软弱围岩隧道变形特征与控制技术探究
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隧道软弱围岩变形施工控制探讨1 工程概况该研究选择某隧道工程作为研究对象,其长度为8845m。
隧道施工过程中,选择带有仰拱的曲墙复合式衬砌,配合实施喷锚支护;隧道进出口位置选择碎石铺道,其余隧道选择铺设整体道床。
地质勘察发现,隧道地层以石英云母片岩夹炭质片岩,分析发现,地质底层岩层的节理裂隙发育较好,而且岩层比较柔软,容易出现剥落情况,局部还存在一定的破碎夹层;分析还发现,隧道内围岩破碎,大多数都是炭质片岩,比较松散和破碎,容易出现塌方情况。
2 围岩大变形破坏特征与原因对隧道内部围岩情况进行全面观察和监测,结果显示,隧道内围岩存在较大变形,具体分析其变形特征及其内在原因。
(1)围岩变形严重。
监测结果显示,炭质片岩在隧道施工过程中一个月以内出现严重变化,其中水平收敛达到300~400mm,而拱顶下沉则达到150~200mm。
此外,还要部分炭质片岩部分地段含有丰富炭质,以及丰富的地下水,这种特殊的环境导致炭质片岩的变形非常严重,超出常规。
(2)围岩变形速度较快,而且变形速率很大。
在隧道施工过程中,监测结果显示,围岩每天的收敛达到30~50mm。
不仅如此,监测还发现,随着隧道施工的深入,围岩的变形也进一步加快。
部分地区围岩变形速度更快。
(3)围岩变形时间。
监测结果显示,隧道内部围岩的变形一般会持续很长时间,尤其是实施隧道开挖以后,形成了一个临空面,这种情况下围岩的变形往往持续达到几个月,部分地区实施二衬以后依然存在变形情况。
(4)围岩变形分布存在不均匀不对称的情况。
监测结果显示,隧道内围岩的变化普遍存在左右不对称和不均匀的情况,施工过程中,完成相关的支护措施以后,不同地区围岩的左右变形存在较大差异,分析结果显示,早期围岩的水平收敛速度和变形值明显大于拱顶下沉速度。
(5)蠕变加突变。
监测结果显示,针对隧道的初期支护完成以后,围岩变形虽然趋向平稳缓慢,但是后续各项施工的持续进行进一步加剧了围岩的变形,尤其是各种爆破施工带来的振动,以及其他施工内容,导致支护出现失衡并发生垮塌。
隧道软弱围岩大变形的施工控制技术交通隧道、水工隧道及其它地下工程穿越高地应力区以及遇到软弱围岩体,常导致软岩大变形等相关地质灾害.根据大量文献检索结果显示, 隧道工程围岩大变形已困扰地下工程界的一个重大问题.随着我国隧道工程以及地下工程的迅猛发展,其长大、深埋的特点日趋明显,而在一定的围岩地质和环境地质条件下等则往往易于发生围岩大变形等地质灾害.围岩大变形是一类危害程度大、整治费用高的地质灾害.目前正在施工的兰渝铁路木寨岭隧道也因围岩大变形不得不加强初期支护,增加工程的投入.1、隧道软弱围岩大变形的概述1.1软弱围岩大变形的定义关于围岩大变形,目前还没有形成一致的和明确的定义.有的学者提出根据围岩变形是否超出初期支护的预留变形量来定义大变形,即在隧道施工时,如果初期支护发生了大于25厘米(单线隧道)和 50厘米(双线隧道)的位移,则认为发生了大变形.然而也有的学者认为,不能从变形量的绝对值大小来定义大变形问题,具有显著的变形值是大变形问题的外在表现,其本质是由剪应力产生的岩体的剪切变形发生错动、断裂分离破坏,岩体将向地下空洞方向产生压挤推变形来定义大变形.1.2预防和控制软弱围岩大变形的施工措施要预防和控制隧道施工中软弱围岩的大变形,首先做好超前地质预报,选择相应的安全合理的施工方法和措施.在施工中始终遵循“先治水,管超前,短进尺,弱爆破,强支护,早封闭,勤量测”的21字方针.严格执行施工规范,强化施工工序标准化,依据超前地质预报,指导现场施工,严格支护措施.2、隧道软弱围岩大变形的施工控制技术本文以兰渝铁路木寨岭隧道为例,对隧道软弱围岩变形的形成及控制施工变形技术进行一些探讨.2.1工程概况木寨岭隧道位于甘肃省岷县进内,进出口高程为2549.88米和2390.94米木寨岭隧道为单线双洞隧道,全长19110米.木寨岭隧道地质条件极为复杂,洞身穿越木寨岭高山区,特殊不良地质有湿陷性黄土、滑坡、泥石流、岩堆、炭质板岩及断层.基岩节理、裂隙发育,有11条断层破碎带、3个背斜及2个向斜构造,属高地应力区.为极高风险隧道,是本标段控制性重点工程.气候属于高原性大陆气候,年平均日照时数2214.9小时,年平均气候4.9℃--7.0℃,年平均相对湿度68%,年平均无霜90-120天,年平均降水量596.5毫米,最热7月份平均气温16℃,最冷1月份平均气温-6.9℃.2.2隧道软弱围岩大变形的施工控制技术木寨岭隧道变形控制以支护结构的调整为主,在变形较为典型的7号斜井和正洞开展以拱架调整为主的分阶段支护参数现场试验以及应力释放等试验,并将优化后的支护参数应用于其它斜井施工中.同时,斜井变形段支护参数的优化结果也为正洞支护参数的选择提供了基础.(1)应力释放试验成果前期在7号斜井进行超前大钻孔和超前导洞应力释放试验.超前钻孔试验设计图和试验现场图片试验段与对比段监测数据(2) 正洞台阶法变形控制试验正洞超前导洞扩挖法试验位于正洞右线DYK188+045~ DYK188+075.三台阶法施工图片三台阶施工中台阶变形采用三台阶法施工时,平均拱顶下沉值为67.94米米,最大水平收敛为164.23米米,上、里 程 沉降终值(米米) 平均值(米米)水平收敛终值(米米) 平均值(米米)对比段斜8004951.7 195.06 237.71斜795 62 212.25 斜79044 305.83 超前钻孔试验段斜725 24 26.3 152.93 162.67斜720 29 182.49 斜71526152.58三台阶施工中台阶收敛值相对较大,施工效率约为 1.3米/d.通过台阶变形分析表明,上台阶施工是应力调整的主要阶段,施工中要防止发生上部坍方.在中台阶、下台阶施工过程中要加强锁脚锚杆的施做,仰拱快速闭合是控制变形的关键.各台阶施工变形分布平均比例中台阶开挖前 下台阶开挖前 仰拱开挖前 衬砌前拱顶 32.79% 35.60% 24.16% 7.45% 上台阶拱脚 57.67% 21.93% 16.14% 4.25% 中台阶 57.58% 39.74% 2.86% 下台阶98.34%1.66%(3)支护参数调整优化应用大战沟正洞段右线重庆方向支护参数应用:阶 段 第一阶段 第二阶段 第三阶段第四阶段里程 Dyk187+905~996 Dyk187+996~Dyk188+034 Dyk188+034~125 Dyk188+125~345 围岩情况二叠系下统板岩夹砂岩下统板岩夹砂岩夹灰质板岩二叠系下统板岩夹灰质板岩二叠系下统板岩 支护参数H175型钢拱架,间距0.5米/榀 超前导洞试验段H175型钢拱架,间距0.5米/榀 全环I20b 型钢拱架,间距0.8米 变形量(米米) 平均变形量330米米<160米米<130米米平均变形量345米米木寨岭隧道长度大、地质复杂、断面多,施工中面临的不确定因素多,为确保安全及施工的连续性,通过对木寨岭隧道已施工段落支护、变形进行分析总结,在前期支护参数的基础上,进一步优化木寨岭隧道软岩大变形段支护参数. (4) 工序化注浆的应用根据围岩开挖揭示,预判隧道可能出现变形的,在隧道开挖支护初期预施做注浆锚管.根据变形等级管理情况,当支护变形超过200米米,变形没有趋于收敛的情况下进行径向注浆加固.大战沟正洞右线重庆方向下台阶净空收敛群曲线图5010015020025030035040045050055010-6-1910-7-310-7-1710-7-3110-8-1410-8-2810-9-1110-9-2510-10-910-10-2310-11-610-11-2010-12-410-12-1811-1-111-1-1511-1-2911-2-1211-2-2611-3-1211-3-2611-4-911-4-2311-5-711-5-2111-6-411-6-18时间累计位移/m m第一阶段超前导洞第三阶段第四阶段(5)临时支撑的应用采取工序化注浆加固措施后,变形超过300米米,且仍没有收敛趋势,为了 保证支护结构和施工的安全,架设临时支撑,使变形速率迅速下降,也为初支仰拱施做提供安全保证.同时,二衬仰拱施做完成后,根据二衬施做长度,拆除相应长度的临时支撑,也保证了 初期支护不侵限.通过对以H175、I20b 型钢拱架为主的支护参数在正洞的应用,结合地质条件的变化,适度调整间距;根据变形情况,适时进行工序化注浆、架设横撑等增强措施,保证支护参数的相对稳定性. 3结论:根据木寨岭高地应力炭质板岩特点,从地质预报、爆破优化、开挖、出渣运输、锚喷支护、二次衬砌以及施工组织等方面进行了 分析和总结,施工中遵循“加强支护,及时封闭,初期支护一次到位;杜绝拆换,减少套拱,二次支护适时施作”的原则,加强施工工艺控制,优化施工工法,使其有机结合,达到变形控制,合理组织劳动力,实现三台阶多工作面平行作业,DyK178+050~+040段临时横撑DyK178+020~+010段临时横撑 位移变形曲线图50100150200250300350051015202530354045日期位移(m m )DYK178+080-A DYK178+070-A DYK178+060-A DYK178+080-B DYK178+070-B DYK178+060-B提高了工效率,形成木寨岭高地应力软岩变形段快速施工技术.。
浅谈软弱围岩隧道变形施工控制技术摘要:隧道施工中的不良地质,尤其软弱围岩区段,大变形问题比较突出,本文结合某个软弱围岩隧道工程,对软弱围岩变形施工控制技术的特点进行分析,并从施工控制方面提出了软弱围岩隧道变形的施工控制技术,以供参考。
关键字:软弱围岩;隧道施工;控制技术1 引言随着国家经济发展的不断深化,近年来,在市政以及公路工程建设中,出现了越来越多的隧道工程,这其中一部分就是软弱围岩隧道。
考虑在施工时软弱围岩极易出现变形的状况,给我们广大的施工人员带来了一定的施工难度和施工风险,是什么导致了软弱围岩的变形,我们又该如何采取有效的措施进行预防和处理,是广大施工人员一直思考的问题,本文针对作者施工的软弱围岩隧道,进行分析总结,希望能够为广大施工人员提供一定的经验借鉴。
2工程概况下蒲岭隧道位于福建泉州境内,为双向六车道(上下行分离),左右洞长度均在700 m左右,隧道软弱围岩区段采用带仰拱的曲墙复合式衬砌。
隧道主要穿越以Ⅳ、V级围岩为主的软弱围岩,多为松散、破碎、风化的炭质片岩,以及花岗岩等,节理裂隙较发育,层间结合差,易剥落掉块,局部有破碎夹层,夹杂有石英岩脉侵入体,并伴有地下水渗流。
隧道埋深在27.0—89.0m之间,山体植被茂盛,地下水类型主要为风化岩基裂隙水和构造裂隙水。
工程在施工时,炭质片岩局部遇水成泥,岩体发生扭曲、揉皱的现象非常明显,加上节理裂隙的发育,以及地下水的渗流,岩体容易发生塌方,隧道围岩大变形破坏主要发生在此地段,。
3 软弱围岩变形的原因通过1年多的施工跟踪观测发现,一般随隧道的掘进,变形也随之加快,局部10d水平收敛超过220mm,30d累计变形量超过560mm。
隧道普遍存在左右侧变形不均匀和不对称现象,初期支护完成后,不同段落左右侧变形量不同;前期水平收敛速度和累计变形值均明显大于拱顶下沉,拱顶下沉一般累计205mm,水平收敛累计变形一般大于400mm;但后期出现拱顶下沉明显增大现象,下沉量达300-400mm,下沉速率达8-15mm/d。
隧道软弱围岩变形施工控制探讨隧道施工是一项复杂且有挑战性的工程,涉及各种地质条件和地形地貌。
隧道软弱围岩变形是隧道施工中常见的问题,会导致隧道的失稳和塌陷。
因此,对于隧道软弱围岩的变形进行有效的控制是非常重要的。
本文将讨论隧道软弱围岩变形施工控制的几个方面。
首先,介绍隧道软弱围岩变形的原因和类型。
然后,探讨如何选择合适的控制方法,包括地质预测和地质处理等。
最后,阐述应该如何建立有效的监测和控制体系,来持续地跟踪和管理隧道施工过程中的变形情况。
隧道软弱围岩变形的原因和类型隧道软弱围岩变形有几种原因,比如地质构造、水文地质、岩性等。
地质构造可能是引起软弱围岩变形的主要原因之一。
如断层、褶皱、岩片等都会造成软弱围岩的变形。
水文条件也是造成软弱围岩变形的一个重要因素。
地下水的压力和沉积物含水层的渗透都可能影响围岩的质量和稳定性。
岩性也会影响围岩的变形,一些类似泥岩和软岩结构比较松散,容易发生压缩、膨胀或采空塌陷等问题。
隧道软弱围岩变形的类型有: 挤压、膨胀、产生裂缝等。
挤压是软弱围岩在隧道施工过程中被挤压变形;膨胀是围岩在水分施工过程中产生的隆起变形。
产生裂缝会使软弱围岩失去强度,进而导致塌陷。
如何选择合适的控制方法为了控制隧道软弱围岩的变形,需要选用合适的控制方法。
在选择控制方法时,需要考虑一系列因素,如地质条件、施工方式和控制效果等方面。
地质预测是确保隧道施工安全的重要步骤。
预测地质条件的变化可以让工程团队准备好相应的措施。
例如,可以使用地震波传播、地球物理勘探等技术法来预测隧道遇到的地质情况。
预测后,可以灵活调整施工方案,以保证施工的正常进行。
地质处理是控制隧道软弱围岩变形的重要措施。
有许多种方法可以处理隧道围岩,如钻孔注浆、集料注浆、冻结法、加固墙等。
不同的地质条件和施工方式需要采用不同的方法。
例如,钻孔注浆和集料注浆适用于软土和黏土地层,冻结法和加固墙适用于较为坚固的地层。
应该如何建立有效的监测和控制体系建立有效的监测和控制体系是持续跟踪和管理隧道施工过程中的变形情况的重要手段。
公路隧道工程中软弱围岩施工技术研究公路隧道工程中,软弱围岩施工技术是一个非常重要的环节。
围岩的软弱性不仅会影响整个隧道的稳定性和安全性,还会导致施工难度加大、工期延误等问题。
因此,针对软弱围岩施工技术的研究和应用是非常必要的。
一、软弱围岩的特点软弱围岩通常指具有较大变形和弱结构的岩石和土层,包括软土、泥质页岩、致密卵石土等。
软弱围岩的特点主要有以下几点:1. 变形性大。
软弱围岩的本质特点就是变形大,容易发生滑移、泥石流等灾害,对隧道的安全稳定性造成极大威胁。
2. 破坏性强。
软弱围岩容易发生破坏,如裂缝、断层、岩层间隙等,进一步加剧了岩体的不稳定性。
3. 抗力较小。
软弱围岩的抗力一般较小,若盲目钻井或施工,易引起倒塌或坍塌。
针对软弱围岩的特点,必须采用科学的施工技术,确保施工的安全、高效、顺利。
软弱围岩施工技术的研究,主要包括以下几个方面:1. 掌握地质情况。
在开展软弱围岩施工之前,一定要充分掌握隧道所处地质环境的相关信息,了解地质体的性质、构造特点、裂隙分布等,作出详细的地质评价和稳定性分析,制定出科学的施工方案。
2. 选择合适的施工方法。
根据软弱围岩的特点和困难程度,选择合适的施工方法,如爆破法、钻孔爆破法、压制法等,使施工效率高、成本低、施工质量有保障。
3. 加强围岩加固。
在软弱围岩施工中,加强围岩的稳定性是非常重要的一环。
可以通过注浆、锚杆加固、土工合成材料加固等方式,加强围岩的梳理性,提高围岩的耐久性和稳定性。
4. 防止围岩坍塌。
在施工过程中,应采取适当的措施防止围岩的坍塌,如地面加固、地面冻结等。
这样可以有效减少围岩坍塌带来的负面影响,保证施工的顺利进行。
三、软弱围岩施工技术的应用软弱围岩施工技术的应用,可以大大降低隧道施工的难度和风险,确保隧道的安全、高效建设。
目前,软弱围岩施工技术已经在我国的一些隧道施工中得到了广泛应用,如以下两个案例:1. 大别山隧道。
大别山隧道全长约20公里,位于江西、湖南两省交界处。
隧道软弱围岩大变形的特征
隧道软弱围岩大变形的特征是指隧道挖掘过程中,围岩承受巨大应力作用而发生显著变形的现象。
隧道围岩的弱化、裂隙扩展和塌方等问题会给隧道工程带来一系列的安全和施工困难。
首先,软弱围岩往往具有较低的抗压强度和弹性模量,容易受到来自地表和隧道内部的荷载作用而产生挤压和变形。
在隧道开挖过程中,地下水压力和岩土层的自重会增加围岩的应力,进而导致围岩发生挤压和塑性变形。
其次,软弱围岩存在较多的裂隙和脆弱层,这些裂隙和层面往往会随着开挖过程中的排空和应力变化而扩展和切割。
裂隙的扩展会导致围岩的失稳和片状岩体的脱落,增加了隧道施工过程中的风险和困难。
此外,软弱围岩容易受到地下水的侵蚀和渗流的影响,加速了围岩的破坏和溶解。
软弱围岩的溶解和破坏会导致隧道周围地层的沉陷和沉降,进一步加剧了围岩的变形和不稳定。
针对软弱围岩大变形的特征,隧道工程中需要采取一系列的支护措施和加固措施,以确保隧道的安全和施工的顺利进行。
常见的支护手段包括锚杆、喷射混凝土封固、钢架支撑等,这些措施能够增加围岩的抗压强度和稳定性,防止围岩的进一步变形和破坏。
总之,隧道软弱围岩大变形的特征是指围岩在隧道开挖过程中由于应力作用而发生的显著变形现象。
了解这些特征对于隧道工程的施工和安全至关重要,同时采取适当的支护措施和加固措施能够有效减少软弱围岩带来的风险和困难。
软弱围岩隧道大变形机理及控制措施研究摘要: 软弱围岩大变形是隧道修建过程中常见的灾害。
本文结合青峰隧道工程,对软弱围岩隧道大变形施工处治技术进行分析,在分析大变形产生原因的基础上,提出合理的施工方法和处治措施,对软弱围岩隧道施工具有参考意义。
关键词:隧道、处理措施、大变形、软弱围岩Study on Mechanism and Treating Methods of Large Deformation of Tunnel in Soft Surrounding RockAbstract:The large deformationof soft rock tunnelconstructionisa commongeologicaldisasters. Combined with the Qingfeng tunnel, the reasons of large deformation were analysed. Feasible construction methods and techniques for soft rock tunnels are suggested which can be taken for reference by soft rock tunnel construction.Keywords: tunnel; treating methods; large deformation; soft rock1 引言随着我国高速公路的建设的快速发展,在山岭地区修建的公路隧道越来越多,我国在复杂的地质条件下的隧道修建技术也得到了飞速发展。
当隧道穿越高地应力、浅埋偏压区域以及软弱破碎围岩体时,易产生围岩大变形等相关地质灾害。
大变形的危害程度大,处治费用高且方法复杂,因此,针对实际工程准确分析大变形发生的机理,控制变形的进一步扩大,采取合适的处理方案解决初期支护变形过大的问题就显得尤为重要。
软弱围岩隧道变形控制施工工法软弱围岩隧道变形控制施工工法一、前言随着城市化进程加快,地下空间的需求越来越大,隧道的建设日益增多。
然而,许多地区的地质条件较差,围岩软弱,施工过程中易引发地质灾害。
为了解决软弱围岩隧道变形控制问题,开发出了一种针对该问题的施工工法。
二、工法特点软弱围岩隧道变形控制施工工法的特点如下:1. 利用预压材料控制围岩变形:在开挖过程中,通过向围岩施加预计控制应力,抑制围岩变形和失稳。
2. 采用衬砌技术:在隧道顶部和侧壁进行衬砌,加固围岩,提高隧道的稳定性。
3. 采用加固措施:通过加固措施,如注浆加固、预应力锚杆等,增强围岩的力学性能,减少变形。
三、适应范围软弱围岩隧道变形控制施工工法适用于软弱围岩地区的隧道建设,尤其适用于软弱围岩较为严重的地质条件下的隧道工程。
四、工艺原理这种施工工法的工艺原理是通过施加预计控制应力、衬砌技术和加固措施来控制软弱围岩隧道的变形。
预压材料应力能够使围岩形成较高的内摩擦力,增大围岩的稳定性。
衬砌技术可以有效地加固隧道的顶板和侧壁,提高整体的稳定性。
加固措施则可以增加围岩的抗变形能力,减少隧道的变形。
五、施工工艺1. 预压材料的施加:预压材料通常采用钢绞线或压裂灌浆等方式,通过施加预计控制应力来抑制围岩的变形。
2. 衬砌技术的应用:在隧道顶部和侧壁进行衬砌,可以通过使用混凝土、钢筋等材料来加固围岩,提高隧道的稳定性。
3. 加固措施的施工:采用注浆加固、预应力锚杆等措施,增强围岩的力学性能,减少围岩的变形。
六、劳动组织施工过程中需要合理安排工人的数量和分工,确保施工进度顺利进行。
根据施工工艺的要求,制定详细的劳动组织方案,确保施工的高效率和质量。
七、机具设备施工过程中需要使用各种机具设备,包括钢绞线预压机、混凝土搅拌机、注浆设备等。
这些机具设备具有一定的特点和使用方法,需要合理选择和操作。
八、质量控制为了保证施工过程中的质量达到设计要求,需要采取一系列的质量控制措施。
软弱围岩隧道大变形施工控制技术摘要:在我国西部山区,分布有大范围的软岩地层,其中千枚岩的分布极为广泛,如兰渝铁路线上的木寨岭隧道,318线上的鹧鸪山隧道以及在建的九绵高速等多条高速公路隧道等。
该类岩体具有强度低、性状差、遇水易软化等特点,加之穿越高地应力、高烈度区软岩隧道建设过程中大变形灾害问题凸显,严重危及了隧道施工安全。
因此,开展软弱围岩隧道施工技术与支护技术的深入探讨,对于保证工程施工的安全性与质量的来讲非常重要。
本文以白马隧道为例,通过对该隧道的施工总结分析了一套软岩大变形隧道施工控制方法,并进行了理论和实地测试,对其在变形地段中的运用进行了探讨。
关键词:软岩隧道;大变形;施工控制措施引言:当前,业界对软弱围岩隧道的受力机制和技术仍处在探索性和探索性试验中,对其进行大变形特性的分析和找出行之有效的防治技术是非常必要的。
根据隧道的实际监测和理论研究,对白马隧道的大变形进行了研究,并给出了相应的技术措施。
一、软弱围岩大变形控制理念(一)刚性控制采用刚性控制理念法,通过大钢拱架、大厚度喷射混凝土、超前大管棚、掌子面长锚等措施,采用“以刚克刚”的方法克服了隧道的围岩变形。
该技术主要用于在埋深浅、地应力较小的情况下,对围岩的变形进行了有效的处理。
适合于围岩破碎、力学性能较低、地表沉降和隧道变形要求较高的地区。
(二)柔性控制柔性控制理念主要是利用增大预留变形,使隧道产生位移,使围岩体的应力得到最大程度的缓解,从而使支护体的受力最小化。
其控制手段主要有分段综合控制、伸缩支护和多重支护等。
在地应力较小、埋深较小的情况下,采用刚性支撑理论进行围岩变形的方法是切实可行的。
但对于地下工程中的大深度和高地应力,宜采用柔性支护技术。
(三)刚柔结合控制理念刚柔结合的控制理念是以刚性的预支护法来有效地控制掘进过程中的围岩体的应力释放速率;采用柔性初期支护对早期隧道的早期变形进行了抑制,同时采取了超前和早期支护措施,使围岩的变形保持在一个较好的水平。
软弱围岩隧道施工技术探究近年来,我国交通建设取得了良好的成绩,有效的促进了城市经济的发展,缓解了城市交通的压力。
在道路工程施工中,隧道工程是其中难度较高的部分,尤其是对软弱围岩的处理,更是重中之重。
因此,必须做好相关技术的研究,控制好施工质量,才能有效的保证我国交通建设的施工质量。
标签:软弱围岩;隧道;技术;质量隧道工程开挖以后,地应力将会重新分布。
由于软岩强度低,对工程扰动特别敏感,在受拉或受压条件下将产生塑性区,使围岩和支护发生变形。
如果不采取相应的处理措施或者措施不当,就会造成初期支护变形侵限或者隧道坍塌等灾害性事故的发生。
一、软弱围岩隧道施工主要技术问题从隧道开挖后的围岩变形看,在软弱围岩中开挖,经常出现以下力学现象,如:1.拱顶崩塌;2.掌子面失稳;3.底鼓现象严重;4.长时间的持续变形,或变形不收敛;5.初期支护严重变异;6.在富水条件下出现异常涌水,围岩流失等。
综合上述,在软弱围岩地质条件下,其变形的终极结果是造成现掌子面崩塌、拱部坍塌以及各种异常现象。
二、软弱围岩隧道修建技术的发展方向软弱围岩隧道修建技术的发展方向主要有以下几点。
1.快速施工,开挖断面及时闭合隧道由于其特殊的施工作业环境,导致其施工速度缓慢,往往成为控制工期的关键工程,而软弱围岩隧道尤其如此。
因此,快速施工是软弱围岩隧道修建技术的发展目标。
这里所谓的快速施工,就是要求隧道开挖后的断面能够在尽可能短的时间内快速闭合。
因为软弱围岩的蠕变特性使其变形持续时间长,如果施工速度缓慢,支护形成封闭的时间长,就很容易出现大的变形,甚至过度松弛而塌方。
因此,快速施工是提高软弱围岩隧道稳定性的基本要求,也是软弱围岩隧道的施工原则。
2.新材料、新工艺、新技术、新机械的大量采用随着科学技术的不断发展,各种新材料、新工艺、新技术以及新机械不断应用到隧道施工中,特别是要针对开挖后隧道变形的特征,采用能够作业迅速、性能可靠、施工简易的新工艺、新技术,以便更加有利的控制软弱围岩隧道的变形,促进隧道施工技术的发展。
软弱围岩隧道台阶法施工中拱脚变形控制技术研究摘要:滇西南山区地质复杂,软弱围岩段落占隧道总体的比例较高,采用台阶法施工过程中,初支支护完成后,拱脚水平收敛表现尤为突出,因此,控制拱脚变形是软弱围岩大变形控制的关键技术之一,本文以大瑞铁路杉阳隧道工程实例,重点研究了软弱围岩隧道台阶法施工中拱脚变形控制技术要点。
关键词:软弱围岩;初期支护;拱脚变形控制技术一、拱脚变形控制技术研究的必要性杉阳隧道为单线铁路隧道,受小罗冲背斜影响,两台阶施工过程中多次发生拱脚沉降和水平收敛过大,根据现场监测量测结果分析,施工过程中拱脚水平收敛加大了初支背后松散体范围,导致初支承受承载力过大,加剧软弱围岩初支变形,因此有必要对拱脚部位的控制技术开展分析和研究。
二、杉阳隧道台阶法施工中拱脚变形主要原因分析1、地质条件差隧道工程为地下工程,在不同的岩性下施工,控制重点不同。
在滇西南山区,地质多为泥岩、砂岩,杉阳隧道软岩地段开挖揭示为泥岩夹砂岩,以泥岩为主,易风化、遇水成泥,岩体呈角砾状及片状,自稳定性差。
2、上台阶支护措施不够导致拱脚收敛杉阳隧道主要支护参数为:拱墙I18型钢钢架加强支护,锁脚锚杆采用Ф42无缝钢管,长4m/根,超前小导管采用Ф42无缝钢管,长3.5m/根,纵向间距2m/环;在施工过程中,上台阶开挖之后,地质岩石原有平衡被打破,在围岩应力的作用下,锁脚锚杆抗拉拔力不足,造成拱脚产生横向位移,发生拱脚收敛。
3、下台阶开挖扰动造成拱脚进一步收敛下台阶施工时,由于爆破扰动,造成上台阶拱脚围岩松动圈进一步加大,拱脚收敛会发生突变,下台阶拱架支立后,由于仰拱不能及时成环,围岩背后松动圈已经加大,且应力释放具有连续性,致使上台阶拱脚继续收敛,最大收敛变形可达160cm。
三、拱脚收敛变形控制措施通过现场实际踏勘、对围岩岩性进行剖析及以往施工经验总结,针对滇西南软性隧道拱脚变形总结出一套切实可行的控制措施,具体措施有:锁脚锚杆采用6m长φ25自进式锚杆并注浆,扩大拱脚支护及增设临时仰拱。
软弱围岩隧道变形特征与控制技术探究
发表时间:
2018-09-04T14:42:36.980Z 来源:《建筑学研究前沿》2018年第11期 作者: 徐向斌
[导读] 随着我国经济的快速发展和各项基础设施建设的不断推进,交通事业也取得较大进步。
中交第一公路工程局有限公司海外事业部
100024
摘要:文章重点分析软弱围岩隧道变形的机理,研究软弱围岩隧道工程出现变形问题的原因,并提出了隧道软弱围岩变形控制技术。
关键词:软弱围岩;隧道变形特征;控制技术
1引言
随着我国经济的快速发展和各项基础设施建设的不断推进,交通事业也取得较大进步。其中在公路、铁路以及地下工程中,隧道工程
数量逐渐增多且施工水平不断提高,但是在新建的隧道工程中,软弱围岩的隧道工程也占有较大的比例,增加了隧道工程施工的难度,如
果不对其变形特征进行研究,并采取相应的控制技术进行处理和控制,就容易引发地质灾害其其他对隧洞工程造成危害的问题,影响隧道
工程的施工质量和安全。
2软弱围岩隧道变形机理分析
2.1从岩体蠕变发展过程进行分析
在对具有软弱围岩性质的隧道工程进行施工过程中,引起围岩位移的重要因素就是在进行隧道开挖时导致软弱围岩具有流变的性质。
所以在对软弱围岩进行性能以及隧道变形机理分析时,除了需要对软弱围岩隧道的受力情况和稳定性进行分析之外,还需要对软弱围岩的
流变性进行分析。根据岩体蠕变的机理,其蠕变过程主要分为三个过程,分别为初始蠕变、等速蠕变和加速蠕变。在初始蠕变的过程中,
岩体蠕变的速度会逐渐变慢,此时的岩体变形问题则主要是以向开挖方向移动为特点,且移动的速度较慢。但是随着初始蠕变阶段的进
行,尤其是进行最后的初始蠕变阶段,这是的蠕变速度就会变得较为稳定,此时就会逐渐进入等速蠕变阶段。在此阶段中,蠕变速度保持
不变,但是随着时间的推移就会出现裂缝问题,且此裂缝会在此阶段中出现稳定的扩展现象。如果此扩展现象逐渐过渡到最后的加速蠕变
阶段,随着蠕变速度的不断增加,此裂缝也会加速扩展,直至出现围岩遭到破坏而出现失稳问题。
2.2从长期强度观点进行分析
根据上文分析围岩蠕变时会具有一定的流变属性,而随着岩体蠕变的不断进行,就会逐渐降低岩体的强度,所以岩体的强度与时间变
化存在某种关系。且经过试验以及实际施工证明,围岩的长期强度对其稳定性有着重要的作用。从长期强度的观点上进行分析,由于岩体
强度会随着时间的推移而逐渐降低,且岩体会遭到一定程度的破坏,所以说岩体蠕变时所出现的损伤则可以看作是变形损伤和时间损伤共
同作用的结果。其中,前者主要是岩体逐渐发生变形的过程中,会出现裂缝的不断扩展,从而导致围岩出现损伤的问题。而对于后者来
说,随着时间的推移,损伤问题会不断出现且不断加剧,从而对围岩的损伤也会不断增加。二者在不同的阶段表现出不同的特点,这主要
表现在当围岩内部的应力水平较低时,且通常比长期强度要低的多时,此时围岩所发生的损伤则主要是时间损伤,否则会出现蠕变变形量
增加速度较快的现象,即在加速蠕变阶段,此时则主要表现为变形损伤,最后会对围岩产生不可逆的破坏作用。
2.3从岩体能量释放角度进行分析
根据岩石的流变特征能够看出,岩体蠕变回弹能量会随着时间的推移而逐渐降低,即随着时间的推移而不断释放,且在进行隧道开挖
的初期其释放的速率较快,而到某一个时间段时,能量释放的速率就会逐渐减慢并趋于稳定。根据上文分析可知,整个能量释放速率变化
的点也就是等速蠕变和加速蠕变的分界点。根据岩体的蠕变特征,当围岩发生蠕变流动时会导致其内部出现新的裂纹且此裂纹会不断扩
展,此时会导致围岩强度较低,且长时间处于低于长期强度的现象,从而对围岩造成破坏。
3软弱围岩隧道工程变形原因分析
根据上文中介绍的软弱围岩隧道发生变形的机理,并结合工程实际可以得出,引起软弱围岩隧道工程发生变形的原因主要有地质方面
的原因、应力重分布的原因以及初期支护的设计存在问题等原因。对于隧道较深且岩质较软的软弱围岩,且构造也较为特殊也较为复杂,
内部容易出现较为严重的褶曲揉皱问题,且在发生岩体破碎的过程中,会在掌子面的开挖面上多个点中流出股状水,此时围岩在与水接触
之后就会编程松散的泥夹石,此种泥夹石则具有较差的稳定性和较快的后变形速度。
此外,对于岩层的产状倾角较大的软弱围岩情况,在进行掌子面开挖的过程中,其具有较差的稳定性,且开挖过程其对稳定性有较大
的破坏,所以会在开挖面或初期支护上产生较大的围岩压力。此时,随着围岩变形的逐渐增大,相应的吃起支护的压力也逐渐增大,当此
压力超出其承受能力范围时,就会发生变形开裂的问题。
对于应力重分布原因来说,由于在横洞进入正洞的挑顶施工时,经过多次的空间受力转换,喇叭口附近的洞身会出现不稳定的应力变
化问题,而在正洞开挖时,会在此对洞口的应力造成影响,使其更加复杂,并随着围岩巨大压力的释放导致其压力更大,出现再次变形的
危险。对于初期支护的设计问题来说,主要是由于初期支护的设计强度不足,以及预留变形量不足的问题。
4隧道软弱围岩变形控制技术
4.1提高对超前工作的重视
一般情况下,在软弱围岩隧道施工过程中,都会遇到隧道开挖揭示地质情况与工程设计提供的地质存在较大差异的状况。基于此,除
了需要在设计阶段加强地质勘察工作之外,还必须在施工阶段进行超前地质预报工作。之后还需按照超前地质预报设计方案的要求,对超
前地质预报中涉及的细则进行详细的编制,然后才可开展地质预报工作。同时,对于那些地质较为简单的地段,可以采用以地质编录为主
的途径进行相应的施工,并依据掌子面开挖揭示的地层岩性、地质构造以及节理裂缝发育情况等来分析与判断围岩的稳定性。而对于地质
较为复杂地段的施工,应在完成地质编录工作的情况下,进行物探超前地质预报,进而为之后勘察资料的对比与分析工作提供基础与便
利,最终实现提升预报质量与精度的目的。此外,对于那些特浅埋地质复杂地段,可通过水平钻孔等途径,明确掌子面前方地质情况,然
后采取合理的开挖方式来保证工程施工安全。
4.2重视超前预加固作用
一般来说,对于软弱围岩隧道变形,最主要的一个特征是掌子面纵向挤出变形大,基于此,应采用超前导管或是超前预注浆等适宜的
超前预加固控制变形技术,进而对掌子面前方先行位移情况进行有效的控制。同时,通过采取适宜的超前预加固控制变形技术,还能够对
隧道掌子面前方围岩变形情况进行有效的控制,进而避免发生掌子面坍塌现象。此外,对于断层破碎带以及软弱地层,尤其是在含有丰富
的水源时,必须要对围岩进行超前加固施工,进而改善地层,保证隧道施工的安全。
4.3选择合理的施工方法
选择适宜的软弱围岩隧道开挖施工方法能够更好的保护围岩,减少塑性区域范围,进而最大限度地发挥出围岩的自承载效果,最终对
围岩的变形量进行有效的控制。。基于此,应做好以下几方面的工作:①在选择现场施工方式时,应依据地质与地层加固的具体情况来确
定,并在实际施工过程中依据地质情况以及监控量测结果来及时的调整不合适的施工方法。②在采用爆破法掘进时,应全面掌握炮眼数
量、深度以及装药量,进而在提高爆破控制技术的前提下,尽量减少爆破对围岩造成的破坏。
4.4提高锚杆和钢架的承载力
高承载力锚杆在附着强度和抗剪强度方面比普通锚杆有较大的提高,能够有效地抑制掌子面后方的围岩变形。提高锚杆承载力的主要
措施有:将杆体设计为左旋无纵肋螺纹钢筋,杆体公称直径取
18~25mm,杆尾螺纹段采用滚压工艺加工。杆体形状设计应遵循3个原则:
合理孔径差、较高的锚固力以及增强杆体各个部位的强度。
钢架作为软弱围岩隧道初期支护的重要组成部分,能够在隧道开挖后及时提供支撑力,抑制围岩变形。提高钢架承载力的措施有:增
大钢架的强度和刚度;降低钢架间距;以高性能钢架取代普通钢架,且高性能钢架是今后软弱围岩隧道支护的发展方向。
4.5多重支护
对于多重支护控制变形技术,其主要是一种在隧道开挖时留出比一般值大一些的充分的变形富余量的技术,且对于随着隧道开挖产生
的应力释放围岩,其在此情况下会产生一定的变形,基于此,可在一定的变形量时施作第
1次支护,然后围岩变形还会继续发展,到一定变
形量值时施作第
2次支护;必要时可施作第3次支护,最终将变形控制在容许范围之内。该方法的特点是:不需要进行反复扩挖和反复支
护,就是说没有拆除顶替已经承载的支护构件和对围岩的多次扰动的问题。多重支护的基本理念是容许第
1次支护有损伤,设定的变形富余
量要比通常值大一些;第
2次支护应在第1次支护的变形达到一定程度后再施作。
5结语
隧道工程施工中软弱围岩的处理问题直接关系着工程施工的整体质量和安全,在从岩体蠕变发展过程、从长期强度观点、以及从岩体
能量释放角度对软弱围岩隧道变形机理进行分析之后,分析实际的隧道工程中出现变形的原因,并提出了要提高对超前地质预报工作以及
对超前预加固作用的重视,并且在关键环节中选择合理的施工方法、选择高性能的混凝土进行喷射、进行高承载力锚杆的设置、提高钢架
的承载力以及采用多重支护的方式等软弱围岩控制技术,做好其变形控制工作,提高隧道工程施工的质量和安全。
参考文献
[1]王德运. 隧道软弱围岩变形机制与控制技术研究[J]. 中国科技投资,2017(7).
[2]李亚波. 隧道软弱围岩变形机制与控制技术研究[J]. 科技展望,2017,27(5).