中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司 浙江杭州 311100
摘要：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。常见的安全事故有隧道塌方、突水、突泥等，为避免不必要的灾害事故的发生，必须进行开挖支护施工。基于此，本文主要对隧道穿越断层破碎带开挖支护施工技术进行分析探讨。
关键词：隧道；穿越断层破碎带；开挖支护；施工技术
1、工程概况
大坡隧道起讫里程为DK92+550～DK99+228，全长6678m的双线隧道，洞身最大埋深727m，最小埋深44m。隧道采用进、出口各1座平导辅助施工。隧道进口平导起讫里程PK92+570～PK95+870，长度3300m，位于线路左侧25m，与线路平行，设计坡度与正洞一致。平导与正洞间每隔500m设一处横通道作为疏散通道，共设7处，后期作为疏散隧道及运营排水通道。隧道出口平导起讫里程PK97+225～PK99+192，长度1967m，位于线路左侧25m，与线路平行，设计坡度与正洞一致。共设4处横通道，后期作运营排水通道。隧道进口段DK92+550～DK95+600（3050m）及出口段DK98+810～DK99+228（418m）为可溶岩段落，DK95+600～DK98+810（3210m）为非可溶岩段落，非可溶岩及可溶岩形成不同的地形地貌。隧道DK92+550～DK93+671.710、DK97+315.661～DK98+540.480段位于R=4500m的曲线上，其余均位于直线段上；洞身纵坡依次为17.4‰/1300，17.5‰/2750，8‰/600，-3.5‰/2028。
2、破碎带断裂构造
大坡隧道无区域性深大断裂、活动断裂分布，主要有北东向或北北东向压性或压扭性断裂、北西向张扭性及扭性断裂、北东向纵向张性断裂。分布的主要断裂构造以褶皱过程中的伴生断裂为主，多与褶皱轴线平行。其中冼洛压性断裂支断裂为逆断层，位于二坪背斜的西北翼，走向与背斜轴部平行，为N40°E，倾向北西，倾角高达70°～80°，正弦曲线状。下盘为寒武系地层，上盘为奥陶系与志留系地层。断裂破碎带宽100～200m，沿断层及其两旁，岩石破碎，构成相当破碎的压碎岩及断层角砾。方解石脉呈网络状穿插破碎带中。二坪压性断裂断层总的走向N60°E，与二坪背斜轴向大致平行。倾向北西，倾角60°～70°，上盘为寒武系下统清虚洞组灰岩，下盘为寒武系下统明心寺组砂岩，断层破碎带宽80～150m，沿断层岩石有破碎，但不很发育，以压碎岩为主。
3、隧道断层开挖支护施工技术
3.1施工工序
隧道Ⅴ级软岩、浅埋、偏压及断层破碎带，采用3台阶临时仰拱法。施工顺序：超前支护→上台阶开挖→支护→下台阶开挖→支护→仰拱→仰拱填充→拱墙衬砌。有钢架时下台阶必须单侧错开开挖。使用光面爆破技术进行开挖，设计台阶的长度为5～8m，每一次循环进尺保持在2m内。
3.2支护施工
3.2.1洞口长管棚
（1）导向墙施工。导线墙设计界面尺寸为1×1m，使用C25混凝土，导向墙使用2榀I20a工字钢，在钢架的外缘布置厚度为5mm的导向钢管，对钢架和钢管进行焊接，各个单元使用螺栓进行连接。
（2）长管棚施工。在现场将长管棚加工好以后，使用汽车运输到工作面，使用管棚钻机进行长管棚的施工，一次性完成长管的安装，并使用套管跟进法进行钻进，使用高压注浆泵进行注浆。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆设计注浆压力为0.5～2MPa，浆液水灰比为1∶1，在进行注浆之前要先进行注浆试验，并结合具体情况对注浆参数进行调整，完成注浆后，利用M10水泥砂浆对钢管进行填充，按照Q=πR2Lη估算单根管棚的注浆量，在公式中注浆钢管花管之间的距离为L0，浆液扩散半径为R=0.6L0，围岩孔隙率为η，钢花管长度为L0在进行注浆时，根据钢管施钻的顺序从小到大逐步增加压力。
3.2.2超前小导管
在施工现场对小钢管进行加工，并采用喷射混凝土的方法对岩面进行喷射，使用凿岩机进行钻孔。并利用凿岩机顶推力将小导管推送到孔中，利用测斜仪对钻孔角度进行控制，使用注浆泵将水泥砂浆压入。以紧挨开挖面的钢架作为超前小导管的支点，并从钢拱架穿过，钢架和尾段焊接，将钢管打入后进行注浆，形成管栅支护环。在0.5～1之间调节水灰比，先注入稀浆液，然后逐渐将浆液浓度调整至1。位于土层时，小导管压住水泥浆的压力≥2MPa，其他地段压注水泥砂浆，压力控制在＞1MPa。在注浆过程中，出现串浆时，安排多台注浆机同时进行注浆。当注浆机数量比较少的时候，要堵塞串浆孔。轮到此管进行注浆时，将封堵物拔下，然后使用细钢筋或铁丝清除干净管中的杂物，并利用水或高压风冲洗干净，然后再进行注浆。当出现水泥浆液的进浆量非常大，但压力却持续不升高的情况时，要对浆液的配合比和浓度进行调整，减缓胶凝的时间，采用间歇式注浆或小泵量低压力注浆的方式进行施工，为了便于凝胶，浆液在裂隙中要有一定的停留时间，但是停留时间要控制在混合浆胶凝时间以内。
3.3开挖技术
（1）对浅土层路段采用换土技术。在高填土路基的表层常常会使用比较软质的土壤以节省土料，此类方法并不适用于所有土层路段。此时，可以在浅土层路段进行换土，采用新型的硬质土料，将软质土料清除，提高路基的整体强度，增强路面荷载能力。
（2）开挖时采用CGF桩作为地基。CFG桩是一种复合结构地基类型，将桩体、桩周地基及桩基上层用土褥压实。采用水泥粉煤灰碎石打桩，为稳定纯粹散体材料的特性，需要将水泥浆加入至碎石桩中，使全桩能够加强其侧阻能力和端阻能力。CFG桩地基抗压力、阻力较强，能够有效保持土料固结而不被雨水冲刷，同时加固了路面的压实密度。
（3）设置支架初撑。山区地质形态松散，必须在施工时用支架初步支撑，并配合冲击夯对高填土路段进行分层压实，尔后方可进入隧道进行支护开挖。例如，四川省花灵山某路段高速公路在2014年年初竣工，其隧道穿越断层破碎带施工时，采用钢筋混凝土制成的支架作为隧道施工时的支撑，投入应用后仍然发挥着其应有的作用。
（4）桥涵隧道地段路基采用压浆处理。山区的桥涵隧道地形复杂，施工条件差，对此处路基采用压浆处理，能一次性解决护道、挡土墙及路边堤的稳固，避免了施工完结后的修缮。
（5）设置开挖时的路基排水层。建立路基板底透水层。沿路基内部边缘设置纵向透水层，渗透结构采用沿路面结构层的方式，在层间空隙或某一透水层次横向流入透水性材料组成的纵向集水沟，使之汇流并入沟内底部的带孔集水管中，再由纵向透水层排出板底结构之外，从而使设置于边缘的透水层将面层、基层和路肩界面处积滞的自由水排离路面结构。
3.4超前地质预报与监控测量
其监测预报方案主要有掌子面地质素描法和物探法:①掌子面地质素描法，即在隧道的左右线设置断面间距，在每个间距作测量面的监控与加密处理;②物探法，在断层结构较为弱化的部分，根据其岩层走向设置曲线物探，通过曲线变化参数测量断层带容易出现事故的发生几率和支护效果的优劣，从而及时发现问题，及时处理。
4、结语
综上所述，隧道穿越断层破碎带开挖支护施工难度较大，涉及的复杂构造面广且点多。在实际施工中需要克服较大的困难和阻力，施工技术是关键。根据不同的环境和地质构造采用合适的施工技术，能够提高施工质量、使施工更为顺利。
参考文献：
［1］张梅．岩溶隧道高压富水充填溶腔释能降压新技术［M］．北京:科学出版社，2010．
［2］张民庆，黄鸿健，苗德海，等．宜万线隧道工程岩溶治理技术与工程实例［J］．铁道工程学报，2008(1):26－36．
论文作者:潘乘浪
论文发表刊物:《防护工程》2017年第19期
论文发表时间:2017/12/8
标签：隧道论文; 断层论文; 注浆论文; 浆液论文; 透水论文; 路基论文; 钢架论文; 《防护工程》2017年第19期论文;