軟巖隧道施工

軟巖隧道(suìdào)施工共四十八頁工程軟巖軟巖分類軟巖隧道破壞機理軟巖隧道特點軟巖隧道變形破壞的主要特征軟巖隧道病害的原因簡述軟巖隧道設(shè)計與施工建議軟巖隧道支護對策防止(fángzhǐ)軟巖隧道病害方法軟巖隧道開挖方式共四十八頁工程(gōngchéng)軟巖是指在工程力作用下能產(chǎn)生(chǎnshēng)顯著塑性變形的工程巖體。隧道工程軟巖亦稱松軟巖層，不僅是指圍巖巖體松軟，而且指圍巖不穩(wěn)定或極不穩(wěn)定。軟巖是一種特殊的巖類，從巖石固有的特性來說，它具有軟的形態(tài)，而從工程應(yīng)用的觀點來看，它又是“弱”的，進入軟巖狀態(tài)的隧道，其強度特性、泥質(zhì)含量、結(jié)構(gòu)面特點及其塑性變形力學(xué)特點差異很大。共四十八頁軟巖分類(fēnlèi)軟巖可分為(fēnwéi)4大類：1、膨脹性軟巖2、高應(yīng)力軟巖3、節(jié)理化軟巖4、復(fù)合型軟巖共四十八頁軟巖隧道(suìdào)破壞機理在隧道開挖過程中，由于巖體的天然應(yīng)力平衡狀態(tài)遭到破壞，引起隧道周圍巖體的卸荷回彈和應(yīng)力重分布，當這種回彈應(yīng)力和重分布應(yīng)力超過圍巖強度所能承受的范圍(fànwéi)時，將造成巖體的失穩(wěn)破壞。共四十八頁軟巖隧道(suìdào)特點（1）承載力低、變形大（2）圍巖不穩(wěn)定（3）安全隱患大（4）變形速率大，收斂(shōuliǎn)時間長，變形控制難（5）運營病害嚴重（6）投資增加共四十八頁軟巖隧道(suìdào)開挖方法中隔壁（CD）法交叉(jiāochā)中隔壁（CRD法）雙側(cè)壁導(dǎo)坑法共四十八頁中隔壁法（CD法）左、右側(cè)各工作面每循環(huán)進尺不得超過設(shè)計一榀拱架距離，左、右側(cè)開挖完成后應(yīng)及時施作初期支護和中隔壁臨時支護。左右部上中臺階高度不大于3.5m，左右各臺階長度3-5m，左右兩側(cè)縱向距離小于1-2倍隧道直徑，且不大于15m。周邊輪廓應(yīng)盡量圓順，減少應(yīng)力集中。當開挖形成全斷面時，應(yīng)及時完成全斷面初期支護閉合。根據(jù)監(jiān)控量測信息，初期支護穩(wěn)定(wěndìng)后拆除中隔壁臨時支護，中隔壁的拆除應(yīng)滯后于仰拱，一次拆除長度不宜大于15m，并加強監(jiān)控量測，拆除后應(yīng)立即施作二次襯砌。應(yīng)配備適合導(dǎo)坑開挖的小型機械設(shè)備、機具，提高導(dǎo)坑開挖效率。共四十八頁共四十八頁共四十八頁共四十八頁交叉中隔壁法（CRD法）上臺階開挖循環(huán)進尺控制在1榀拱架距離內(nèi)，中下臺階控制在1-2榀拱架距離。上、中臺階高度控制為2.5m臺階長度為3-5m，左右兩側(cè)縱向距離宜小于1倍隧道洞涇。周邊輪廓(lúnkuò)應(yīng)盡量圓順，減小應(yīng)力集中。當開挖形成全斷面時，應(yīng)及時完成全斷面初期支護閉合。中隔壁臨時支護的拆除參照CD法。采用CRD法施工宜設(shè)置臨時仰拱，步步成環(huán)，開挖自上而下，交叉進行。共四十八頁共四十八頁共四十八頁共四十八頁雙側(cè)壁導(dǎo)坑法兩側(cè)壁導(dǎo)坑和中部上臺階每循環(huán)進尺控制在1榀拱架距離（0.5-0.75m）內(nèi)，下臺階可控制在兩榀拱架距離內(nèi)（1-1.5m）。側(cè)壁導(dǎo)坑形狀應(yīng)近于(jìnyú)橢圓形斷面，導(dǎo)坑斷面宜為正個斷面的1／3，導(dǎo)坑跨度不應(yīng)大于0.3倍隧道寬度；左右導(dǎo)坑施工時，前后錯開距離為10-15m，中間土體滯后側(cè)壁10-15m；左右部的臺階開挖高度不應(yīng)超過3.5m，臺階長度控制在2-3m，周邊輪廓應(yīng)盡量圓順，減小應(yīng)力集中。中隔壁臨時支護的拆除參照CD法相關(guān)要求。共四十八頁共四十八頁共四十八頁共四十八頁共四十八頁軟巖隧道變形破壞(pòhuài)的主要特征（1）軟巖隧道變形具有蠕變變形三階段(jiēduàn)的規(guī)律，并具有明顯的時間效應(yīng)（2）軟巖隧道多為環(huán)向受壓，且非對稱（3）軟巖隧道變形隨深度增加而增大（4）軟巖的失水和吸水均可造成軟巖發(fā)生膨脹變形破壞或泥化破壞（5）底板圍巖承載力不足造成隧道結(jié)構(gòu)整體沉降（6）支護時間不適宜，從而破壞隧道支護結(jié)構(gòu)共四十八頁軟巖隧道病害的原因(yuányīn)簡述內(nèi)在的地質(zhì)因素認識不全面（1）工程地質(zhì)對于軟巖大多數(shù)時候?qū)ζ鋸姸?、剛度、結(jié)構(gòu)面發(fā)育狀況和膠結(jié)程度比較重視，開挖方法和支護結(jié)構(gòu)多從這方面考慮，只顧及短期穩(wěn)定，往往忽視膠結(jié)物的性能、膨脹性礦物(kuàngwù)的含量等，這些均是軟巖隧道后期變形和造成隧道支護荷載劇增的內(nèi)在因素。（2）水文地質(zhì)水的影響包括圍巖固有含水、地下徑流水及工程用水，水是軟巖隧道變形、破壞之源，尤其是對膨脹巖。水不僅造成粘土質(zhì)巖的膨脹，同時降低巖石強度。共四十八頁外部因素考慮不周全隧道施工是連續(xù)不間斷持續(xù)推進(tuījìn)、鄰近隧道（左、右洞）大多同期施工等產(chǎn)生的擾動應(yīng)力、應(yīng)力重分布多次且持續(xù)時間較長、相互疊加等外部因素與圍巖固有的垂直應(yīng)力、構(gòu)造殘余應(yīng)力共同疊加對隧道變形影響更大。共四十八頁施工排水處理不當水是軟巖隧道變形、破壞之源，尤其是對膨脹巖。水不僅造成粘土質(zhì)巖的膨脹，同時降低巖石強度。施工時往往只是簡單的疏排，造成地下水通過圍巖裂隙流徑通道浸泡圍巖，同時施工水（如錨桿鉆孔(zuànkǒnɡ)水、其他排放水）和隧道底板、拱墻腳積水浸泡圍巖，使得圍巖膨脹、軟化、泥化。共四十八頁時空效應(yīng)作用時間因素流變是軟巖特性之一，隧道變形和時間密切相關(guān)。二襯開裂隧道均在初支未收斂時開始二襯，甚至在初支完成不足1周即施做二襯。步距：二襯與掌子面保持一定距離，一是給圍巖預(yù)留變形時間，二是減小掌子面爆破震動對二襯的不利影響，三是作業(yè)掌子面開挖(kāiwā)、支護作業(yè)空間的需要。共四十八頁超前預(yù)支護效果不好超前管棚間距過大或外插角控制不好，開挖時割除，造成圍巖變形、坍塌；超前小導(dǎo)管長度與開挖高度不匹配，巖土破裂線超出小導(dǎo)管支護長度，引起(yǐnqǐ)圍巖滑移變形；注漿固結(jié)圍巖未達到效果，開挖時圍巖變形或坍塌。共四十八頁初支背后(bèihòu)空隙未注漿回填初期支護背后脫空，圍巖與支護不密貼，不能共同承載，違背新奧法原理（圍巖與支護共同形成支護體、共同承載），造成圍巖無約束變形，使得松動圈（荷載體）加大，圍巖及支護變形破壞。共四十八頁初期支護未及時封閉無論是臺階法開挖還是CD法開挖或者雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖，初期支護都應(yīng)封閉成環(huán)，約束(yuēshù)變形，提高承載能力。若開口支護，支護腳必須有效鎖定，防止沉降或水平移動（內(nèi)移），從而約束(yuēshù)變形。共四十八頁不重視仰拱仰拱未設(shè)置與拱墻等強的初期支護及二次襯砌，在構(gòu)造應(yīng)力和邊墻重力應(yīng)力作用下隆起或破壞；仰拱與拱墻隨意連接，不能側(cè)墻剪應(yīng)力作用下位移(wèiyí)、破壞二襯；仰拱分幅施工，縱向施工縫未處理好，消弱承載力；仰拱基底應(yīng)力不滿足荷載要求，引起沉降。共四十八頁軟巖隧道(suìdào)設(shè)計與施工建議軟巖隧道支護原理根據(jù)軟巖的特性，考慮目前通行的新奧法施工原理，軟巖隧道支護依然應(yīng)充分利用和發(fā)揮自承能力。支護結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮以下一些因素：剛性支護與適度泄壓相結(jié)合必須改變傳統(tǒng)的單純提高支護剛度的思想，支護結(jié)構(gòu)及強度應(yīng)與加固圍巖、提高圍自承能力相結(jié)合，與圍巖變形及強度相匹配，單純提高支護剛度既不經(jīng)濟(jīngjì)也難以抵抗強大的地應(yīng)力荷載。共四十八頁卸壓、加固與支護相結(jié)合根據(jù)地質(zhì)結(jié)構(gòu)與構(gòu)造分析圍巖應(yīng)力的作用形態(tài)，找出主要影響應(yīng)力，統(tǒng)籌考慮.對高地應(yīng)力區(qū)，要卸得充分；對大變形區(qū)，要讓得適度；對松散破碎區(qū)，要注意整體加固；及時支護并非即刻(jíkè)支護，但對隧道圍巖整體要支護住共四十八頁堅持信息化指導(dǎo)必須(bìxū)進行圍巖變形量測、支護內(nèi)力監(jiān)測、圍巖應(yīng)力監(jiān)測，準確掌握圍巖及支護變形的活動狀態(tài)、受力狀態(tài)和穩(wěn)定情況，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果確定二次支護結(jié)構(gòu)的參數(shù)，確定補強時間，二襯時間和仰拱封閉時間共四十八頁軟巖隧道支護(zhīhù)對策根據(jù)現(xiàn)代巖石力學(xué)理論：隧道(suìdào)圍巖既是支護壓力的根源，又是抵抗平衡原巖應(yīng)力的承載體，而且是主要的承載結(jié)構(gòu)體。支護的作用在于維護和提高松動圍巖的殘余強度，充分發(fā)揮圍巖的承載能力。因此，在軟巖隧道(suìdào)支護中，要遵循以下幾方面原則：共四十八頁封閉巖面，維護和保持圍巖殘余強度隧道開挖后及時(jíshí)噴混凝土封閉巖面，防止水蝕、風(fēng)化，減少圍巖強度損失；采用利于保持圍巖強度的方法，如：光面爆破或非爆破開挖。共四十八頁采取技術(shù)措施，提高圍巖殘余強度（1）快速支護，促成圍巖二維應(yīng)力(yìnglì)盡快轉(zhuǎn)換成三維應(yīng)力(yìnglì)狀態(tài)，可有效提高圍巖殘余強度。（2）采用密布長錨桿將破碎圍巖錨固起來，恢復(fù)和提高破裂圍巖的殘余強度，形成具有較高承載能力和可塑性的錨固層。（3）隧道開挖后，洞內(nèi)徑向注漿加固圍巖，提高松動圈圍巖強度。（4）預(yù)注漿加固地層巖石強度，是淺埋和斷層破碎帶及未固結(jié)松散巖土提高強度及承載力最為有效的途徑。共四十八頁優(yōu)化技術(shù)方案，充分發(fā)揮圍巖承載能力（1）優(yōu)化隧道斷面。軟巖隧道中，圓形隧道支護結(jié)構(gòu)的承裁能力最大(均勻應(yīng)力場)，軟巖隧道斷面盡可能采用圓形斷面或近似圓形斷面，杜絕直墻斷面和無仰拱斷面。（2）支護結(jié)構(gòu)全斷面等強。軟巖隧道支護所承受的荷載主要是圍巖的變形壓力，它來自于隧道的四周，包括隧道底扳。支護結(jié)構(gòu)必須全周(quánzhōu)等強，否則任意薄弱環(huán)節(jié)（包括底板）都可能造成支護整體失敗。（3）初期支護適度柔性。軟巖隧道中，圍巖變形壓力是支護結(jié)構(gòu)的主要荷載，一般剛性支護難以抵抗強大的圍巖壓力而破壞，使圍巖處于事實上的無支護狀態(tài)。采用適度柔性的支護（如：錨網(wǎng)噴混凝土和可伸縮型鋼支架），可實現(xiàn)收縮讓壓，減少支護受力，讓圍巖發(fā)揮更大承載能力。共四十八頁(4)剛性二次襯砌提供最終支護體系，穩(wěn)定圍巖。軟巖隧道采用一次強阻力剛性支護來維護圍巖是不能成功的，應(yīng)在圍巖變形趨于穩(wěn)定后適時施做二次襯砌，給隧道圍巖提供最終支護強度和剛度，以保持隧道校長時間的穩(wěn)定性和安全儲備。（5）提高地基承載力，防止整體(zhěngtǐ)沉降。隧道及圍巖既是承載體也是荷載體，軟弱、可壓縮的軟弱地基（包括仰拱及墻腳）應(yīng)進行改良處理（如：注漿、管樁及其他改良方法），提高底板圍巖承載力，有效抑制整體(zhěngtǐ)沉降。共四十八頁防止軟巖隧道(suìdào)病害方法軟巖隧道施工方法選擇十分重要，甚至是隧道建設(shè)成敗的關(guān)鍵。軟巖隧道的施工技術(shù)方案、施工方法和施工組織管理應(yīng)遵循“保圍巖(wéiyán)、嚴控水、強基腳、穩(wěn)巖壁、早封閉、剛二襯、勤量測”的原則。共四十八頁施工方案(fāngàn)必須從維護圍巖穩(wěn)定出發(fā)（保圍巖）維護圍巖穩(wěn)定，保護圍巖殘余應(yīng)力和提高圍巖自身承載能力是新奧法的基本原理。具體可采取以下措施：（1）超前預(yù)支護（管超前）。根據(jù)圍巖的穩(wěn)定情況，采用管棚（洞口淺埋破碎段及斷層破碎帶）或小導(dǎo)管（一般軟巖段）或鋼插板（流沙、淤泥質(zhì)土或特別軟弱土層、沙層、黃土層、坍方處理）等手段對圍巖進行超前支護，可有效抑制開挖過程中圍巖的變形或坍塌，防止圍巖松動而降低強度及穩(wěn)定性。共四十八頁（2）注漿固結(jié)（嚴注漿）。大多數(shù)軟弱圍巖的結(jié)構(gòu)面間隙大，沙土、礫石土、角礫巖、強風(fēng)化巖粒和破碎帶孔隙率大、密實度差，這類圍巖自身強度和穩(wěn)定性極差，通過注漿充填和粘結(jié)，有利于圍巖整體化，可極大提高圍巖強度和承載力。淺埋段可從地表向下整體注漿固結(jié)；埋深較大段落可從洞內(nèi)采用帷幕注漿加固一定范圍(fànwéi)圍巖（一般不宜小于洞身輪廓外5m）；開挖時可基本穩(wěn)定段落可在初支后進行徑向注漿加固（一般不宜小于洞身輪廓外3m）；一般軟巖段應(yīng)對支護背后進行回填注漿，保證初支與圍巖密貼，共同受力。注漿材料可采用水泥砂漿（孔隙率較大）、水泥漿（孔隙率一般）、超細水泥漿（孔隙率很小）、水泥—水玻璃雙液漿（地下水豐富地段）。（3）弱爆破或非爆破開挖（少擾動）。采用光面爆破、微震松動爆破，有條件時采用機械挖掘，不得已時可采用人工挖掘，盡可能減少人為擾動圍巖。共四十八頁提高支護基腳牢固性是防止支護失效的基礎(chǔ)（強基腳）支護破壞往往是因為基腳不牢固在圍巖側(cè)壓力作用下內(nèi)移，在圍巖重力應(yīng)力作用下沉降，使得支護整體變形降效，甚至破壞失效，造成(zàochénɡ)圍巖大變形或失穩(wěn)坍塌。必須對支護金屬構(gòu)件或其他構(gòu)件的基腳鎖定，常用水平鎖腳錨桿或樹樁鎖腳錨桿將圍巖與支護牢固連接；基腳必須放置于未破壞或浸蝕的原巖上，并防止水浸泡；將基腳噴混凝土擴大（一般50cm）或大塊木板（混凝土板）塞墊是必要的；特別軟弱的土質(zhì)、流沙質(zhì)、斷層泥帶、飽和高液限全風(fēng)化巖土、采空區(qū)、下伏巖溶等仰拱基底應(yīng)預(yù)先進行基底處理（可改良土、可設(shè)置管樁、換填等）。共四十八頁開挖方法有利于墻壁及掌子面穩(wěn)定（穩(wěn)巖壁）軟巖失穩(wěn)很多時候是因為側(cè)壁及掌子面圍巖剪切滑移造成拱部及整體失穩(wěn)坍塌，不得忽視。對于大斷面可以采用微臺階法、臺階法、CD法、CRD法降低邊墻高度和洞室跨度，增加邊墻約束(yuēshù)；掌子面臺階長度與高度匹配（長度大于破裂面2～3m）；掌子面噴混凝土（5～10cm）臨時支護；邊墻支護強度與拱部等強。共四十八頁支護盡早封閉成環(huán)有利于結(jié)構(gòu)承載（早封閉）由于軟巖易風(fēng)化(fēnghuà)、變形快、來壓快，開挖后及時支護，仰拱盡早封閉成環(huán)；分部開挖應(yīng)設(shè)臨時仰拱封閉。拱墻初期支護及臨時仰拱應(yīng)與開挖同步，每循環(huán)封閉。仰拱及可略滯后開挖，但不宜大于30m，同時考慮變形情況必要時緊跟開挖面。共四十八頁二襯強度及剛度必須考慮承載（剛二襯）規(guī)范(guīfàn)規(guī)定的軟弱圍巖不收斂時及早二襯，針對圍巖的地質(zhì)情況應(yīng)甄別對待——二襯后變形能穩(wěn)定、二襯后繼續(xù)變形。軟巖僅靠初期支護是不能滿足抗壓要求，同時軟巖初支需要一定柔性滿足變形需求，加之軟巖的流變壓力，必須考慮二襯承受一定壓力，其強度和剛度應(yīng)滿足這種需求，一般應(yīng)考慮鋼筋混凝土，且全斷面等強（含仰拱）。二襯時間應(yīng)根據(jù)變形量測信息確定，正常收斂變形時，應(yīng)在基本趨于穩(wěn)定時二襯，減少二襯壓力；變形不收斂或異常突變時，應(yīng)立即進行加強的二襯，防止圍巖及初支過大變形破壞或失穩(wěn)坍塌共四十八頁加強量測，保證信息化建設(shè)管理（勤量測）監(jiān)控量測是新奧法的支柱之一，也是軟巖隧道施工管理的必須手段。通過(tōngguò)監(jiān)控量測及其數(shù)據(jù)分析，對隧道的變形及穩(wěn)定進行可靠判斷，根據(jù)量測結(jié)果確定支護參數(shù)，既保證安全又節(jié)省投資；根據(jù)變形監(jiān)測可預(yù)測坍方，及早采取措施，保證安全和質(zhì)量。施工期間因?qū)⒈O(jiān)控量測作為一道實實在在的工序來實施和管控。由于軟巖較硬巖的勻質(zhì)性更差，突變性更強，量測斷面布置需更密,一般考慮5～10m設(shè)一量測斷面，必要時可更密；量測應(yīng)及時（開挖后24h內(nèi)應(yīng)測得首次數(shù)據(jù)），頻率應(yīng)加大（未見穩(wěn)定趨勢時2次/d，收斂趨勢時1次/d），基本穩(wěn)定