软弱围岩铁路隧道预加固技术及要注意的问题

曹金胜

（中铁二十四局集团南昌铁路工程有限公司， 江西 南昌 330002）

软弱围岩铁路隧道施工中，由于工程自身特性，施工期间不可避免受到不良地质条件影响，包括偏压、浅埋、泥质页岩雨水膨胀和破碎带等，尤其是软弱围岩地质条件，加剧铁路隧道施工难度，在一定程度上影响到施工质量和安全。这就需要在软弱围岩铁路隧道施工中，寻求合理的预加固技术和措施，尽可能规避围岩变形，提升围岩结构稳定性同时，促使铁路隧道施工活动安全有序进行。通过软弱围岩铁路隧道预加固技术相关内容分析研究，可以为后续相关工作提供依据，推动铁路隧道工程建设和发展，创造更大的经济效益。

1 工程概况

以某铁路工程为例，隧道全长13188m，设计时速为200km左右；施工区以高山构造侵蚀和溶蚀地貌为主，单面上坡，隧道内为变质岩地层，极限埋深550m左右。

2 软弱围岩铁路隧道施工条件分析

2.1 地质构造

在软弱围岩铁路隧道施工区域，由于施工区域地质条件较为复杂，由于岩性多样，属于强应变板岩范畴，贯穿2.5km溶岩段，大概占铁路隧道全长20%。隧道的褶皱紧密，部分倒转，一组冲断层。通过地质勘察，该地区水文地质条件复杂，地下水分布规律混乱，不同区域水位差异大，受到地形地貌、地质构造和裂隙发育控制影响[1]。其中地表水主要以沟水和溪水为主，有两个水库，地下水则以构造裂隙水和岩溶水两种，预测该区域最大用水量 145000 m /d以上。隧道区域内岩溶发育中，途径地区包括断裂带和褶皱带，在隧道开挖中可能有溶洞和暗河地质，在一定程度上加剧隧道突水突泥灾害出现，影响铁路隧道施工质量和安全，地下水环境被破坏，加剧地表水流失。

2.2 施工要点

在软弱围岩铁路隧道施工中，由于软弱围岩，受到风华溶蚀严重，岩体破碎，整体稳定性较差。在隧道开挖中可能受到地应力作用影响，加剧围岩变形问题出现，由于支护技术选择不当可能产生严重的安全事故[2]。部分软弱围岩隧道施工中国，台阶开挖施工中可能由于台阶落底，或问题加剧围岩扰动，出现变形问题，影响到隧道支护效果。对于隧道中埋深30m以下的岩体节理裂隙发育，由于开挖会在一定程度上扩张裂隙，影响到隧道顶部岩体稳定性，抗水性下降，可能受到水侵蚀逐渐软化崩解，后期使用中产生严重的变形和开裂事故，威胁到铁路行车安全。

3 软弱围岩铁路隧道预加固技术分析

3.1 预加固技术方案对比

铁路隧道预加固处理中，应该充分结合软弱围岩特性，寻求合理的预加固技术。预加固技术应用，主要是以提升围岩结构强度和稳定性为目标，围岩开挖期间不会出现过大变形和破坏影响到隧道整体施工安全性，如锚杆支护和注浆方式。相较于预加固技术而言，与支护技术则倾向于支护功能，加固区域物性指标提升到一定程度后，发挥超前支护作用，水平旋喷桩和管棚等超前支护的强度，要远远高于围岩[3]。

通过地质勘察实践获取的材料来看，花岗岩全风化层开外期间，一旦遇水会导致岩层水崩解，出现突水突泥灾害。该工程施工区域地下水量充分，但是分布不均匀，规律不可预测，为了保证施工安全，则需要选择合理的排水措施，或是预加固止水措施。通过工程实践可以了解到，花岗岩全风化层施工中采用传统注浆技术，不仅加剧注浆难度，无法均匀扩散[4]。但是，注浆压力增加，会导致浆液呈现脉状和片状扩散，铁路隧道施工构成中无法形成完全封闭止水帷幕。这样不仅会影响到地层加固效果，还会为后续隧道施工埋下一系列安全隐患。所以，花岗岩全风化层是不适合单一措施使用，可以结合实际情况选择合理有效加固方法。

水平旋喷桩加固技术应用，高压旋喷条件下切削地层，将水泥浆液和破碎土体充分混合在一起，形成均匀的固结体。通过工艺样控制，形成高强度桩体，状体之间相互要和，形成连续旋喷桩帷幕体，以此来实现止水和地层加固目的。如果是在中细砂地层，旋喷桩平均抗压强度可以达到18MPa～19MPa，相较于混凝土强度并无显著差别。

由此可以了解到，软弱围岩铁路隧道施工中采用水平旋喷桩预加固方法，在隧道周边施加一圈水平旋喷桩，孔深30m，桩径50cm，环向间距0.35m，加固体相互要和厚度在 10cm以上，外插角在 6°～8°以上。水平旋喷技术在实际应用中，对于成桩质量控制难度较大，可能由于操作不当，受到客观因素影响出现断桩问题，最终成桩抗剪强度偏低。管棚注浆尽管不具备止水功能，但是刚度较大，有助于改善旋喷桩的不足[5]。故此，应该结合隧道施工需要，将管碰注浆技术和水平旋喷桩技术整合在一起，优势互补，以便于实现围岩的有效加固，提升预加固处理效果。

所以，软弱围岩铁路隧道预加固技术应用，注浆技术操作简单、便捷，应用方法多样化，但是加固刚度小，均匀性不足，可能出现浆液渗漏浪费现象，适合应用在孔隙大、地下水流动性小的砂土层；锚杆操作灵活、简单，不需要选用专门设备，但是此种技术整体刚度小、柔性大，在一定程度上阻碍后续开挖活动开展，适合地下水较少的软弱围岩。

3.2 开挖方案分析

在软弱围岩铁路隧道开挖中，应该结合施工区域实际情况，对比分析选择开挖方案，如CRD法、CD法和双侧壁导坑法开挖方法，但是由于施工地质条件复杂，上层遇水软化，下层结构仍然需要爆破开挖，在一定程度上增加施工难度，延误工期，影响到隧道结构稳定性。如果是采用台阶法开挖，在下部硬岩上设立支护拱脚，保证地基具备足够承载力，维护施工活动安全有序进行。在隧道预加固处理中，台阶法应用效果可观，有助于加快施工进度，最大程度上降低施工风险，保证施工质量和安全。

3.3 排水通风

由于铁路隧道贯穿于多个区域，隧道涌水量较大，需要结合实际情况选择合理的排水通风措施，营造安全的作业环境。可以同隧道敷设防水板，外贴止水带和中埋止水带，形成完善的止水结构，以便于规避地下水对隧道的不良影响。同时，还要注重隧道通风，采用单节20m通风软管，拉链式连接，营造安全作业环境。

4 结论

综上所述，软弱围岩铁路隧道施工中，由于施工地质条件较为复杂，很容易影响到施工质量和拿权。故此，应该充分结合区域实际情况，选择合理的预加固技术，尽可能规避围岩变形，保证隧道施工安全。