略談隧道斷層破碎帶施工技術(shù)的應(yīng)用

汪德福

摘要：受我國(guó)地理環(huán)境的影響，在交通建筑工程施工中經(jīng)常會(huì)遇到了隧道斷層破碎帶施工的情況，由于地質(zhì)條件復(fù)雜、圍巖穩(wěn)定性差等原因，增加了工程施工的難度，如果控制不好，將會(huì)嚴(yán)重影響到隧道工程的施工質(zhì)量，因此提高斷層破碎帶施工技術(shù)水平是保證隧道工程施工質(zhì)量的重要手段，也是促進(jìn)我國(guó)交通建設(shè)快速發(fā)展的重要途徑。

關(guān)鍵詞：隧道；斷層破碎帶；施工要點(diǎn)；監(jiān)控測(cè)量

近年來(lái)，我國(guó)對(duì)交通建設(shè)的投資力度逐步加大，隧道工程項(xiàng)目也越來(lái)越多，對(duì)于施工的技術(shù)要求也越來(lái)越高。在隧道工程施工中經(jīng)常會(huì)遭遇斷層破碎帶施工的情況，采取科學(xué)合理的施工方法是保證工程安全、穩(wěn)定、快速施工的首要條件。本文以某隧道工程施工為例對(duì)斷層破碎帶施工技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行探討。

1工程概況

某隧道工程在橫洞工區(qū)施工時(shí)遭遇斷層破碎帶，寬度在50m左右，圍巖自穩(wěn)能力差，給施工造成極大困難。面對(duì)這一現(xiàn)狀，綜合考慮各種因素，決定采取在拱部設(shè)超前中管棚注漿預(yù)固結(jié)圍巖的保護(hù)，然后再采用大拱腳臺(tái)階法施工的方法。

2工程地質(zhì)

2.1地層巖性

炭黑色、黑灰色、灰綠色，硬質(zhì)狀，夾5～15%的碎石角礫，粒徑10～300mm，局部偶夾塊石，石質(zhì)為頁(yè)巖、輝綠巖、泥質(zhì)灰?guī)r等，遇水極易軟化。分布于隧道洞身各圍巖段，厚0～10m，屬I(mǎi)V～V級(jí)圍巖。

2.2地質(zhì)構(gòu)造

地質(zhì)資料及測(cè)量顯示4#斷層（玉莫斷層）為區(qū)域性逆斷層，大致在DK368+600附近地表與線路相交，斷層大致走向N27°E，傾向NW，傾角80°左右；兩盤(pán)均為（Ptbnbq（3））地層；斷層破碎帶帶寬50m，由斷層角礫、斷層角礫巖、壓碎巖組成[1]。

3水文地質(zhì)及特征

該斷層區(qū)域地下水主要為構(gòu)造裂隙水，構(gòu)造裂隙水賦存于斷層帶、褶皺帶、構(gòu)造節(jié)理裂隙中，含水量相對(duì)豐富，地下水受大氣降水補(bǔ)給，通過(guò)裂隙、孔隙徑流，多以片狀、線狀在低處向沖溝排泄。

4超前中管棚施工

如何確保中管棚的位置和角度滿足設(shè)計(jì)要求，是方案成敗的關(guān)鍵所在。

4.1 中管棚及注漿設(shè)計(jì)

采用Φ60mm中管棚布設(shè)在拱部，導(dǎo)管外插角6～8°，每環(huán)34根，每根長(zhǎng)10m，環(huán)向間距50cm/根，縱向間距8m/環(huán)。壓注1：1純水泥漿（w/c=1.0），采用P.042.5R普通硅酸鹽水泥，注漿壓力為0.5～2.0MPa。采用短進(jìn)尺開(kāi)挖支護(hù)，每循環(huán)開(kāi)挖支護(hù)不超過(guò)1m。

4.2 施工要點(diǎn)

4.2.1中管棚采用Ф60mm熱軋無(wú)縫鋼管（壁厚5mm）加工，中管棚前部鉆3排注漿孔，孔徑為10mm，孔間距20cm，呈梅花型均勻布置，前端加工成錐形釬頭，尾部止?jié){段長(zhǎng)度不小于200cm，以利于中管棚安裝推進(jìn)和漿液滲入破碎巖體。

4.2.2中管棚安設(shè)采用C6地質(zhì)鉆機(jī)成孔及推進(jìn)就位，孔徑80mm。

4.2.3注漿準(zhǔn)備工作：注漿前先檢查注漿管路，確保管路暢通、不阻塞、不跑漿，機(jī)械性能良好。確認(rèn)各項(xiàng)準(zhǔn)備工作完成后，做現(xiàn)場(chǎng)注漿試驗(yàn)，確定合理的注漿參數(shù)，據(jù)以施工。注漿參數(shù)選擇水泥漿液水灰比為0. 8～1. 0 左右，水玻璃濃度30～35 波美度，水泥漿與水玻璃體積比1 ∶0. 3～1 ∶0. 8，注漿壓力0. 5 MPa～2. 0MPa。

4.2.4注漿選用KB-50/70液壓注漿機(jī)注漿，漿液采用攪拌機(jī)拌制，為防止?jié){液從其它孔眼溢出，注漿前對(duì)所有孔眼安裝止?jié){塞，注漿從兩側(cè)拱腳向拱頂順序進(jìn)行；注漿時(shí)相鄰孔眼間隔開(kāi)，不能連續(xù)注漿，以確保固結(jié)效果和注漿量控制。間歇3 h～5 h 后，進(jìn)行第二次高壓注漿，注漿壓力1. 2 MPa～2. 0 MPa，當(dāng)進(jìn)漿量小于20 L/ 10min 時(shí)可結(jié)束注漿工作。若注漿量超限仍未達(dá)到壓力要求，應(yīng)調(diào)整漿液濃度繼續(xù)注漿，直至符合注漿質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，確保鉆孔周?chē)鷰r體與鋼管周?chē)紫毒粷{液充填，方可終止注漿。

4.2.5注漿過(guò)程派專(zhuān)人值班，填寫(xiě)《注漿記錄表》，記錄注漿時(shí)間、漿液消耗量及注漿壓力等數(shù)據(jù)，觀察壓力表值，監(jiān)控連通裝置，避免因壓力猛增而發(fā)生異常情況。

5超欠挖和圍巖的擾動(dòng)控制

為了有效控制超欠挖和減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)，采用短進(jìn)尺、弱爆破進(jìn)行開(kāi)挖，開(kāi)挖進(jìn)尺根據(jù)圍巖穩(wěn)定性確定為l～2榀鋼拱架間距，即1.0～1.2m，邊墻按鋼拱架的兩個(gè)單元分兩個(gè)臺(tái)階施工，上下臺(tái)階相距3m，左右邊墻錯(cuò)開(kāi)5m，隧底開(kāi)挖一次成形，每循環(huán)進(jìn)尺1.5～1.8m。

6錨噴初期支護(hù)

6.1初支

系統(tǒng)支護(hù)拱部采用Φ22組合式中空錨桿，邊墻采用Φ22砂漿錨桿，縱、環(huán)向間距均為1.0m/根，呈梅花形布置，錨桿每根長(zhǎng)4.0m；全環(huán)設(shè)I20b工字鋼鋼架，鋼架縱向間距為0.6m/榀；拱墻設(shè)Φ8鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格尺寸20cm×20cm；噴射28cm厚C25噴射混凝土。

6.2噴射混凝土施工

（1）施工采用濕噴工藝，強(qiáng)度為C25噴射混凝土，混凝土的強(qiáng)度及施工配合比應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定。噴射機(jī)要求密封性能良好，輸料連續(xù)、均勻，附屬機(jī)具的技術(shù)條件應(yīng)能滿足噴射作業(yè)需要。

（2）噴射混凝土前應(yīng)清除松動(dòng)雜質(zhì)，設(shè)置控制噴射混凝土厚度的標(biāo)志（釘設(shè)厚度檢測(cè)鋼筋）。噴射中如有松動(dòng)或脫落的石塊、混凝土塊應(yīng)該及時(shí)清除，確保施工安全。

（3）如工作面有滴水或淋水，提前做好鉆孔埋管的引排水工作。

（4）噴射混凝土的噴射路線須自下而上呈“S”形運(yùn)動(dòng)；噴射時(shí)，噴頭作連續(xù)不斷的圓周運(yùn)動(dòng)，并形成螺旋狀前進(jìn)，后一圈壓前一圈三分之一。

（5）噴射機(jī)風(fēng)壓要求0.4～0.6Mpa，噴頭與受?chē)娒婢嚯x控制在0.8m～1.2m為宜。

（6）噴頭與受?chē)娒嬉吮３执怪?，如遇受?chē)娒姹讳摻罹W(wǎng)片、鋼架覆蓋時(shí)，可將噴頭稍微偏斜10°～20°。

（7）噴射厚度受混凝土進(jìn)入噴射機(jī)、速凝劑的效果、氣溫的影響，噴射墻部時(shí)，一次噴射厚度不超過(guò)10cm，噴射拱部時(shí)，一次噴射厚度不超過(guò)7cm。

（8）噴射混凝土表面須大面平整并呈濕潤(rùn)光澤，無(wú)干斑或滑移流淌現(xiàn)象。

（9）為縮短圍巖的暴露時(shí)間，防止圍巖進(jìn)一步風(fēng)化，該段在開(kāi)挖到位后先初噴4cm厚混凝土，待鋼架、錨桿及鋼筋網(wǎng)安裝完成后復(fù)噴射24cm厚混凝土至設(shè)計(jì)厚度，噴射混凝土總厚度為28cm。

（10）混凝土噴射完成后及時(shí)采取有效的養(yǎng)護(hù)和保護(hù)措施。

6.3鋼筋網(wǎng)鋪設(shè)

鋼筋網(wǎng)采用Ф8HPB235鋼筋在洞外集中加工焊接成片，洞內(nèi)安裝，網(wǎng)片網(wǎng)格尺寸為20cm×20cm。網(wǎng)片安裝搭接長(zhǎng)度為1個(gè)網(wǎng)格（20cm），鋼筋網(wǎng)片搭接必須焊接牢固，網(wǎng)片安裝時(shí)應(yīng)緊貼圍巖初噴面，與錨桿連接牢固，以保證噴射混凝土?xí)r不松動(dòng)。

6.4型鋼架設(shè)

型鋼鋼架在洞外加工后洞內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)拼裝，單元間連接處用M24×80螺栓進(jìn)行連接，各單元間必須連接牢固。

（1）型鋼鋼架?chē)?yán)格按設(shè)計(jì)間距架立。

（2）為充分發(fā)揮鋼架的承載能力，首先要求鋼架的垂直度必須滿足規(guī)范要求；其次，拼裝拱部鋼架時(shí)，嚴(yán)格控制左、右拱腳標(biāo)高，以防拱架偏斜，影響與邊墻部分鋼架的圓順連接或初期支護(hù)侵限。

（3）為方便拱部與邊墻鋼架的連接，在拱腳連接處鋪設(shè)縱向槽鋼。鋼架邊墻底部必須置于基巖上，以防下沉變形。

7監(jiān)控測(cè)量

初期支護(hù)完成后，在隧道拱頂、拱腳及邊墻的內(nèi)軌頂面標(biāo)高處埋設(shè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行拱頂下沉和水平收斂量測(cè)，根據(jù)量測(cè)結(jié)果及時(shí)調(diào)整工序及預(yù)留變形量、開(kāi)挖進(jìn)尺等，便于指導(dǎo)施工，確保施工安全。經(jīng)量測(cè)，拱頂最大累計(jì)下沉量為15mm，水平最大累計(jì)收斂量為11mm。通過(guò)對(duì)斷層破碎帶采用超前中管棚棚預(yù)支護(hù)、人工環(huán)形及周邊開(kāi)挖技術(shù)和錨噴初期支護(hù)措施，且通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)得出以下結(jié)論：

（1）短進(jìn)尺、弱爆破開(kāi)挖可以減小對(duì)圍巖的擾動(dòng)，有效控制超欠挖。

（2）超前中管棚注漿預(yù)加固支護(hù)，可以大量減少拱部圍巖的坍方、掉塊，保證了施工安全、質(zhì)量和進(jìn)度。

（3）通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)，將預(yù)留變形量由設(shè)計(jì)的10cm調(diào)至5cm，有效控制拱墻二次襯砌回填數(shù)量。

8結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)施工實(shí)踐，說(shuō)明斷層破碎帶施工技術(shù)在長(zhǎng)大隧道施工中的效果非常顯著，為隧道開(kāi)挖支護(hù)創(chuàng)造了積極有利的條件，本文總結(jié)了斷層破碎帶施工技術(shù)在鐵路工程長(zhǎng)大隧道施工中的應(yīng)用，供類(lèi)似工程項(xiàng)目施工參考。

參考文獻(xiàn)：

[1] 魏建發(fā)，崔寶林，李天銘.宜萬(wàn)鐵路龍鳳壩隧道淺埋段軟弱圍巖施工加固方案[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2007（Z1）：134-136

[2] 苑郁林，周群立.烏鞘嶺隧道穿越F7斷層隧道變形機(jī)理分析及其支護(hù)措施的探討研究[J]. 中國(guó)鐵路，2005（02）.

[3] 薛繼連.長(zhǎng)梁山隧道軟弱圍巖施工方法[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2000，9（增）：1085-1090.

[4] 王夢(mèng)恕.地下工程淺埋暗挖技術(shù)通論[M].合肥：安徽教育出版社，2004：568-572.

[5] 楊尉濤. 秦嶺隧道超淺埋及富水段施工技術(shù)探討[J ] . 土工基礎(chǔ)，2009（6）