4隧道施工要点(四部分)

目录

第四部分保护围岩、控制围岩的松弛－软弱围岩 (1)

施工要点１.掌子面自稳性评价方法 (1)

施工要点２稳定掌子面的方法 (5)

施工要点３控制地层松弛的加固地层的方法 (10)

施工要点４.断面及时封闭（闭合） (20)

第四部分保护围岩、控制围岩的松弛－软弱围岩

软弱围岩的自支护能力是比较弱的，甚至没有自支护能力。因此，在软弱围岩中施工最重要的是：如何提高围岩的自支护能力，来保证开挖及后续作业的进行。

在软弱围岩中，提高围岩自支护能力的方法是很多的。根据国内外的施工经验，提高围岩自支护能力的基本方法是控制围岩的松弛、流失。其原则是：稳定掌子面、及时闭合和加固地层。具体的主要的方法可归纳如下.

1）稳定掌子面的方法

·正面喷混凝土和锚杆；

·超前支护；

·留核心土；

2）及时闭合的方法

·临时仰拱或底部横撑；

·加强基脚

·向底部地层注浆加固；

·底部锚杆；

·改变施工方法

3）加固地层

·注浆加固；

·超前支护；

·地表面加固

这些措施是综合的,是相互补充的,应视具体情况具体采用。

施工要点１·掌子面自稳性评价方法

日本根据近９０００个掌子面的数据，其中典型的崩塌事例列于表１。

表１掌子面崩塌的典型事例

掌子面的崩塌现象有如下的趋势

·在断层中崩塌规模，根据断层的程度可能产生小的崩塌，也可能出现很大规模的崩塌，视其破碎程度也可能出现一次，也可能出现多次；

·在互层围岩中，一般多是小规模的，例如第三纪的砂岩页岩互层，可能由于少量的涌水使固结度低的砂岩层流出，残留的泥岩也会呈块状剥落。崩塌的程度因砂岩的固结度、层理面间隔、层理面的固结度、砂岩层的滞水的水量、水压等而异。崩塌的时间多在涌水状况有急剧变化的时期发生。

·在强风化的围岩中，与破碎带的划分不明确，但会产生比较大的崩塌，有涌水时崩塌的规模会更大；

·在有层理面的容易崩塌的围岩中，会产生比较大和大规模的崩塌，根据层理面的强度、

涌水的状况，在几小时内就会产生多次崩塌，瞬时发生大规模崩塌的情况也不少。

·在砂层中，多发生比较小规模的和中等规模的崩塌。在没有涌水的砂砾层中，掌子面可能是自稳的，但会从拱顶发生小规模的掉落。

如何评价掌子面的稳定性，首先要明确影响掌子面稳定性的因素（指标）。表３列出有关评价掌子面稳定性的指标。

评价方法

（１）相对密度、细颗粒含有率的方法

对砂质围岩的掌子面自稳性的最简易的判断指标，如表５所示。

表５掌子面稳定性评价（砂质围岩）

根据统计，涌水的影响很大，一般说掌子面涌水量在１００（ｌ／ｍｉｎ）附近，可作

为稳定和流出的判断基准，在５００（ｌ／ｍｉｎ）以上几乎都是流出。

浅埋时，与深埋相比，主要是难以形成承载拱。同时，在这种情况下多数会有地形偏压、表层软弱堆积物、风化带等对隧道开挖有很大影响的特殊问题。为此，视地质条件会出现下沉急剧增大、地表开裂等变异，有时也会出现掌子面不稳定等现象。所以，在这种情况下，要采取掌子面稳定措施和控制地表下沉措施。

地表下沉与埋深有密切关系。埋深大时，在隧道横断面内形成了承载拱，开挖引起的下沉，局限在隧道周边，而埋深小时，没有形成承载拱，开挖下沉会直接达到地表面。

在这种情况下，埋深小的隧道，因不能期待形成承载拱，故为防止支护下沉、增强支承力而应采取必要的措施，并研究采用药液压注、垂直锚杆等辅助工法。

如图3所示，浅埋隧道的掌子面松弛将达到地表面，不仅在横断面方向形成不了承载拱，在纵向的掌子面前方也形成不了承载拱。

图3 埋深与隧道纵断面内的下沉

根据实测结果的分析，首先是接近掌子面前方的围岩急剧下沉，并向后方扩展，结果形成了图4所示的盆状的地表下沉。

此下沉槽的坡度是与围岩中发生的剪应变相对应的。超过此限界后，如图所示就会发生地表开裂。

施工要点２稳定掌子面的方法

在一开始我们就提出保护和爱护围岩是隧道施工的一个最重要的原则。但如何保护和爱护围岩，在软弱围岩中，就只有采用增强围岩自身支护能力的方法。目前的许多辅助工法就是为此而开发的。

下面用事例加以说明。

１－１稳定掌子面的方法

山岭隧道施工，如掌子面不稳定，施工是不可能的。近年，由于山岭隧道的增加，在自稳性差的围岩中施工的情况愈来愈多，因此，掌子面稳定问题就成为隧道开挖技术中的重要问题了。同时，掌子面自稳性与开挖断面的大小有密切关系，因此，开挖方法的选择，对选定稳定掌子面的辅助工法有很大的影响。根据地质条件，在掌子面不能获得稳定的情况，开挖要采用分割断面的方法或缩短一次开挖进尺。但有时就是分部开挖或缩短进尺也不能取得效果，而采用大断面开挖方法反而成功的情况也不少。这主要是因采用了各种辅助工法，提高了掌子面和拱顶的稳定性而取得的。

在土砂围岩和膨胀性围岩、破碎带中，确保掌子面的稳定性是至关重要的。方法有维护拱顶稳定的超前支护，维护掌子面正面稳定的正面锚杆和核心土，以及拱脚稳定的锁脚管等。

有代表性的稳定掌子面的辅助工法的分类列于表7。

表7 辅助工法的分类

工法

拱顶稳

定

掌子面稳

定

使用材料

工法说明图4 地表下沉与地表开裂

超前支护（超前

锚杆、小导管等）◎○

锚杆

小导管（注浆）

钢筋

采用锚杆等提高前方围岩约束的

方法

使用小导管注浆加固掌子面

插入角度：10～30；

超前支护（钢插板等）◎○

钢筋

钢背板

L型钢

在掌子面自稳性差的围岩中，喷混

凝土施工前有崩塌时，可采用此

法。

斜锚杆○○锚杆插入角度：45О～70О

短管棚◎○管棚在没有凝聚力的围岩中采用。管长：5～7m；

直径：小于45cm；

视情况可进行注浆。

正面喷混凝土◎喷混凝土提高掌子面正面的自稳性

正面锚杆◎锚杆

玻璃纤维锚杆

保持掌子面自稳性的方法

掌子面稳定性降低的原因，视围岩条件而异，在多数情况下，可考虑以下几点：

·凝聚力不足而崩塌（未固结围岩、裂隙性围岩）；

·因地下水而崩塌（未固结围岩、裂隙性围岩

·因强度不足产生大变形而崩塌（膨胀性围岩）。

此外，作为特殊情况，也有掌子面沿地质结构面挤出情况。

稳定掌子面的方法是在开挖作业之前，与掌子面前方一定范围内施工的，根据其功能的不同，可分为以下几种：

·提高构件的弯曲刚度支持围岩的（超前支护、短管棚等）；

·改良围岩的（注浆等）；

·发挥锚杆作用的（斜锚杆、正面锚杆等）；

·喷混凝土加强的等。

（1）超前支护

超前支护是使用锚杆、单一钢管、钢筋等，沿隧道外轮廓，以低角度打设方式的防止掉块的工法。是加固掌子面前方围岩、约束围岩的方法。也可加设插板防止掉块。超前支护，基本上是借助构件的抗弯刚度发挥作用的，因此，采用抗弯刚度大的构件是有利的。

·单管

用于没有凝聚力的围岩，防止拱顶松弛、崩落的情况。一般采用34～48mm的钢管，以30～60cm的间隔和5～30的仰角打入。打入长度一般为掘进进尺的2～3倍。

此法的主要问题是：在有砾石（孤石）或固结好的围岩中，应用困难。其次是钢管下方的围岩易崩落，超挖过大。为减少超挖，可减少打入角度，使钢管从支护构件中通过（图8）。