谈软弱围岩铁路隧道开挖安全施工技术曹言坤

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（中铁第四勘察设计院集团有限公司湖北武汉430063；长江勘测规划设计研究有限责任公司湖北武汉430010）

摘要：我国科学技术近年来快速发展，更多的先进的技术手段运用到实际生活中，就我国的交通行业而言，很多山体较多的地区，由于其地势的局限性导致交通运输业发展缓慢，但是先进的技术手段在交通行业的广泛应用轻易的打破了这一困局，通过开挖隧道的方式使得这一困顿局面得到有效的缓解，并逐渐将其消除。但是很多地区需要开挖的隧道围岩软弱破碎，导致整个工程的复杂程度以及难度加大，同时也为安全埋下很多的隐患。

关键词：铁路隧道；安全施工；施工技术

1引言

近年来我国的铁路隧道事业不断飞速发展，并且取得了显著的成效。隧道的使用主要针对一些山体较多的地区以及城市地下铁路的建设。在铁路隧道施工中，我们要采用合理的开挖技术，消除安全隐患，确保施工安全。对此，笔者将针对隧道力学为切入点做出如下研究。

2隧道力学的特征

区别于传统的铁路隧道建设，软岩铁路隧道建设的时候，其隧道围岩的整体性以及稳定性都有所降低，这就对隧道拱墙的坚实度以及稳定性提出了较高的要求，同时有拉应力存在于隧道拱顶围固所使用的岩石之间，这就使得软弱围岩铁路隧道拱顶岩块发生崩塌的可能性被提升。此外，建设软岩铁路隧道拱脚地基的时候，为了使其地基的承受力达到最大状态，就需要提高辅助工程施工的松弛力。

3铁路隧道施工的特征

在铁路隧道施工的过程中，软弱围岩施工的特殊性要求我们要及时了解围岩的岩性，做到岩变我变，因此，可以通过做好超前地质预报工作，加强对破碎地带、断层地带以及富水地段的支护力度。优化监控量测技术，增加监控测量的频率，相应增加量测断面数目。对于横断面较大以及存在变形的隧道，需要对量测断面进行细化，将其分割成为几个单元进行分析，此外，如何选择采用何种开挖方式，还需要对围岩自身的强度性以及围岩的全面性等因素进行综合考虑，进而选择合适的开挖技术，增强隧道的安全性以及稳固性。

4优化铁路隧道开挖安全施工技术

4.1优化超前地质预报工作与监控测量技术为了记录并及时处理隧道施工过程中存在的异常状况，就需要探测隧道工作面前方围岩以及监测初支已经施做段落的下沉以及收敛情况，这一环节主要依赖于超前地质预报工作与监控测量技术，软岩超前地质预报方法主要有，TSP（地震雷达法），红外探水（掌子面前后水量纵向比较法），超前钻孔成像。而其中超前钻空成像法，可以通过计算钻孔时间与观察孔内成像，直接反映掌子面前方几十米内的围岩情况，及时发现岩腔，软弱层以及富水段的位置与范围，在软弱围岩地质预报中应用广泛。

图1超前钻孔布置图

软岩围岩量测技术要保证量测断面间距少于或等于5m特别是在接头法兰盘位置，要上下适当增加量测线，每台阶一条水平净空变化量测线，两条斜净空变化量测测线，通过每天量测的数据，定期绘制时态曲线，作为分析报告的依据，异常数据要及时核对，当一般围岩地段当净空速度小于0.2mm/d，不良地质地段当净空收敛速度小于0.5mm/d时，围岩趋于稳定状态，当围岩拱顶下沉或者边墙收敛每日超过5mm/d，或累计变形达100mm，测量工作加强到每天两次以上，同时暂停工作面的施工，及时采取措施，确保施工安全。

量测频率

软岩由于受到拉应力较大，容易导致拱顶岩石发生崩塌，因此，需要加强掌子面前方施工质量安全性的检测力度，及时预判，做好施工安全预案，并针对这些隐患问题结合实际的工程情况，制定切实可行的应对措施，将安全事故的发生几率将至最低。

4.2优化开挖技术方案

软弱围岩的围岩的等级主要为Ⅳ级和Ⅴ级，甚至Ⅵ级，采用的开挖方式主要为台阶法，此方法的应用优势体现在施工灵活方便，不仅可以有效的控制工程进度、降低施工成本，同时能保证施工安全。但是该方法也具有一定的局限性，主要是由于台阶接头法兰盘的增多，存在受力薄弱点，同时增长了初期支护成环的时间，同时由于台阶的存在，可能导致二衬，仰拱与工作之间的距离过大，超出安全距离。所以拱架加工安装时在尽量减少拱架接头的数量同时，接头位置要避开高受力点，通过监控量测动态观察，依据初支断面扫描，合理安排二衬时间，严格控制仰拱与掌子面距离在35m之内，二衬尽量紧跟工作面。同时台阶法施工时，要避免台阶两侧的对称开挖，严格用槽钢支垫拱脚，避免因为拱脚悬空造成的拱顶下沉，统筹考虑YT28型凿岩机的操作方便以及施工安全的因素，严格控制台阶的长度在3m~5m。如果在施工的过程中，安全距离不能进行严格的把控，就算围岩具有较强的稳定性，使用长台阶施工也无法确保工程效率、进度以及质量。

断面较小并且围岩稳定的长大软岩隧道可以采取单臂掘进机开挖。掘进机的成本高，设计周期长，不宜用于短隧道，掘进机施工可以减除爆破品的使用，消除爆破带来的冲击力，减少了施工安全隐患。对围岩扰动损伤小，围岩几乎不产生松动，掉块，超欠挖较小，减轻支护的工作量，节约工序时间，加快施工进度。（掘进示意图见图2），但是掘进机施工存在许多缺点，对地质的适应性受到限制，一旦围岩变硬，易损件成本较大，掘进速度也降低。并且掘进途中不易改变开挖尺寸和开挖断面形状，在加宽段，曲墙段施工时受限较大，掘进机自重较大，对支撑底硬度要求高，特别是在反坡排水隧道，一旦掌子面出水，工作面基底变软，容易造成掘进机下陷，影响掘进。同时掘进机施工不能及时施做超前支护，并属于全断面开挖，一旦出现拱顶不稳定出现掉块，不能及时进行处理，施工安全风险较大。综上所述，对于软岩容易变形的围岩隧道，能够根据不同的地质情况与施工特点，采取合理的开挖工法，满足施工要求。

图2掘进机开挖掘进示意图

结语：

综上所述，为了促进我国经济的进一步发展，加强城市之间的相互联系，便于人们的出行，铁路隧道的建设工作势在必行，但是就目前的发展而言，开挖施工技术依旧存在一定的安全隐患，对此，需要从超前地质预报，监控量测技术以及开挖技术等施工方面加以改进。增强工人的安全意识，使其可以在施工的过程中提高警惕，对于潜在的安全问题可以采用必要的手段进行预防，避免安全问题的发生，为施工以及使用人员的生命安全提供强有力的保障，进而促进隧道事业以及交通业的健康稳定发展。

参考文献：

[1]孙鹏.铁路隧道施工安全管理及控制措施探讨[J].工程技术：引文版，2016（4）：105~106.[2]王志鹏.铁路隧道开挖的安全施工技术研究[J].工程技术：文摘版，2016（1）：6.