隧道穿越斷層段施工技術(shù)初探

趙宇婷

(山西路橋第六工程有限公司，山西 晉中 030600)

當(dāng)前隧道所穿越的地層越來越復(fù)雜，對(duì)隧道正常開挖施工的影響也逐漸增大，尤其是當(dāng)隧道需要從斷層帶中穿越時(shí)，一旦處理不當(dāng)，極有可能易發(fā)坍塌等事故。因此，需在掌握斷層帶特點(diǎn)及可能造成的影響基礎(chǔ)上，探討有效的施工技術(shù)。

1 斷層地質(zhì)概述

斷層作為巖溶及地下暗河等主要發(fā)育場所，在隧道工程中經(jīng)常遇到，屬于隧道工程常見不良地質(zhì)，應(yīng)采取多方面技術(shù)加以協(xié)調(diào)處理。通過相關(guān)研究可知，圍巖破壞與變形和斷層之間有著密切的關(guān)聯(lián)，很多圍巖破壞與變形都是由于斷層引起的。對(duì)此，在實(shí)際情況中應(yīng)在掌握斷層等不良地質(zhì)基本情況與特征的基礎(chǔ)上，采取有效措施加以處理和支護(hù)，編制完善可行的施工方案。斷層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工中要做到綜合考量，明確其各項(xiàng)特征及可能給隧道施工造成的影響。斷層施工難度很大，若未能有效處理，將導(dǎo)致圍巖破壞，威脅施工安全。對(duì)隧道建設(shè)人員而言，應(yīng)掌握斷層具體走向和傾角等基本性質(zhì)，然后指定科學(xué)合理的方案，選擇正確可行的技術(shù)加以施工與支護(hù)，以此從根本上保證施工安全，避免斷層的存在造成安全和質(zhì)量問題。

2 穿斷層帶施工技術(shù)

2.1 做好超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

在需要從斷層帶中穿越的隧道工程施工中，要根據(jù)所穿越的斷層地質(zhì)情況與特征，對(duì)施工場地基本地貌與植被覆蓋情況等進(jìn)行勘測(cè)，以確定圍巖等級(jí)及其分布情況與區(qū)域地下水位，進(jìn)而為之后的施工計(jì)劃制定提供可靠的參考依據(jù)。以隧道的各項(xiàng)基本特征為依據(jù)，在開挖之前，對(duì)圍巖進(jìn)行地質(zhì)預(yù)報(bào)，確定前方圍巖具體狀況，并針對(duì)不同等級(jí)的圍巖制定專門的應(yīng)對(duì)方案，結(jié)合地質(zhì)探測(cè)結(jié)果做好超前支護(hù)，并利用機(jī)械設(shè)備與人員充分結(jié)合的方式來開挖，防止圍巖自身受力狀態(tài)遭到破壞，以免破壞性問題產(chǎn)生。以超前水平鉆探為例，以超前水平鉆機(jī)作為主要機(jī)械設(shè)備，在掌子面上進(jìn)行超前鉆孔，鉆孔的數(shù)量和位置根據(jù)隧道施工特征，并結(jié)合環(huán)境條件確定。鉆孔時(shí)，根據(jù)鉆進(jìn)的速度及推進(jìn)力等指標(biāo)判斷圍巖等級(jí)與區(qū)域地下水分布情況，一般情況下，兩次超前鉆孔之間要有5 m以上的搭接長度。

2.2 選擇適宜的開挖方法

不同開挖方法對(duì)圍巖穩(wěn)定性的影響亦不同，對(duì)此，要根據(jù)通過勘測(cè)得出的各項(xiàng)地質(zhì)特征選擇適宜的開挖方法，并為實(shí)際施工提供正確的指導(dǎo)和控制。對(duì)于隧道的斷層帶，一般采用上下臺(tái)階預(yù)留核心土法進(jìn)行開挖。對(duì)于三臺(tái)階法，是指分成上、中、下三層臺(tái)階實(shí)施開挖，臺(tái)階長4 m，進(jìn)尺通常為2 m。經(jīng)研究可知，斷層巖體破壞和所用施工方法不當(dāng)之間有直接關(guān)系。采用上下臺(tái)階預(yù)留核心土法進(jìn)行開挖時(shí)，可能在上導(dǎo)洞開挖時(shí)產(chǎn)生巖體集中破壞的問題，拱頂沉降量可達(dá)總量1/2。通過對(duì)斷層和圍巖壓力的分析控制，斷層處圍巖受到的壓力變化較大。對(duì)此，在完成支護(hù)使圍巖達(dá)到穩(wěn)固后，可采用三臺(tái)階法實(shí)施開挖。當(dāng)在破碎帶與軟弱圍巖段開挖時(shí)，要盡量采用大斷面方法，在不適合進(jìn)行全斷面開挖施工的段落，應(yīng)根據(jù)斷層的實(shí)際情況，采用以下幾種方法進(jìn)行開挖施工：上下斷面順序開挖；微臺(tái)階開挖；微震爆破開挖。

2.3 加強(qiáng)斷層帶圍巖支護(hù)

在施工到斷層帶后，應(yīng)切實(shí)加強(qiáng)圍巖支護(hù)，具體支護(hù)方法要以圍巖特征為依據(jù)并結(jié)合現(xiàn)場施工條件選擇。以某穿越斷層帶的隧道為例，該隧道全段圍巖條件都很差，上部以強(qiáng)風(fēng)化巖為主，主要呈碎塊狀，且裂隙發(fā)育，巖體極為破碎。在隧道洞中發(fā)現(xiàn)很多破碎帶，巖體的風(fēng)化程度很高，斷層影響范圍可以達(dá)到40 m。施工中，應(yīng)在做好排水的基礎(chǔ)上，減小開挖進(jìn)尺，并提高支護(hù)強(qiáng)度。其中，排水是指施工中將斷層裂隙中存在的水及時(shí)排出，并在開挖時(shí)密切注意開挖的距離，減小開挖的進(jìn)尺，以免由于開挖距離較長導(dǎo)致坍塌。若在開挖中必須采用爆破的方法，則應(yīng)盡可能弱化爆破，防止給圍巖和其它結(jié)構(gòu)造成太大的擾動(dòng)。而通過加強(qiáng)支護(hù)，能為斷層帶圍巖提供可靠維護(hù)，防止施工中產(chǎn)生坍塌，從根本上保證隧道安全。

2.4 及時(shí)進(jìn)行堵水排水

堵水排水在斷層帶施工中是一道關(guān)鍵工序，施工中要嚴(yán)格遵循防堵結(jié)合和以排為主基本原則。當(dāng)實(shí)際涌水量為10 m3/h時(shí)，采用注漿法進(jìn)行堵水，并在全斷面進(jìn)行超前預(yù)注漿達(dá)到堵水的效果。在集中堵水段，以10 m的間隔距離進(jìn)行分段超前注漿，注漿材料為水泥-水玻璃雙液漿。注漿結(jié)束后，部分地下水將被堵在開挖面之外，起到減少施工中涌水量的作用，除了能為之后的開挖與支護(hù)創(chuàng)造良好條件，使掌子面保持穩(wěn)定，還能確保抽水得以順利完成。排水要根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況選擇正確合理的方法，未達(dá)到預(yù)期排水效果，以分級(jí)排水方法為宜，按照300 m的間隔距離設(shè)置泵站，此外還要根據(jù)所有可能產(chǎn)生的問題進(jìn)行應(yīng)急管道設(shè)置。隧道施工中應(yīng)按照要求配備抽水設(shè)備，并安排專人經(jīng)常性檢查設(shè)備，作必要的維修或更換，確保隧道排水正常完成，達(dá)到預(yù)期的排水效果。

2.5 引入超前帷幕注漿

隧道開挖施工開始前，在掌子面上進(jìn)行鉆孔壓漿，通過壓漿，使?jié){液填充松散巖體縫隙，在漿液達(dá)到凝固后，起到提高巖體強(qiáng)度的作用。通過注漿，能在開挖輪廓線以外產(chǎn)生一道止水層，避免開挖施工中周圍地下水進(jìn)入到隧道中，對(duì)正常開挖施工和施工安全造成威脅。對(duì)斷層帶進(jìn)行注漿時(shí)，要根據(jù)隧道的實(shí)際情況，并結(jié)合施工要求，選擇適宜的注漿材料，并安排專人對(duì)圍巖性質(zhì)及水文地質(zhì)條件予以勘測(cè)，廣泛收集相關(guān)資料和數(shù)據(jù)，開展科學(xué)合理的規(guī)劃，在條件允許的情況下，選擇膠凝時(shí)間較為靈活、強(qiáng)度較大且綠色環(huán)保的類型。按照注漿的基本機(jī)理，可將斷層帶注漿施工視作充填注漿，對(duì)速凝劑和水泥漿之比進(jìn)行合理的設(shè)置，以此在漿液達(dá)到凝固后形成良好的強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)對(duì)圍巖的有效加固，并伴隨時(shí)間不斷延長，提高整個(gè)固結(jié)體實(shí)際強(qiáng)度。除此之外，固結(jié)體還要有一定耐久性和抵抗腐蝕的能力(特殊情況下還要有較強(qiáng)抗凍融的能力)，以此滿足隧道工程建設(shè)基本要求。超前帷幕注漿過程中，一次注漿長度要根據(jù)隧道施工情況確定，通常要將注漿的長度控制在30～40 m范圍內(nèi)，在開挖長度達(dá)到30 m后，應(yīng)預(yù)留5～7 m的長度，將其作為下一次循環(huán)注漿的止?jié){盤。注漿孔通?？煞殖?環(huán)，在上半斷面中，每環(huán)之間應(yīng)保持0.6 m的間隔距離，而下半斷面則要減小至0.5 m。注漿施工開始前，安排專人對(duì)各注漿孔進(jìn)行編號(hào)，并準(zhǔn)確測(cè)量和放出每個(gè)注漿孔的具體位置，以此為鉆孔提供可靠的參考依據(jù)，保證鉆孔方向和位置都能達(dá)到要求，最終使注漿達(dá)到預(yù)期的效果。

3 結(jié) 語

綜上所述，斷層帶作為隧道工程建設(shè)中常見的不良地質(zhì)，若未經(jīng)重視和有效處理，將給隧道施工帶來很大的質(zhì)量和安全隱患。因此，實(shí)際斷層帶施工中，應(yīng)在做好超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)上，選擇適宜的開挖方法，并加強(qiáng)斷層帶圍巖支護(hù)和及時(shí)堵水排水，同時(shí)適當(dāng)引入超前帷幕注漿，以此保證斷層帶施工安全性，將斷層帶可能給正常施工的影響降至最低，保證整個(gè)斷層帶的施工安全與質(zhì)量。