隧道软弱围岩施工方法总结
工程苦工
2022年11月22日 09:27:56
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隧道软弱围岩施工方法总结 隧道围岩分硬质岩和软质岩。硬质岩有利于施工,且安全风险系数低;软质岩施工安全风险高,若遇水软弱,自稳性极差,施工更困难。为了更好分析围岩稳定性,指导现场施工,引入岩土力学的

隧道软弱围岩施工方法总结


隧道围岩分硬质岩软质岩。硬质岩有利于施工,且安全风险系数低;软质岩施工安全风险高,若遇水软弱,自稳性极差,施工更困难。为了更好分析围岩稳定性,指导现场施工,引入岩土力学的内摩擦角进行分析。

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岩土内摩擦力简介

内摩擦角是抗剪强度指标之一,对于岩土内摩擦角描述如下:(1)岩体在竖力作用下发生剪切破坏时错动面的倾角;(2)颗粒状材料(如粮食、砂子)自然堆积时与地面能形成的最大夹角

内摩擦角在力学上可以理解为块体在斜面上的临界自稳角,在这个角度内,块体是稳定的;大于这个角度,块体就会产生滑动(如下图)。当然水的多少也对块体的稳定性影响较大。利用这个原理,可以分析隧道软弱围岩掌子面的稳定性。 图片


维持内摩擦力不变的施工方案


维持岩土的内摩擦角不变,保持围岩的岩性不变或不改变岩土内的水含量分布。若在不改变软弱围岩岩性的前提下,如何减短由内摩擦角引起的水平长度(L1),减短其长度(L1)可提高围岩稳定性,可采用加长超前支护调低台阶高度(H)、预留核心土径等施工措施,达到有效掘进。

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加长超前支护



岩土的内摩擦角是由岩性决定,岩性及含水没有改变,内摩擦角也没有改变。在岩性和台阶高度(H)均不变的情况下,唯有 加长超前支护(L),超前支护长度 超过内摩擦角影响的 水平长度(L 1),方可稳定掌子面上方围岩,隧道方能掘进。超前支护前方不能露脚,形成简支梁作用,稳定岩土;若长度不足前方露脚,形成悬臂形式,稳定不了岩土。


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调低台阶高度



掌子面岩性不变,可以通过调整台阶高度(H1),缩短内摩擦角影响的水平长度(L1),围岩的临空面变小,有利稳定围岩,如下图。右图台阶高度H2调低后的L2长度比左图原台阶高度的L1要短,增强掌子面上方围岩的自稳性能。有利于隧道施工。

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0 3
预留核心土施工



掌子面岩性不变情况下,通过预留核心土,等同于调低台阶高度,缩短内摩擦角影响的水平长度(L1)。同时,利用核心土对掌子面围岩进行反压,达到稳定掌子面的作用。如下图,掌子面预留核心土改变临空高度,缩短了内摩擦角影响的水平长度(L1),有利于隧道掘进。



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改变内摩擦角时施工方案


掌子面为软弱围岩,自稳性差。除了采取不改内摩擦角的方式施工外,还可能通过改变软弱围岩的岩性和岩体内含水量,改变内摩擦角的方法进行施工,内摩擦角由θ 1增大到θ 2,如下图。改变内摩擦角方法有: 掌子面超前排水软弱围岩超前注浆固结掌子面施工水平粉喷桩掌子面冻结法施工等方式。


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超前排水方法

相同的围岩,内摩擦角应该相同,但若在地下水的作用下,内摩擦角发生变更。地下水越 丰富,围岩内摩擦角相对 越小,稳定性越差。因此通过超前排出地下水,可以增大内摩擦角,有利用掌子面稳定。超前排水方法有“ 引、堵、降”方式: 施工超前排水管引水、双液浆超前堵水、地表深井降水等方式。

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超前管预注浆或帷幕注浆

掌子面为软弱围岩,自稳性差,通过超前管预注浆或帷幕注浆,对软弱围岩加固,改变围岩岩性。通过注浆固结增大了围岩的内摩擦角度,有利用掌子面的掘进。超前预注浆为超前浅层注浆,帷幕注浆为超前深层注浆,共同特点是改变岩性,改变内摩擦角。


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超前水平粉喷桩

超前水平粉喷桩,相当于在软弱围岩中插入刚性物,同时对软弱岩进行部分固结,并吸收部分地下水,达到 增大岩体的内摩擦角,稳定掌子面。

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掌子面冻结法施工

冻结法施工,是指在含水土层内先钻孔打入钢管,导入循环的液氮,使周边的地层冻结,形成坚硬的冻土壳,使用软弱围岩的内摩擦角增大。它不仅能保证地层稳定,还能起隔水作用,可以对软弱围岩进行开挖。



综合法施工
综合法施工就是改变内摩擦角与不改变内摩擦角的施工措施,综合运用进来。如对掌子面软弱围岩进行固结,同时也预留核心土进行施工;打设加长超前管棚,同时也进行超前预注浆;打设超长前棚以及预注浆,加上预留核心土,或同时降低台阶高度等。可以采用 1+1方式、或者 1+n方式施工,如何选取那种组合方式,需要综合考虑施工安全、进度及成本,选择 最优的方式,而 非最强的方式,这就需要多年的隧道施工经验总结出来。

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