论文部分内容阅读
摘要：铁路隧道修建中，软弱围岩施工是一大重难点，由于围岩自身的承载能力较差，抗压能力较弱，若支护不到位或是开挖施工方案选择不当，则极易出现变形问题，对安全生产和工程质量产生严重的影响，甚至引发塌方等事故，带来较大损失。基于此，本文将对软弱围岩铁路隧道开挖安全施工技术进行分析。
關键词：软弱围岩;铁路隧道;隧道开挖安全施工技术
1 铁路隧道软弱围岩
一般岩质软弱、承载力低、结构破碎节理裂隙发育的围岩被称为软弱围岩。软弱围岩有以下特点：一是岩体破碎且松散，粘结力差。通常为岩体或土层的全风化层、挤压破碎带等构造而成的围岩。这种性质的围岩，因为结构松散、破碎，岩体间粘结力差，在隧道开挖时，成拱能够依靠的只能是颗粒间的摩擦效应和微弱胶结作用，极不稳定，特别是在浅埋地段发生塌方冒顶事故的概率很高。二是强度低，遇水容易软化。这种性质的软弱围岩以页岩、泥岩、炭质岩、片岩等为代表，强度低、稳定性差，隧道开挖后岩层容易风化，遇水还会出现软化，在深埋地段会受到高应力影响容易发生塑性变形，形成洞室内挤。三是结构面软弱，容易滑塌，这种类型的软弱围岩在结构面切割影响大的块状岩体中比较常见，在开挖隧道时，结构面粘结强度低，周边岩体极其容易沿结构面产生滑塌等破坏现象。
2 影响安全施工技术的原因
第一是由于地质的复杂性导致自然风险与环境风险的大幅增加。每个地域的情况都是不尽相同的，水文条件也存在差异，这无疑为施工人员在软弱围岩铁路隧道开挖过程中增加了极大的阻碍。而在各种阻碍因素中，水文、地质条件可以说是最复杂的一种，也是最难以预测的。例如水位、水压、冲击力、土层的渗透量等，在很大程度上为施工埋下安全隐患且难以控制。
第二是由于隧道施工的工艺相对复杂，软弱围岩在很大程度上增大了隧道施工的复杂性和难度。在开挖施工过程中，施工的复杂性以及施工人员的流动性等都会不定时的发生变动，如果没有及时应对这种变动，或者选择不合理的应对方案，就很容易对整个施工过程产生负面影响，如施工过程中应用的新技术与新方案，如果这些新技术与新方案不能及时适应施工需求，就会提高施工风险的几率。
3 当前软弱围岩铁路隧道开挖安全施工存在的问题
3.1 施工安全管理责任不明确
有些工程存在施工安全管理责任不明确的现象，个别项目甚至没有专职安全管理人员。对此，相关部门要建立健全管理体系与管理制度，做到认识、管理、责任“三到位”，确保人人负责的管理体系落实到位，明确各个施工环节中的安全管理责任。
3.2 相关技术措施落不到实处
很多管理者并没有意识到安全施工的重要性，导致很多安全施工的相关技术措施落不到实处，为施工人员的人身安全埋下巨大的隐患，对此，管理者首先要意识到安全施工的重要性，从工程施工的实际情况出发，结合施工环境、工期与方法等做全套的安全防护措施，并确保安全防护措施落实到位。
4 铁路隧道软弱围岩施工安全控制措施
4.1 超前支护
浅埋段超前支护主要有管棚、超前小导管等超前支护措施。超前支护措施主要起棚架作用，同时超前支护注浆主要是固结围岩，也就是开挖爆破造成围岩破碎、扰动的松动圈，使松动圈固结成一个弧形的穹窿结构体，和超前小导管或棚架一起形成抵抗围岩变形，消除围岩应力变形的结构体。在泥岩注浆过程中，主要注意砂浆或水泥净浆的水灰比，水灰比过大，在注浆过程中容易形成泌水，泌水容易对泥岩形成侵蚀，同时对泥岩本身会造成软化，岩层的层面及节理面易由于浸水而降低围岩之间的相互支撑及层间粘结、摩擦力，对围岩的稳定性不利，所以在注浆过程中严格按照配合比进行注浆是保证注浆效果的前提。在隧道围岩极其破碎的情况下，一般采用长管棚进行超前支护。在长管棚施工过程中，一般要加大施工断面做管棚工作室，而长管棚在曲线和变界面处施工困难，在施作长管棚时往往就出现沉降，有时这种沉降达到4～5mm，为弥补这些不足，实际施工时可采用双排小导管技术，即在常规小导管的基础上，再增加一排倾角30°～45°的小导管，通过双排小导管注浆，使开挖面外侧形成比单排小导管注浆厚的土体加固层。实践证明，这种新型预加固技术可以有效控制沉降变形。
4.2 合理优化开挖技术方案
在选择开挖工法时，掌握每种方法的优缺点和适用条件是非常必要的，应根据不同的围岩等级，工期要求、初期支护等具体情况，采用不同的开挖方法，如针对Ⅰ、Ⅱ级围岩，可采用全断面开挖法，对于Ⅲ、Ⅳ级及以上围岩，开挖中应用的方法有台阶法、双侧壁导坑法、中隔壁法、交叉中隔壁法等。
4.3 围岩监控量测
在隧道浅埋段的施工过程中，监控量测是保证开挖段安全的重要措施和手段。在施工过程中，由于泥岩、砂岩的地质及结构特性、层间粘结力的缺失导致局部尤其在拱部、拱腰会有小的掉块，产生阶梯状的错台，这样可能导致局部的应力集中，发生围岩变形，破坏初期支护，所以在拱部设置围岩下沉观测标进行观测;拱腰、边墙设置围岩收敛观测标进行检测，必要时在拱脚处也要设置围岩收敛观测标进行观测。当发现观测数据出现异常时，一是对初期支护进行肉眼观察，看是否有开裂、掉块等异常现象，以辨别围岩的稳定性。二是加密观测频率，确认观测数据的准确性及围岩变化的速率，来判别围岩的稳定情况。观测标的埋设要注意埋设的位置准确性，埋设深度一般保证在0.5～1m的深度。
4.4 不断完善超前地质预报工作
在隧道施工期间，难免会出现一些异常状况，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。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。
5 结束语
综上所述，在软弱围岩铁路隧道开挖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]张丹春.谈软弱围岩铁路隧道开挖安全施工技术[J].工程建设与设计，2019（07）：265-266+269.
[2]刘相贞.谈软弱围岩铁路隧道开挖安全施工技术[J].门窗，2018（02）：67+69.
[3]宋子景.深埋软弱围岩大断面铁路隧道掌子面变形规律及控制技术研究[D].石家庄铁道大学，2016.
關键词：软弱围岩;铁路隧道;隧道开挖安全施工技术
1 铁路隧道软弱围岩
一般岩质软弱、承载力低、结构破碎节理裂隙发育的围岩被称为软弱围岩。软弱围岩有以下特点：一是岩体破碎且松散，粘结力差。通常为岩体或土层的全风化层、挤压破碎带等构造而成的围岩。这种性质的围岩，因为结构松散、破碎，岩体间粘结力差，在隧道开挖时，成拱能够依靠的只能是颗粒间的摩擦效应和微弱胶结作用，极不稳定，特别是在浅埋地段发生塌方冒顶事故的概率很高。二是强度低，遇水容易软化。这种性质的软弱围岩以页岩、泥岩、炭质岩、片岩等为代表，强度低、稳定性差，隧道开挖后岩层容易风化，遇水还会出现软化，在深埋地段会受到高应力影响容易发生塑性变形，形成洞室内挤。三是结构面软弱，容易滑塌，这种类型的软弱围岩在结构面切割影响大的块状岩体中比较常见，在开挖隧道时，结构面粘结强度低，周边岩体极其容易沿结构面产生滑塌等破坏现象。
2 影响安全施工技术的原因
第一是由于地质的复杂性导致自然风险与环境风险的大幅增加。每个地域的情况都是不尽相同的，水文条件也存在差异，这无疑为施工人员在软弱围岩铁路隧道开挖过程中增加了极大的阻碍。而在各种阻碍因素中，水文、地质条件可以说是最复杂的一种，也是最难以预测的。例如水位、水压、冲击力、土层的渗透量等，在很大程度上为施工埋下安全隐患且难以控制。
第二是由于隧道施工的工艺相对复杂，软弱围岩在很大程度上增大了隧道施工的复杂性和难度。在开挖施工过程中，施工的复杂性以及施工人员的流动性等都会不定时的发生变动，如果没有及时应对这种变动，或者选择不合理的应对方案，就很容易对整个施工过程产生负面影响，如施工过程中应用的新技术与新方案，如果这些新技术与新方案不能及时适应施工需求，就会提高施工风险的几率。
3 当前软弱围岩铁路隧道开挖安全施工存在的问题
3.1 施工安全管理责任不明确
有些工程存在施工安全管理责任不明确的现象，个别项目甚至没有专职安全管理人员。对此，相关部门要建立健全管理体系与管理制度，做到认识、管理、责任“三到位”，确保人人负责的管理体系落实到位，明确各个施工环节中的安全管理责任。
3.2 相关技术措施落不到实处
很多管理者并没有意识到安全施工的重要性，导致很多安全施工的相关技术措施落不到实处，为施工人员的人身安全埋下巨大的隐患，对此，管理者首先要意识到安全施工的重要性，从工程施工的实际情况出发，结合施工环境、工期与方法等做全套的安全防护措施，并确保安全防护措施落实到位。
4 铁路隧道软弱围岩施工安全控制措施
4.1 超前支护
浅埋段超前支护主要有管棚、超前小导管等超前支护措施。超前支护措施主要起棚架作用，同时超前支护注浆主要是固结围岩，也就是开挖爆破造成围岩破碎、扰动的松动圈，使松动圈固结成一个弧形的穹窿结构体，和超前小导管或棚架一起形成抵抗围岩变形，消除围岩应力变形的结构体。在泥岩注浆过程中，主要注意砂浆或水泥净浆的水灰比，水灰比过大，在注浆过程中容易形成泌水，泌水容易对泥岩形成侵蚀，同时对泥岩本身会造成软化，岩层的层面及节理面易由于浸水而降低围岩之间的相互支撑及层间粘结、摩擦力，对围岩的稳定性不利，所以在注浆过程中严格按照配合比进行注浆是保证注浆效果的前提。在隧道围岩极其破碎的情况下，一般采用长管棚进行超前支护。在长管棚施工过程中，一般要加大施工断面做管棚工作室，而长管棚在曲线和变界面处施工困难，在施作长管棚时往往就出现沉降，有时这种沉降达到4～5mm，为弥补这些不足，实际施工时可采用双排小导管技术，即在常规小导管的基础上，再增加一排倾角30°～45°的小导管，通过双排小导管注浆，使开挖面外侧形成比单排小导管注浆厚的土体加固层。实践证明，这种新型预加固技术可以有效控制沉降变形。
4.2 合理优化开挖技术方案
在选择开挖工法时，掌握每种方法的优缺点和适用条件是非常必要的，应根据不同的围岩等级，工期要求、初期支护等具体情况，采用不同的开挖方法，如针对Ⅰ、Ⅱ级围岩，可采用全断面开挖法，对于Ⅲ、Ⅳ级及以上围岩，开挖中应用的方法有台阶法、双侧壁导坑法、中隔壁法、交叉中隔壁法等。
4.3 围岩监控量测
在隧道浅埋段的施工过程中，监控量测是保证开挖段安全的重要措施和手段。在施工过程中，由于泥岩、砂岩的地质及结构特性、层间粘结力的缺失导致局部尤其在拱部、拱腰会有小的掉块，产生阶梯状的错台，这样可能导致局部的应力集中，发生围岩变形，破坏初期支护，所以在拱部设置围岩下沉观测标进行观测;拱腰、边墙设置围岩收敛观测标进行检测，必要时在拱脚处也要设置围岩收敛观测标进行观测。当发现观测数据出现异常时，一是对初期支护进行肉眼观察，看是否有开裂、掉块等异常现象，以辨别围岩的稳定性。二是加密观测频率，确认观测数据的准确性及围岩变化的速率，来判别围岩的稳定情况。观测标的埋设要注意埋设的位置准确性，埋设深度一般保证在0.5～1m的深度。
4.4 不断完善超前地质预报工作
在隧道施工期间，难免会出现一些异常状况，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。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。
5 结束语
综上所述，在软弱围岩铁路隧道开挖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]张丹春.谈软弱围岩铁路隧道开挖安全施工技术[J].工程建设与设计，2019（07）：265-266+269.
[2]刘相贞.谈软弱围岩铁路隧道开挖安全施工技术[J].门窗，2018（02）：67+69.
[3]宋子景.深埋软弱围岩大断面铁路隧道掌子面变形规律及控制技术研究[D].石家庄铁道大学，2016.