摘要：近年来，隧道穿越断层破碎带开挖支护施工技术得到了快速发展和广泛关注，研究其相关课题有着重要意义。本文着重探讨了隧道穿越断层破碎带开挖支护的施工技术。
关键词：隧道施工；断层破碎带；开挖支护；施工技术
断层破碎带是隧道开挖过程中常见的不良地质现象，它的存在造成隧道围岩极不稳定。破碎带作为一个低强度、易变形、透水性大、抗水性差的软弱带存在，给施工带来许多困难。隧道穿越断层破碎带时，由于岩层的地质成因复杂，地质条件具有突变性，施工事故也具有突发性。遇断层破碎带进行隧道施工时，很难克服隧道塌方、突水、突泥等地质灾害。因此，为了减少灾害，必须要有可靠的施工支护技术。
一、隧道穿越断层破碎带施工特点
断层破碎带属于隧道开挖中常见的地质结构，这种结构通常具有以下工程特点：①强度低；②透水性大；③容易变形；④抗水性差；⑤压缩性差。这些特点决定了隧道开挖中如果遇到断层破碎带则很容易出现突水、隧道塌方、突泥，而且施工难度较大，如果采用的开挖和支护施工技术不当，则很容易造成安全事故，因而，在断层破碎带施工过程中对开挖和施工技术提出了更高的要求。
二、断层破碎带对隧道的影响
隧道在穿越断层破碎带时，会明显增加开挖难度。断层破碎带会直接影响到隧道岩体的稳定性，对岩体的完整性也会产生一定影响。而且断层破碎带的存在，还会影响到结构表面的抗滑阻力，对隧道的整体稳定性会产生极大影响。由于断层破碎带会对周围岩体造成一定范围的影响，因此，实际施工中需要处理的断层破碎带宽度要比断层破碎带本身的宽度宽出许多。此外，断层破碎带还会存在较为明显的黏土化特征或涌水特征，在施工时，处理不当容易出现大量的涌水及涌砂现象，这些对隧道围岩的稳定性和支护体系的有效性都会产生直接影响。在实际工程中，断层破碎带对隧道工程的影响程度，与断层破碎带本身的规模、特点及组合方式有关。
三、工程概况
田坪岭隧道起讫里程为DK200+907.7出口里程DK204+811，全长3903.3m的双线隧道，洞身最大埋深198.03m，最小埋深43m，洞身纵坡为11.5/4000。隧址区主要构造受新华夏系和华夏系构造的控制，多呈北北东向，北东向展布，同时受纬向构造、北西向断裂带及山字形构造等影响。地质构造复杂，褶皱明显，断裂发育，同期多形成复式向背斜。同时根据测绘资料，查明隧址区共有二处断层、一处褶皱、两处节理密集带。
四、破碎带断裂构造
隧道无区域性深大断裂、活动断裂分布，主要多呈北北东向，北东向展布，同时受纬向构造、北西向断裂带及山字形构造。分布的主要断裂构造以褶皱过程中的断裂为主，多形成复式向背斜。其中一处断层为逆断层，为N40°E，倾向北西，倾角高达70°～80°，断裂破碎带宽100～200m。另一处断层总的走向N60°E，倾向北西，倾角60°～70°，断层破碎带宽80～150m。
五、断层破碎带的施工技术
1、断层破碎带隧道的开挖技术
1)半断面微台阶开挖技术。当隧道穿越局部或大规模的断层破碎带时，且断层破碎带处在隧道的拱部时，通常可选择半断面微台阶法来进行开挖。这种开挖技术有利于空间的灵活运用，可有效提高施工效率。需注意的是，为了保证隧道断层破碎带的稳定性，在隧道开挖后，需及时进行锚喷支护。在施工过程中，上台阶需超前3～5循环，下半部与后拱部可同时开挖，这样可提高断面的闭合速度。
2)上下断面顺序开挖技术。这种开挖方法是指断层破碎带被隧道上半断面全部穿越后，再对下半部断面进行开挖支护。这种施工技术方法比较适合应用于断层破碎带规模较大，且稳定性较差的隧道工程中。在断层破碎带岩石风化破碎程度比较严重，甚至导致岩体稳定性受到威胁时，可先中留核心，并对周边岩体先进行环形爆破开挖。之后，设计好临时支护体系，最后再爆破开挖预留的核心部分。下断面开挖时，采用分部开挖的方式，先对中槽进行开挖，然后再对马口进行左右交错性的开挖，对下部钢架进行施工。
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3)微震爆破技术。在断层破碎带实施爆破作业时，除了要遵循短循环进尺、药量严格控制的原则外，还应对爆破钻眼的位置进行合理设计，对装药的参数及结构进行科学安排，这样方可保证爆破作业的安全性，从而对隧道开挖轮廓线以外的围岩状态进行有效维护。此外，还应合理选择掏槽的形式，同时还要注意控制钻爆参数及起爆顺序。
2、断层破碎带隧道的支护技术
1)喷锚网联合支护技术。进行混凝土喷射的目的，是为了保证钢架、锚杆、钢筋网等构件能形成统一的受力体系，这也是施工的关键所在。喷射混凝土能使围岩表面形成一定厚度的半刚性保护层，进而使围岩本身形成一个承重结构体。为了保证其它后续工程的安全性，需对断层破碎带全范围进行有效的混凝土初喷，喷射的厚度应控制在4～5cm，将岩面及时封闭住，避免坍塌。混凝土衬喷完成后，还需在临近范围进行锚杆及钢筋网固定施工，锚杆的直径应为22mm，单根长度应控制在3.5～4m。锚杆应布置成梅花形，间距控制在1m，若有需要可进行加密设置；钢筋网片中的网格间距应在0.2cm内，最好采用双层的钢筋网，同时与锚杆焊接牢固。如隧道拱部存在小范围的断面破碎带时，可在断面的两侧设置径向锚杆，在断层破碎区域，利用钢筋进行编网，钢筋的直径应符合设计要求。将钢筋与锚杆焊接牢固，然后喷射混凝土，使其形成完整的临时支护结构。
2)钢架支护技术。钢架支护结构能使初期支护的强度得到有效提高，保证围岩的稳定性，并为超前支护提供便利。通常可将钢架的间距设置为50～80cm,采用ф22的螺纹钢筋进行纵向连接，其环向间距可控制在50～100cm范围内，与系统锚杆横向焊接牢固，进行混凝土复喷直到与钢架表面齐平。钢架可采用U型钢架，可结合施工的实际情况，对钢架的搭接长度进行调整，使其与围岩贴合紧密。若有空隙存在于钢架与围岩之间，需利用混凝土来填实空隙。当拱部钢架支护时，需控制锁脚锚杆的牢固性，必要时可加设拱脚支撑，开挖完成后与边墙段的钢架连接牢固。
3)超前支护技术。超前支护技术包括超前管棚、超前小导管注浆技术。应选择直径φ89的钢管来作为超前管棚材料，其长度应在10～15m之间，并将钢管的前端削尖，将钢筋箍焊在其尾端，支点由靠近掌子面的两榀钢架来承担。管棚打入围岩的角度应与洞轴成10～15度，使之形成能稳定拱顶的棚架。管棚钢管的横向间距可设置为0.3～0.4m，纵向间距可设置在3m，具体施工时应结合断层破碎带的实际条件来进行调整。通常，可将管棚支护的横向宽度设置与拱顶长的50%～75%，管棚的布置可横向交错进行，并在尾部与连接钢架焊接牢固；采用小导管技术时，小导管的单根长度可控制在3.5～4m范围内。其拱部的间距可设置在0.3～0.4m之间。在注浆前需采用喷射混凝土将上半断面的掌子面封闭好，避免注浆过程中出现浆液渗漏的问题。注浆材料可采用水泥、水玻璃双液浆或水泥浆等。根据设计要求，将小导管以一定位置和角度打入，其打入长度也应符合要求。注浆时可采用先下后上的顺序，从两侧拱脚环向注至拱顶。当浆液强度达到80%后，便可实施开挖作业。
4)支护加固与注浆补强。当隧道采用半断面开挖方案时，在下半断面开挖前，上半断面需进行衬期支护注浆作业，使支护前达到密实。注浆孔的深度应在1～2m,孔距可在1～5m左右，呈梅花形分布。在开挖下半断面时，为了避免拱顶下沉，可在拱脚处设置对口支撑。尤其是当断层破碎带处于洞身侧部时，拱脚与边墙部位应采用小导管注浆加固。
六、结语
总之，隧道穿越断层破碎带开挖支护施工的过程具有一定的难度，并且涉及面较为广泛。为了保证施工质量，就要根据工程具体状况，合理选择施工技术，在提升施工质量的基础上，保证施工工作有序进行。
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论文作者:齐杰峰
论文发表刊物:《防护工程》2018年第27期
论文发表时间:2018/12/20
标签：断层论文; 隧道论文; 断面论文; 钢架论文; 围岩论文; 施工技术论文; 钢筋论文; 《防护工程》2018年第27期论文;