摘要：我国对交通建设的投资力度逐步加大，隧道工程项目也越来越多，对于施工的技术要求也越来越高。其中，很多地质复杂、围岩稳定性差的隧道都需要运用断层破碎带施工技术。由于地质条件复杂，围岩稳定性不好，对施工的安全及工程的施工质量施工进度都会产生严重影响，因此，加强对断层破碎带施工技术的研究具有非常重要的意义。
关键词：隧道；断层；破碎带；施工技术
前言
断层是在一定的地应力作用下产生的，而地壳内岩石所受的力不外是张应力、压应力和扭应力，但更多的时候是张应力兼扭应力和压应力兼扭应力。因此，可以把断层分为张性、压性、扭性、张性兼扭性张扭、压性兼扭性等五种，如图1所示。
图1 局部断层处受力分布
1断层及破碎带地质危害
从整体上说，岩体的完整性由于断层的存在，在一定程度上遭到破坏，使得岩体在断层面或破碎带的抗剪强度远远小于其它部位的抗剪强度。因此，对工程产生如下影响：
（1）断层降低了地基岩体的强度及稳定性。断层破碎带力学强度低，压缩性增大，易造成隧道支护发生较大变形。
（2）断裂构造带的岩体不仅遭到破碎，而且断层上下盘的岩性也可能存在较大差异，当外部荷载较大时极易产生不均匀沉降，如果在该处进行隧道施工，存在较大的安全隐患，而且施工质量难以保障。
（3）由于断层破碎带中岩体失去完整性，强度大大降低，再加上易风化易于含水等特点，常常给施工带来塌方、涌水等危害，甚至由于其活动性，给已衬砌的地段带来难以消除的挤压力。
（4）断裂破碎带地段极易导致风化深槽及岩溶发育带的形成，而且大部分的断层陡坡或悬崖均处于不稳定状态，极易诱发崩塌等自然灾害。
（5）断裂构造破碎带为地下水的流动形成了良好的通道，因此，地下水的流通也经常受到断裂构造的控制。如果施工过程中遇到断层极易发生涌水问题。
总之，由于断层破碎带中岩体失去完整性，强度大大降低，再加上易风化易于含水等特点，常常给施工带来塌方、涌水突泥等危害，甚至由于其活动性，给已衬砌的地段带来难以消除的挤压力。
2穿过断层及破碎带的公路隧道施工
隧道穿过断层及破碎带，给隧道施工带来不小的困难，在施工中遇到断层及破碎带时，首先要查明断层的倾角，走向、破碎带的宽度，岩石破碎程度，地下水活动等有关条件，据以正确选择施工方法和制定施工措施，认真分析研究设计地质资料。
（1）断层宽度较小，岩体组成物为坚硬岩块且挤压紧密，围岩稳定性相对较好，隧道通过这样的断层，可不变施工方法，与前后段落的施工方法一致，避免频繁变更施工方法，影响施工进度，但过断层带要加强初期支护和适当的辅助施工措施渡过断层带。如超前锚杆与径向锚杆配合，加厚喷射砼，并增设钢筋网等措施。必要时可增设格栅架。
（2）一般断层破碎带，采用径向锚杆、钢筋网、喷砼、格栅钢架等加强初期支护，并在拱部施作超前小导管周壁预注浆，对洞周岩体进行预加固和超前支护。在超前支护下，采用上半断面法或正台阶法开挖。在台阶上部施作超前小导管，上部开挖后及时施作拱部初喷砼，径向锚杆，挂钢筋网，格栅钢架。在作好拱部初期支护后方能开挖台阶下部。
（3）断层出露于地表沟槽，具隧道为浅埋，可采用地面砂浆锚杆结合地面加固和排泄地表水及防止地表水下渗等措施。
（4）当断层宽度大，岩体极破碎时，可采用注浆管棚和钢架超前支护，管棚长度一般10～40m，能一组管棚穿过断层破碎带，则采用一组管棚，但受地质和施工条件限制，断层宽度大时，可分组设置，纵向两组管棚的搭接长度不小于3.0m。
3工程概况
某隧道工程在出口工区施工时遭遇断层破碎带，宽度在50m左右，围岩能力差，给施工造成极大困难。面对这一现状，综合考虑各种因素，决定采取在拱部设超前小管棚注浆预固结围岩的保护，然后再采用大拱脚台阶法施工的方法。
3.1超前小管棚施工
3.1.1工艺原理
在破碎松散岩体中超前钻孔，打入小导管并压注具有胶凝性质的浆液，浆液在注浆压力的作用下呈脉状快速渗入破碎松散岩体中，并将其中的空气、水分排出，使松散破碎体胶结、胶化，形成具有一定强度和抗渗阻水能力的以浆胶为骨架的固结体，从而提高围岩的整体性、抗渗性和稳定性；使超前小管棚与固结体形成一个具有一定强度的壳体，在壳体的保护下进行开挖支护施工。
3.1.2短距离超前探孔
布孔方式如图2所示，采用人工风钻打眼，断层施工时，必须全程短距离每班超前钻眼预报，钻眼深度不得小于2倍循环进尺并不得小于3.5m，钻眼布置在大垮以上1m、两侧边墙处和拱顶处。
图2 短距离超前探孔布置图
3.1.3长距离的超前探孔
布孔方式如图3布设，采用地质钻机钻孔，钻孔深30m，每次开挖25m，预留5m作为止浆墙，如出现强压力水或泥浆，预示前方可能有岩溶或地下水通道，应加密探孔布置，待水压降至常压时，采取注浆堵水后，经检测各孔水流量符合以下判定标准中可进行开挖施工条件时方可进行开挖，否则暂停开挖。
图3长距离超前探孔布置
3.1.4小管棚及注浆设计
采用Φ42mm小导管布设在拱部，导管外插角10～12°，每环38根，每根3.5m，环向间距40cm/根，纵向间距2.4m/环，即每施作一排小导管，开挖支2.4m，压注1:1纯水泥浆（w/c=1.0），采用P.042.5R普通硅酸盐水泥，注浆压力为0.2～0.3MPa。
3.2施工要点
小导管采用Ф42mm热轧无缝钢管（壁厚3.5mm）加工，小导管前部3排注浆孔，孔径为8mm，孔间距15cm，呈梅花型均匀布置，前端加工成锥形钎头，尾部止浆段长度不小于100cm，以利于小导管安装推进和浆液渗入破碎岩体。
小导管安设如岩体松软，采用YT-28型风动凿岩机直接推送，如遇夹有坚硬岩石处，先用YT-28型风动凿岩机钻眼成孔后再推进就位。
注浆选用KB-50/70液压注浆机注浆，浆液采用搅拌机拌制，为防止浆液从其它孔眼溢出，注浆前对所有孔眼安装止浆塞，注浆从两侧拱脚向拱顶顺序进行；注浆时相邻孔眼间隔开，不能连续注浆，以确保固结效果和注浆量控制。
3.4超欠挖和围岩的扰动控制
为了有效控制超欠挖和减少对围岩的扰动，拱部弧形及边墙周边均采用人工手持风镐分台阶开挖，核心土及中槽部分采用挖掘机开挖，开挖进尺根据围岩稳定性确定为l～2榀钢拱架间距，即0.8～1.6m，边墙按钢拱架的两个单元分两个台阶施工，上下台阶相距2m，左右边墙错开5m，隧底开挖一次成形，每循环进尺1.6m。
3.5锚喷初期支护
3.5.1初支
系统支护拱部采用Φ22组合式中空锚杆，边墙采用Φ22砂浆锚杆，纵、环向间距均为1.0m/根，呈梅花形布置，锚杆每根长4.0m；全环设I20b工字钢钢架，钢架纵向间距为0.8m/榀；拱墙设Φ8钢筋网，网格尺寸20cm×20cm；喷射28cm厚C25喷射混凝土。
3.5.2喷射混凝土施工
（1）施工采用湿喷工艺，强度为C25喷射混凝土，混凝土的强度及施工配合比应通过现场试验确定。喷射机要求密封性能良好，输料连续、均匀，附属机具的技术条件应能满足喷射作业需要。
（2）喷射混凝土前应清除松动杂质，设置控制喷射混凝土厚度的标志（钉设厚度检测钢筋）。喷射中如有松动或脱落的石块、混凝土块应该及时清除，确保施工安全。
（3）如工作面有滴水或淋水，提前做好钻孔埋管的引排水工作。
（4）喷射混凝土的喷射路线须自下而上呈“S”形运动；喷射时，喷头作连续不断的圆周运动，并形成螺旋状前进，后一圈压前一圈三分之一。
3.6钢筋网铺设
钢筋网采用Ф8HPB235钢筋在洞外集中加工焊接成片，洞内安装，网片网格尺寸为20cm×20cm。网片安装搭接长度为1个网格（20cm），钢筋网片搭接必须焊接牢固，网片安装时应紧贴围岩初喷面，与锚杆连接牢固，以保证喷射混凝土时不松动。
4结语
在隧道开挖施工过程中，断层及其破碎带的难度很大、是非常容易出现事故的地段。所以对于那些施工人员来说，是必须要谨慎小心，并提前做好可以在遇到各种突发状况时都能及时处理好的准备，进一步完善支护方案和施工措施，从而更加安全稳妥的穿越断层带。
参考文献：
[1]王志洁．赛里木湖隧道穿越断层破碎带施工技术[J]．城市建设，2009（8）
[2]郑金松．高速公路隧道穿越断层破碎带施工技术探讨[J]．土工基础，2010（2）
论文作者:刘华山
论文发表刊物:《建筑建材装饰》2015年9月上
论文发表时间:2016/9/1
标签：断层论文; 围岩论文; 超前论文; 隧道论文; 导管论文; 注浆论文; 应力论文; 《建筑建材装饰》2015年9月上论文;