中含水,对隧道施工的危害极大。排除施工部位的地下水,有利于施工。降水、堵水的方法较多,如降水可在洞内或辅助坑道内井点降水。在埋深较浅的隧道中,可用深井泵降水,在洞外地面隧道两侧布点进行。在地下水丰富,而且排水条件或排水费用太高,经过技术、经济比选,可采用注浆堵水措施。注浆堵水又分地面预注浆和洞内开挖工作面预注浆。二者采用哪种方法,应根据隧道埋深、工程地质和水文地质情况,钻孔和压浆设备能力,以及技术、经济、工期等方面进行综合分析后采用。
3、石膏地层
3.1超短台阶开挖
穿越石膏地层采用超短台阶法开挖,条件许可时采用人工开挖或钻爆法结合人工开挖,实现“减少扰动、屏蔽环境、及时封闭”的膨胀性岩层隧道施工原则。
3.2加强初期支护
初期支护按“抗让结合、以抗为主、限制放压”的原则设置,按柔性、及时、多次的支护思路,将高强、早强、以及大变形材料和构件熔入初期支护之中,具体为沿隧道纵向每0.5m设1榀Φ150可缩钢管钢架,隧道拱部设Φ42超前注浆小导管(长3.5m,纵向间距2.0m/环,环向间距0.4m/根,前后环搭接长度不小于1.0m),除此之外,隧道拱墙还要采用自进式锚杆,仰拱采用中孔注浆锚杆,形成钢管钢架、超前注浆小导管、锚杆和喷混凝土的联合初期支护。
3.3加强排水和通风
严禁向掌子面洒水,注意排水工作,避免积水和漫流,保持围岩干燥;加强通风,降低洞内湿度和温度。
3.4采用椭园形衬砌结构
根据结构受力特性、使用空间要求和石膏遇水膨胀的特点,采用既能满足净空要求、又有较大承载能力的椭园形衬砌结构。
4、溶洞
溶洞是以岩溶水的溶蚀作用为主,间有潜蚀和机械塌陷作用而造成的基本水平方向延伸的通道。溶洞是岩溶现象的一种。岩溶是指可溶性岩层,如石灰岩、白云岩、白云质灰岩、石膏、岩盐等,受水的化学和机械作用产生沟槽、裂缝和空洞以及由于空洞的顶部塌落使地表产生陷穴、洼地等类现象和作用。我国石灰岩分布极广,常会遇到溶洞。因此,在这些地区修建隧道,必须予以注意。隧道通过岩溶区,应查明溶洞分布范围和类型,岩层的完整稳定程度、填充物和地下水情况,据以确定施工方法。对尚在发育或穿越暗河水囊等地质条件复杂的岩溶区,应查明情况审慎选定施工方案。对有可能发生突然大量涌水、流石流泥、崩坍落石等,必须事先制定措施,确保施工安全。隧道穿过岩溶区,如岩层比较完整、稳定,溶洞已停止发育,有比较坚实的填充,且地下水量小,可采用探孔或物探等方法,探明地质情况,如有变化便于采取相应的措施。如溶洞尚在发育或穿越暗河水囊等岩溶区时,则必须探明地下水量大小、水流方向等,先要解决施工中的排水问题,一般可采用平行导坑的施工方案,以超前钻探方法,向前掘进。当出现大量涌水、流石流泥、崩坍落石等情况时,平导可作为泄水通道,正洞堵塞时也可利用平导在前方开辟掘进工作面,不致正洞停工。岩溶地段隧道常用处理溶洞的方法,有“引、堵、越、绕”四种。
结束语
随着我国经济的快速发展,国家交通网络的逐步形成,铁路覆盖的面积也快速增长,而针对我国广袤的地理环境,对复杂地址条件下铁路隧道施工技术的分析讨论显得格外重要。这对我国的经济发展以及我国的社会建设有着积极重要的作用,对我国铁路道路的发展更是具有进步发展的意义。
参考文献
[1]孟凡军.复杂地质条件下铁路隧道施工技术研究[D].成都:西南交通大学,2007.
[2]方乐.试析复杂地质条件下铁路隧道施工技术[J].黑龙江科技信息,2009(20)
[3]董路钰.复杂地质条件下轨道交通隧道施工风险评估研究[D].重庆:重庆大学,2012.