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软弱围岩浅埋隧道暗挖施工研究
摘 要:在交通基础设施建设中,软弱围岩浅埋隧道暗挖施工成为了制约隧道工程安全与效率的关键难题。本文先介绍了软弱围岩浅埋隧道暗挖施工的工程特性及研究背景,接着阐述了国内研究现状,对技术原理、辅助工法、施工监测与信息化施工进行了分析,为该领域的研究与应用提供参考。
关键词:软弱围岩;浅埋隧道;施工工法;信息化施工
引言
随着我国交通基础设施建设向复杂地质区域的持续推进,软弱围岩浅埋隧道暗挖施工已成为制约隧道工程安全与效率的关键难题。当前,国内虽已在大断面开挖工法优化、超前预支护技术创新及自动化监控量测体系构建等方面取得显著进展,但在极软岩地层适应性、动态支护设计理论、多场耦合下的长期稳定性分析等方面仍存在明显技术瓶颈,亟需通过理论创新与工程实践的深度融合,构建更安全、高效的施工技术体系。
1.国内研究现状
针对该类隧道自稳能力差、地表沉降控制难度大、施工安全风险高等特性,国内学者及工程界主要从施工工法优化、支护技术创新、监控量测体系完善及数值模拟应用等方面开展研究,形成了一系列适应不同地质条件的技术方案。孟庆年[1]等在对隧道开挖分析过程中运用三维激光扫描仪进行数据采集,得到现场的需开挖情况和任意里程处的需开挖情况及开挖方量。吕志强[2]结合工程地质条件对支护参数、开挖顺序、设备组合等施工关键技术进行优化,对施工方案进行了比选分析,得出一种在软弱地质条件下安全快速的施工工艺。张红军[3]等采用FLAC3D数值模拟软件对富水砂层条件下隧道掌子面三种开挖工法进行数值模拟,得出CD法开挖下掌子面和围岩变形量最小。
2.软弱围岩浅埋隧道暗挖施工的技术原理
浅埋暗挖法以管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测为核心技术要点,其基本原理是在软弱围岩浅埋条件下,通过超前支护手段对地层进行预加固,限制围岩变形,再采用短进尺、分部开挖方式减少对围岩的扰动,及时施作初期支护形成承载结构,待初期支护稳定后施作二次衬砌,实现隧道的安全施工。该方法与新奥法均强调发挥围岩自承能力,但浅埋暗挖法更注重预支护和初期支护的强度与及时性。
通软弱围岩浅埋隧道暗挖施工具有诸多显著特点。埋深浅,隧道上方覆盖层薄,开挖时易引起地表沉降,甚至导致地表塌陷对周边环境影响大。地层软弱,岩石强度低、土体松散,自稳能力差,开挖后易发生坍塌、溜砂等现象。地下水情况复杂,地下水的存在会进一步弱化围岩强度,增加施工难度,引发涌水、突泥等灾害。施工环境复杂,常位于城市区域,周边建筑物、地下管线密集,施工过程中需严格控制变形,避免对周边环境造成破坏。
3.软弱围岩浅埋隧道暗挖施工的辅助工法
3.1地层加固
注浆加固是最常用的地层加固方法之一,通过注浆可有效封堵地下水的渗流通道,显著提升围岩的物理力学性能。对于砂层、破碎岩层,水泥-水玻璃双液浆可实现快速凝结,有效控制注浆范围。而在渗透性较差的黏土中,劈裂注浆技术产生的浆脉改善了砂砾石层的结构形态,显著提升了砂层的防渗与承载性能。
3.2降水排水
在软弱围岩浅埋隧道施工中,地下水是影响施工安全与质量的关键因素。降水排水可降低地下水位,减小水压力对围岩的软化作用,防止涌水、流沙等灾害发生。排水系统设置需结合隧道结构,在初期支护与防水板间设置环向、纵向排水盲管,收集地下水并引入侧沟或中央排水沟,最终排出隧道。此外,对于水量较小的裂隙水,可采用排水孔引流方式处理。
4.施工监测与信息化施工
施工阶段监控量测是保障信息化施工的重要手段。围岩变形监测主要包括拱顶下沉、周边收敛、地表沉降等指标,拱顶下沉和周边收敛通过埋设测桩,采用全站仪、收敛计等设备定期测量,能够直观反映隧道开挖过程中围岩的动态变化。地表沉降则利用水准仪进行监测,对隧道上方地表进行网格布点测量,可有效预警因隧道开挖引发的地表塌陷风险。
结论
目前,软弱围岩浅埋隧道暗挖施工在施工工法优化、超前预支护技术创新及自动化监控量测体系构建等方面已取得显著进展,但在极软岩地层适应性、动态支护设计理论、多场耦合下的长期稳定性分析等方面仍存在技术瓶颈。未来,需深化动态支护理论研究,加强智能监测技术与大数据分析的融合应用,研发适应复杂地质条件的机械化施工装备,构建多场耦合的长期稳定性分析体系,推动施工技术向智能化、精准化方向发展,以进一步提升工程安全性与施工效率。
参考文献
[1]孟庆年,张洪德,胡玉祥,等.三维激光扫描技术在人防隧道开挖中的应用[J].测绘通报,2024,(202):226-228.
[2]吕志强.软弱围岩大断面隧道开挖支护施工技术[J]. 施工技术,2020,49(13):51-55.
[3]张红军,许艳,仇晓华,等.富水砂层条件下隧道掌子面开挖工法与预加固关键技术研究[J].公路,2024,69(6):387-393.
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