软弱围岩隧道
隧道软弱围岩和断裂带施工安全措施方案

隧道软弱围岩和断裂带施工安全措施方案隧道施工中遇到软弱围岩和断裂带是常见情况,这些地质条件都会给工程施工带来一定的危险性。
为了保障隧道施工的安全,必须采取相应安全措施。
本文将针对隧道软弱围岩和断裂带施工安全措施方案进行详细介绍。
一、软弱围岩施工安全措施方案1. 确定软弱围岩区域。
通过对隧道周边地质进行勘探,找出软弱围岩区域,以便在施工时有针对性地采取安全措施。
2. 加强支护。
软弱围岩容易发生塌方现象,因此,在施工时必须加强支护。
可以采用钢筋混凝土喷射支护、搭设钢架支撑等方式,以增强围岩的稳定性。
3. 加强测量监控。
通过安装位移仪、测斜仪等设备进行监控,随时掌握软弱围岩的变形情况,及时采取措施保证施工安全。
4. 确定安全堵头范围。
软弱围岩区域容易发生塌方、滑坡等安全事故,因此在施工前必须将安全堵头范围确定,并在该范围内采取相应的堵头措施。
5. 加强作业人员安全教育。
对于处在软弱围岩区域工作的人员,必须进行安全教育,提高其安全意识,同时配备必要的安全防护用具。
二、断裂带施工安全措施方案1. 确定断裂带位置。
通过勘探分析,确定断裂带的具体位置,以便在施工时采取相应的安全措施。
2. 加强围岩加固。
断裂带处的岩石往往较松散,容易发生崩落。
因此,在施工时,必须加强对岩石的加固,以增强其稳定性。
3. 加强支护。
有些断裂带比较深,施工时要加强支撑。
在深度较大的断裂带处,可以采用搭设钢架、钢筋混凝土衬砌等方式加强支护。
4. 及时排水。
一些断裂带处可能十分潮湿,需要进行排水处理,以防止水流侵蚀岩石,导致其稳定性下降。
5. 实施岩锚技术。
岩锚是一种固结性支撑技术,可以增强断裂带处的承载能力,提高其稳定性。
因此,在一些较深断裂带处可以采用岩锚技术进行支撑。
6. 加强作业人员安全教育。
由于断裂带处的岩石较松散,对施工人员的个人安全造成威胁,因此在施工前必须对所有人员进行安全教育,强化安全意识,安排必要的防护措施。
总之,在施工过程中遇到软弱围岩和断裂带,必须认真采取相应安全措施,以确保施工安全。
城市隧道大断面软弱围岩开挖施工工法

城市隧道大断面软弱围岩开挖施工工法城市隧道大断面软弱围岩开挖施工工法一、前言随着城市规划的不断发展,越来越多的大断面软弱围岩隧道需求出现。
然而,大断面软弱围岩对隧道施工提出了巨大的挑战,因此需要有一种专门的施工工法来应对这一问题。
本文将介绍一种适用于城市隧道大断面软弱围岩开挖施工的工法,该工法具有独特的特点和适应范围,并且经过实践验证,具有较高的可行性和可靠性。
二、工法特点这种工法的特点主要包括:高压注浆加固、分段开挖、快速支护和仪器监测系统。
采用高压注浆加固可以增强围岩的抗压和抗剪强度,提高其稳定性;分段开挖可以减小开挖面积,降低围岩的变形和应力集中程度;快速支护可以及时保护开挖面,防止围岩松动和坍塌;仪器监测系统可以实时监测围岩的变形和位移,及时调整施工工艺。
三、适应范围该工法适用于大断面软弱围岩的城市隧道开挖施工,可以在软弱围岩条件下保证施工的安全和稳定,适用于不同地质条件和复杂施工环境的隧道工程。
四、工艺原理该工法的实施原理是将高压注浆材料注入围岩中,通过固化增强围岩的抗压和抗剪强度,使其能够承受开挖引起的变形和应力。
在开挖过程中,采用分段开挖的方式,先开挖一部分围岩,然后及时进行支护,防止围岩的松动和坍塌。
同时,通过仪器监测系统对围岩的变形和位移进行监测,及时调整施工工艺,保证施工的安全和稳定。
五、施工工艺该工法的施工工艺包括:洞口处理、预制段安装、注浆加固、分段开挖、快速支护、边墙施工和仪器监测。
在施工过程中,首先对洞口进行处理,提高围岩的稳定性。
然后进行预制段的安装,通过高压注浆加固,增强围岩的力学性能。
接下来进行分段开挖,并及时进行快速支护,保护开挖面。
在开挖过程中,还需要进行边墙施工,保证施工的连续性。
最后,通过仪器监测系统对围岩的变形和位移进行实时监测,及时做出调整。
六、劳动组织该工法的劳动组织需要有一个合理的施工团队和管理体系。
施工团队需要具备丰富的隧道开挖经验和技术能力,能够熟练操作相关机具设备和使用工法所需的材料。
隧道软弱围岩的破坏过程浅析

隧道软弱围岩的破坏过程浅析一、三维地质力学模型试验内容(一)实验参数本文选取某隧道工程为试验背景,该隧道的主要特征是,穿过极破碎地层,薄片状岩层在节理表现上呈碎块状,并伴有少量裂隙出水现象,隧道开挖后,岩层粉末化。
同时,围岩岩体破碎完整性较差,还会在与水接触时松散软化,稳定性较差,容易发生坍塌。
本研究将所选取的隧道工程相关工程数值与相关规范进行对比,统计了该隧道软弱破碎围岩的基本物理力学参数:(二)模型初设选取尺寸为 2.0 m长×2.4 m宽×2.4 m高的三维三维地质力学模型,其应力相似比、几何相似比为1∶50。
使模型边界满足相关条件,在模型的中间位置进行开挖,其实际的开挖面积为110m2 ,为超大断面铁路隧道。
模拟试验的开挖长度为2米,由台阶法支护试验、全断面支护试验、全断面无支护试验以及掌子面保留超载段四个阶段组成。
四个阶段中按顺序依次开挖,有效进行超载破坏试验。
二、三维地质力学模型模拟材料选择模拟材料应该与实际的修筑情况较为相似,模拟材料包括锚杆、初喷混凝土等支护结构以及软弱破碎围岩所采用的材料。
(1)支护体系相似模拟材料尽可能通过相似材料的选用,避免出现混凝土与围岩间不良特殊效应,保障模拟试验与实际的隧道施工中混凝土初喷的原料情况相近。
因为实际的隧道施工混凝土的来源是爆破围岩碎石,可以选取C 2 5初喷混凝土,其抗拉强度、抗压强度以及弹性模量较为相似。
根据隧道刚度与面积要求,首先让聚四氟乙烯满足锚杆的基本物理条件要求,其次将胶结剂涂抹在聚四氟乙烯材料的表面,最终与黏结石、英砂共同完成围岩的模拟,这一过程有效实现锚杆模拟材料。
以初喷混凝土相似材料举例来说,其力学参数对比表如下:(2)软弱破碎围岩相似模拟材料本次三维试验的隧道,其主要的岩层构成为炭质千枚岩、上统千枚岩,整体岩质都较容易破碎,而且具有一定程度的流变性,即其岩层的状态容易受到外力的作用而改变。
根据这种情况,模拟试验可以采用重晶石粉、精铁粉、石英砂,结合以松香溶液胶结剂进行相似材料的配偶。
软岩隧道

第三章软岩隧道软岩隧道是指修建于软弱围岩中的隧道。
由于软岩具有强度低、变形大和遇水软化等特点,给隧道的设计和施工乃至衬砌结构的长期稳定带来了一定困难。
在隧道勘察设计阶段,由于不易把握软岩的物理力学性质和地应力水平,使隧道支护、衬砌的结构形式和设计参数经常不能与实际的工程条件相适应;在施工阶段,若施工方法或施工时机不当,则可能造成围岩变形失控或酿成塌方事故;软岩通常具有流变性,围岩中的应力及围岩作用给隧道结构的压力随时间而发展变化,随时间而不断增大的围岩压力对隧道结构的稳定不利。
鉴于软岩隧道工程的复杂性及软岩变形压力失控其后果的严重性,多年来工程界一直致力于软岩隧道的设计理论与施工方法的研究。
本章探讨软岩的分类、软岩围岩压力、软岩隧道设计、软岩隧道施工及软岩隧道施工监控等内容。
第一节软岩分类与性质软岩是指在工程力作用下能产生显著变形的工程岩体[1]。
研究软岩不仅要重视软岩的强度特性,而且还应重视软岩所承受的工程力的大小,从软岩的强度和工程力的对立统一关系中分析、把握软岩的相对性实质。
工程岩体是软岩隧道工程研究的主要对象,是隧道开挖扰动影响范围之内的岩体,包含岩块、结构面及其空间组合特征和赋存条件;隧道工程力是指作用在隧道工程岩体上的力的总和,它可以是重力、构造残余应力、水的作用力和工程扰动力以及膨胀应力等;显著变形是指超过了隧道设计允许的变形,该变形包含弹性变形、塑性变形、粘弹性变形,连续性变形和非连续性变形等,但以显著的塑性变形和非连续性变形为主。
软岩的软硬具有相对性,即取决于工程力与岩石强度的相互关系。
同种岩石,在较低工程力的作用下,可能表现出硬岩的变形特性,在较高工程力的作用下则可能表现为软岩的变形特性。
一、软岩的工程分类根据软岩的致软原因,可将软岩分为四类,如表3-1所示。
软岩分类表3-1程岩体,如工程中常见的泥岩等。
由于低应力软岩的显著特征是含有大量粘土矿物而具有膨胀性,故据其膨胀性大小又可分为强膨胀性软岩(自由膨胀变形>15%)、中膨胀性软岩(自由膨胀变形4%~10%)和弱膨胀性软岩(自由膨胀变形<9%)。
软弱围岩隧道安全施工要点

软弱围岩隧道安全施工要点引言软弱围岩是指在地下工程施工中遇到的,强度低、稳定性差的岩体。
软弱围岩隧道的施工对于保障工程的安全和质量至关重要。
本文将介绍软弱围岩隧道安全施工的要点,旨在提高施工人员的安全意识和施工质量。
施工前准备1.地质勘察:准确了解软弱围岩的地质特征和力学性质,提供科学的施工方案和安全措施。
2.施工方案:制定合理的施工方案,包括支护措施、爆破方案等,确保施工过程安全可控。
施工过程安全控制1.预支护:在施工前进行预支护措施,包括锚杆、喷射混凝土等,提高软弱围岩的支护能力。
2.开挖控制:采用适当的开挖方法,避免过度压实和挖掘过深,避免引起围岩塌方和地面沉陷。
3.通风排水:保持隧道内的空气流通和干燥,排除地下水,避免因积水和潮湿导致的围岩松软和不稳定。
4.安全监测:随时监测围岩的变形和裂缝情况,及时采取措施防止事故发生。
5.安全设施:建立完善的安全设施,包括警示标志、安全防护网、紧急避险通道等,确保施工现场人员的安全。
支护与加固措施1.锚杆支护:在软弱围岩中设置合理的锚杆支护体系,提高围岩的稳定性。
2.喷射混凝土:采用喷射混凝土增加围岩的强度和稳定性。
3.钢拱架支护:设置钢拱架等钢结构支护,增加围岩的承载能力。
4.土壤固化:采用灌浆、冻结等方法对软弱围岩进行固化处理,提高围岩的强度和稳定性。
事故预防和应急处理1.事故预防:加强安全教育培训,提高施工人员的安全意识和施工技能;充分了解预警信号,及时采取安全措施。
2.应急预案:制定详细的应急预案,包括灾害事故的识别、报警、疏散等步骤,确保施工人员的生命安全。
结论软弱围岩隧道的施工对于工程的安全和质量具有重要的影响。
本文介绍了软弱围岩隧道安全施工的要点,包括施工前的准备工作、施工过程的安全控制、支护与加固措施以及事故预防和应急处理。
只有加强安全意识,科学规范施工,才能保证软弱围岩隧道的施工质量和工程安全。
注意:以上文档仅供参考,具体操作须根据实际需要进行调整和变更。
第7部分-软弱围岩的隧道施工

2.斜锚杆 斜锚杆是作为支护结构的一部分轴力构件而发挥其作
用的,用以改善拱顶斜上方的围岩。多采用在易崩塌的围 岩中,作为支护拱顶的辅助方法。
斜锚杆通常与系统锚杆同时施工。向掌子面拱部的斜 上方,以50~80cm的间隔,在拱部60~100cm范围内,打入 异型钢筋,锚固材采用砂浆。锚杆长3~4m,仰角30~60 。 包括通常锚杆在内的锚杆实施例见图8。
(3)在强风化的围岩中,会产生比较大的崩塌,有涌水时 崩塌的规模会更大;
(4)在有层理面的容易崩塌的围岩中,会产生比较大规模 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。
(5)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。
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的 情况。 根据功能不同,稳定掌子面的方法可分为以下几种: • 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。
(5)水平高压旋喷法 在掌子面与隧道轴线平行, 用特殊机械钻孔, 同时向管 体内高压喷射水泥浆液, 形成 50~70cm的圆柱体的工法。 材料3天的强度可达8~10MPa, 改善围岩的效果很高。是改 善掌子面自稳性和控制地表下沉的较好的方法。但施工设 备多, 系统庞大。 (6)隔断墙法 一般作为止水的辅助工法采用, 但也有用于控制地表下 沉的对策而采用的。它可以降低开挖引起的地表下沉及其 向周围的传播。 在隧道两侧用刚性材料构筑地中墙, 用以隔断下沉向周 围的波及。施工时要注意地表条件的影响。
谈软弱围岩铁路隧道开挖安全施工技术

谈软弱围岩铁路隧道开挖安全施工技术随着隧道工程的不断发展,软弱围岩铁路隧道的开挖施工技术得到了日益广泛的应用。
然而,软弱围岩的存在也给隧道开挖带来了很多安全隐患,比如塌方、冒顶等问题。
因此,针对这些问题,软弱围岩铁路隧道开挖安全施工技术显得尤为重要。
软弱围岩指的是在开挖隧道时,对于硬度不足、致密度不高的地质体进行开挖施工,隧道围岩的稳定性受到影响的情况。
软弱围岩的存在给隧道开挖带来危害主要表现为以下几个方面:1. 塌方风险:软弱围岩通常是用边坡斜率过陡、采用开挖过浅的方法,也就是说,多为易塌、易发生坍塌意外的岩层,对隧道开挖带来了安全隐患。
2. 冒顶风险:软弱围岩的稳定性差,在隧道开挖中,容易发生突泥、突涌现象,严重影响隧道的开挖进度和施工效率。
3. 地面沉降风险:隧道开挖过程中,由于软弱围岩自身的强度不足,破坏了围岩的连续性,会导致上方地面沉降。
面对上述软弱围岩铁路隧道开挖的安全隐患,开挖施工技术也需要做出调整。
下面,我们将从几个方面介绍此类隧道施工的安全技术:1. 正确选择开挖方法和支护体系对于软弱围岩的开挖过程,需要合理地选择切削方法和支护体系。
针对该类隧道施工,一般采用拆分法、分段法、埋穴法等方法,以及衬砌、锚杆、钢支撑、注浆等支护体系,可以有效减少隧道安全风险。
2. 加强围岩预处理工作软弱围岩隧道的预处理工作非常重要。
目前,广泛采用的预处理方法有注浆加固、压实、冻结、松动注浆等等。
这些预处理工作可以在开挖前就将软弱围岩的强度提高,减少塌方、冒顶的风险,同时对后续的隧道施工工序也有着积极的作用。
3. 加强监测在软弱围岩的铁路隧道开挖中,监测工作是必不可少的。
在隧道开工前建立周全的监测系统,监测施工过程中的围岩稳定性、地表沉降、竖向变形等现象,及时进行控制和处理,确保施工安全。
4. 安全教育和培训工作对于从业人员,必须严格遵守施工规程和安全标准,做好着装和保护措施,同时进行相关的安全教育和培训工作,提高从业人员对于隧道施工安全的意识和素质。
软弱围岩隧道施工技术

频 ,封 闭环 形 成 的时 间 长 ,安 全 与 进 度 、进 度 与 质 量 的 矛 盾 突 出 。
3.软 弱围岩 的危害 软 弱围岩 的透 水性 能较差 、固结速 率缓 慢等特 点往 往会使施工工程 中的路面所具有 的稳定性和承载 性相 对较 差。一旦有较大 的负载外 力施加到路面 上时 ,很 容易对路 面 的质量 产生 较大 的影响 ,从 而危及 交通 安全 。除 此之 外 ,软 弱围岩所 带来 的危害还 会体 现在路堤滑坡和路基沉 降这两个 方面 。首先 ,由于软 弱围岩 自身透水性和固结速 率 的基 本特 点所 产生的影响 ,往往会导致公路的稳定性较 低 。尤其是在坡 度路面的施工建设中 ,不稳定 的软弱围岩 在 受到较大强度 的外力作用时随时都会发生滑坡 ,从而产 生 施 工 事 故 。 而 另 一 个 方 面 , 由于 软 弱 围 岩 的含 水 量 比较 大 ,而且其内部有着很多的微小间隙 ,以软弱 围岩 为基础 建设的路面承载力极为有限。而在施工过程 中难免会对 其 长 时 间 持 续 施 加 高 强 度 外 力 ,在 力 的作 用 下 很 容 易 发 生 路 基 沉 降 ,更 严 重 的 甚 至 会 导 致 路 面 坍 塌 断 裂 的后 果 。 而 这 也是绝大多数软弱围岩所带来的最为常见 的路面危害。
二 、软弱变形机制及控制原则 围岩 的变形机 制一般 有多种情 况和 多个方面 ,这主要 是 由岩石 的复 杂性决定 的 ,多数情况下变形机制主要可 以 分 为 以下 两 个 方面 。 1.材料 变形机制 当 围 岩 变 形 时 通 常 是 经 过 弹 性 变 形 、 塑 性 变形 及 黏 性 变形来 实现材 料变形的一系列过程 ,故材料变形主 要包括 这 3种 变形 。 2.岩 层 结 构 变形 层状围岩 的弯 曲变形 、软弱夹层 的挤 出变形、块状 围 岩的滚动变形 以及土砂 围岩 的挤密或者松 弛变形及结构面 的 滑 动 变 形 均 为 岩 层 结 构 变 形 的形 式 。
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软弱围岩隧道随着我国铁路路网的完善,建设标准的提高,特别是高速铁路和客运专线的大量修建,隧道建设规模和技术水平也踏上了一个新的台阶;然而,软弱围岩隧道坍方、作业人员伤亡等事故却时有发生,隧道建设的安全现状无法与当前的形势相适应。
从设计源头上解决当前软弱围岩隧道建设过程中存在的问题,是非常必要和及时的。
我国是世界铁路隧道大国。
据统计,截止目前,我国铁路隧道通车运营长度已达到6000公里,在建隧道约6600公里,规划设计长度约7600公里,预计到2020年,我国铁路隧道总长将达2万公里左右,位居世界第一。
我院承担的任务主要集中在西南山区,地形、地质条件复杂,一方面,隧道多;另一方面,隧道通过软弱围岩地段长,如:全长462km的成兰线,隧道长度就达到322km,隧线比70%,Ⅳ、Ⅴ级围岩的比重75%,且多为千枚岩、板岩等软弱围岩地层。
这些都从客观上增大了隧道设计在安全方面的风险。
半个多世纪来,我院在西南山区铁路隧道的建设中,既积累了一定的经验,也有不少教训和体会,根据会议安排,下面我就软弱围岩隧道工程设计方面做简要汇报,不妥之处,敬请领导批评指正。
一、软弱围岩主要工程地质特点软弱围岩一般是指岩质软弱、承载力低、节理裂隙发育、结构破碎的围岩,工程地质特点有:(1)岩体破碎松散、粘结力差:一般为土层、岩体全风化层、挤压破碎带等构成的围岩,由于结构破碎松散,岩体间的粘结力差,开挖洞室后,仅靠颗粒间的摩擦效应和微弱胶结作用成拱,这类岩体极不稳定,尤其是在浅埋地段容易发生坍塌冒顶。
(2)围岩强度低、遇水易软化:一般以页岩、泥岩、片岩、炭质岩、千枚岩等为代表的软质岩地层,由于其强度低、稳定性差,开挖暴露后易风化、遇水易软化,尤其是深埋地段受高应力影响容易发生塑性变形,造成洞室内挤。
(3)岩体结构面软弱、易滑塌:主要是存在于受结构面切割影响严重的块状岩体中,由于结构面的粘结强度较低,开挖后周边岩体极易沿结构面产生松弛、滑移和坠落等变形破坏现象。
(二)、软弱围岩的变形与破坏特征软弱围岩的工程地质性质决定了它在隧道工程中的变形特征,即开挖后自稳能力差,表现出“自稳时间短、易坍塌”的特征。
由于隧道的开挖,使先前支撑隧道洞身围岩被移走,洞壁临空;造成围岩应力进行重新调整,围岩与洞壁均向隧道净空方向变形。
这种变形由三部分组成:一是,隧道正前方掌子面的水平位移,表现为掌子面的水平鼓出;二是,掌子面前方围岩下沉,浅埋隧道表现为地表下沉,形成沉降槽;三是,刚开挖的隧道洞壁出现收敛变形,表现为拱顶下沉和边墙内移;图掌子面鼓出/地表沉降槽图拱顶下沉和边墙内移若这种变形不进行控制,则可能发生隧道坍方。
常见的隧道坍方类型可以归纳为两类:一是掌子面水平变形过大,发生掌子面挤出坍方;另一类是支护下沉过大,出现整体失稳坍方。
图掌子面挤出坍方图整体失稳坍方当隧道上部覆土较浅时,隧道内的变形可能发展到地表,引起地表变形开裂,甚至出现坍塌冒顶的情况。
这种坍方对隧道工程的建设和环境的危害性极大。
整体失稳坍方工程实例二、软弱围岩隧道潜在安全风险源针对软弱围岩隧道的支护变形、塌方等风险,从地质角度进行分析总结,其潜在安全风险源主要有6种情况:(1)软弱围岩浅埋、偏压软弱围岩浅埋地段,隧道施工时拱部一般难于成拱,在未采取足够措施前,软弱围岩浅埋隧道易发生局部塌方;软弱围岩偏压地段,隧道支护结构将承受显著的不对称荷载,施工期间易造成初期支护纵向开裂或错台,变形过大甚至塌方。
图地形引起的偏压图地质引起的偏压(2)土质隧道土质隧道强度低、自稳性差,与岩石隧道相比要承受更大的荷载,若初期支护强度不足,将导致变形大、严重时会出现局部坍塌等安全风险。
土质隧道塌方冒顶及洞内松散坍体3)大埋深软岩隧道在大埋深软岩地段,一般存在较高的地应力,由于软岩抗压强度低,开挖过程中洞壁岩体剥离,位移极为显著,变形持续时间长,隧底常出现隆起现象。
通过该段时,若支护不足,可能造成支护变形过度、侵限,甚至塌方等安全风险。
支护大变形严重侵入净空实例(4)断层破碎带由于断层上下两盘的相对运动,常使断层面附近岩石破碎成碎石和粉末状,形成断层破碎带,其岩体一般自稳性极差,且常伴有地下水,隧道通过断层破碎带时易发生塌方、掌子面突泥、突水等安全风险。
断层破碎带及塌方(5)结构面发育的块状岩体地段块状围岩的力学特性是岩石单体强度较高、承载力较高,但因结构面发育,受其切割制约,特别是在有地下水组合作用的条件下,岩体整体稳定性差,这类围岩隧道坍塌的特点是个别岩块失稳,造成较大范围岩块突然坍塌。
结构面发育坍塌岩块(6)不同岩层接触带地段由于不同岩层,岩性差异大,加之常伴有地下水,在接触面附近常发育有风化剥蚀面,岩体较为软弱、破碎,隧道通过时,在掌子面上方或前方,易发生塌方、涌泥等安全风险。
接触带塌方三、软弱围岩隧道设计(一)、软弱围岩隧道设计理论在隧道工程的设计与施工中,除了了解软弱围岩隧道“自稳差、易坍塌”的工程特点,还必须清楚地认识到隧道不同于地面建筑物的3个主要特点:(1)隧道是由围岩和多种支护结构两部分组成的,即:隧道= 围岩+ 支护围岩与支护共同承担山体的压力。
隧道工程的主要特点(1)隧道承受的压力具有不确定性。
(2)支护体系是控制围岩变形的关键。
为有效控制隧道工程安全风险,避免或减少坍方事故发生,应以“充分调动围岩的承载能力,有效控制围岩变形和松弛”为设计理念,按新奥法原理进行软弱围岩隧道设计。
(二)、隧道支护设计根据新奥法原理,软弱围岩隧道支护一般采用复合衬砌。
复合衬砌由初期支护、二次衬砌两部分组成。
隧道开挖后先实施喷射混凝土、锚杆、钢拱架等与围岩密贴的初期支护,约束围岩变形,并根据变形监控量测结果,适时施作二次衬砌。
图复合衬砌图1、初期支护设计初期支护是由喷射混凝土、锚杆、钢架组成的联合支护体系,是复合衬砌隧道的主要承载结构。
初期支护设计-喷射混凝土喷射混凝土的作用:喷混凝土能及时、有效地防止开挖面岩层的松散、离层和掉落,是有效地保护围岩、防止坍方的重要手段。
喷混凝土与围岩的粘附是发挥喷混凝土支护效果的保证,也是喷混凝土最主要的力学作用。
填充裂隙界面附着防掉块图喷射混凝土与围岩软弱围岩中喷混凝土设计及施工要点:(1)喷混凝土应具有必要的早期强度,以尽快对围岩提拱支承力,24小时抗压强度不应低于10MPa。
(2)喷混凝土应有足够的后期强度,强度等级不应低于C25。
(3)与围岩应具有足够的粘附强度,使喷混凝土与围岩尽快形成整体,阻止围岩松动下滑,与围岩的粘结强度不应低于0.5MPa。
(4)软弱围岩采用钢筋网喷混凝土,增强喷混凝土的抗剪强度、提高粘附性。
为达到设计目的,软弱围岩中喷混凝土施工要求做到:(1)喷混凝土应采用湿喷工艺,湿喷法其喷射混合料进入喷射机前已经按规定加入水拌合均匀,因此较干喷工艺具有水灰比能准确控制,利于水泥的水化,施工粉尘小,回弹少,混凝土均质性好,强度高的优点。
(2)喷混凝土必须与岩面密贴,不可有空洞,以保证良好的共同受力状态(3)喷混凝土必须快速、及时施作。
初期支护设计-锚杆锚杆作为初期支护的另一主要构件,设计施工中是必不可少的,特别是在软弱围岩中,其对围岩的加固作用十分明显。
1)软弱围岩中锚杆的作用在软弱围岩中单凭喷射混凝土往往难以抵抗围岩的巨大形变压力,不能有效地保证支护的可靠性。
在这种情况下,需要将喷射混凝土与锚杆联合使用,并把锚杆作为主要的支护措施。
软弱围岩中锚杆的主要作用是通过形成具有一定厚度的“加固圈”来“加固围岩”。
“加固圈”承担外层围岩传来的荷载,使得最后传到喷射混凝土层的荷载大为减小。
锚杆对围岩的加固是通过锚杆周围的水泥砂浆与围岩的粘结力来实现的,因此需保证锚固可靠,且锚杆垫板必须与岩面紧贴。
2)软弱围岩锚杆设计与施工要点:(1)锚杆的布置一般沿洞室周边径向均匀布置,必要时底部也要加锚杆;(2)为保证加固带有一定厚度,锚杆的长度与间距之比一般为2:1;(3)为防止锚杆间围岩坍落,还应配合网喷混凝土,喷层主要承担锚杆间的局部坍塌荷载;(4)为达到设计目的,软弱围岩锚杆施工中要求做到:锚杆锚固可靠,全长粘结;要用垫板,且垫板要求与岩面紧贴。
初期支护设计-钢架钢架分型钢钢架与格栅钢架两种,一般应与锚杆、喷混凝土共同使用。
钢架断面图格栅钢架1)钢架的作用钢架的作用有四点:一是喷混凝土发挥作用前支撑围岩;二是对喷射混凝土进行补强;三是作为超前支护的支点;四是与锚杆、喷射混凝土共同发挥初期支护的作用。
2)钢架适用范围钢架的最大特点是刚度大,架设后能够立即承载受力。
因此,多用于软弱破碎或土质围岩中,需要控制围岩变形迅速发展的场合。
如浅埋、偏压及土层隧道等。
钢架的设计与施工要点:(1)一般采用工字钢,或“八字结”形联系钢筋的格栅钢架;(2)钢架间距一般为0.6~1.0m。
(3)为增加钢架的整体性,每榀钢架间应设纵向连接构件;(4)钢架拱脚及墙脚应有控制钢架位移和下沉的措施。
为达到设计目的,钢架的施工要求做到:(1)接头是整个钢架的薄弱环节,必须加强;(2)钢架应直立安装,并用混凝土预制块与围岩顶紧;(3)型钢钢架应预留注浆孔,及时对喷混凝土层后回填注浆,保证与围岩密贴;(4)分部开挖钢架落底接长时,要注意防止失稳。
2、二次衬砌设计软弱围岩中二次衬砌也是主要承载结构,二次衬砌与初期支护共同承担较大的后期围岩变形压力,应适时施作。
(1)二次衬砌的作用软弱围岩隧道中,二次衬砌的主要作用:一是承载,二是安全储备,保障运营的安全。
(2)二次衬砌的设计与施工要点二次衬砌原则上应适时施做。
软弱围岩二次衬砌应带仰拱,与边墙应圆顺连接,减少应力集中。
为达到设计目的,软弱围岩二次衬砌施工要求做到:二次衬砌应先施工仰拱,分段整体浇注。
二次衬砌背后空洞应回填密实。
四、软弱围岩变形控制技术1、控制掌子面变形、坍塌的技术掌子面过大的变形将导致坍塌事故的发生。
这种事故占隧道坍方事故的比例最高,造成的人员、机械设备的损失最大,在设计施工中都应该引起高度重视。
控制掌子面变形、坍塌的技术-超前支护常见的控制掌子面变形、坍塌的技术有:(1)超前支护超前支护是一种“先支后挖”技术,是控制隧道掌子面前方围岩变形,防止隧道掌子面坍塌的主要手段。
常用的超前支护有:超前锚杆、超前小导管注浆、超前大管棚。
软弱围岩超前支护施工中要求做到1)超前管棚必须按设计要求进行压浆,以起到加固围岩的作用。
2)为保证管棚与钢架的联合支护作用,管棚外露部分应焊接于钢架上。
控制掌子面变形、坍塌的技术-掌子面锚杆(2)掌子面锚杆设置掌子面锚杆的目的是控制围岩开挖后的先行位移和掌子面位移,也是给大断面开挖创造条件,有利于控制先行和后期围岩、支护变形。
掌子面锚杆的长度一般都在10~20m 之间,宜优先采用易于切割的玻璃纤维锚杆。