超大斷層破碎帶隧洞施工技術

曹海波

摘 要：闡述了長沙引水工程23標崔家沖特殊地質處理工程在施工過程中對超大斷層破碎帶采取的處理措施，主要指出破碎帶的注漿機制。從破碎帶巖體注漿方案設計、注漿設備、長管棚及超前支護施工工藝、施工方法、施工技術措施和施工質量控制等方面，系統研究了長沙引水及地質環境崔家沖特殊地質工程隧洞的破碎帶超前注漿技術、長管棚施工技術及超前支護技術等。

關鍵詞：隧道；超大破碎帶；注漿；長管棚；超前支護

長沙引水工程輸水隧洞全長43794m，于2006年3月開工，施工過程中建設方多次邀請國內知名專家深入工程現場進行施工指導，隧洞施工整體進展順利。當隧洞工程完成掘進43686m，永久襯砌已完成41746m時，在砰山3#隧洞上游～崔家沖隧洞下游段，遇區域性高棱山壓扭性斷層F86，連續出現了多次涌水及塌方，致使尚差108m隧洞未能貫通，樁號里程為K42+412～K42+520。嚴重制約了引水工程建設進度。該隧洞穿越區域性高棱山壓扭性斷層F86，破碎帶范圍大，結構松散，地下水豐富，洞內涌水量每天達9000m3，外水壓力最大水頭達100m，水文地質條件惡劣，為世界上罕見的隧道施工中的大斷裂。

1 F86斷層地質情況

F86斷層為區域性高棱山壓扭性斷層，具有延伸長、規模大的特點，基本沿近南北走向的崔家沖沖溝發育.現場踏勘該斷層延伸長25.0km左右，寬度100m左右，向北西和南東向延伸；其中北西向延伸穿過一山脊，南東沿沖溝延伸。

該斷層上盤出露在隧洞的樁號為K42+412，下盤出露在隧洞的樁號為K42+505～K42+507。產狀：N10°～20°W，NE（SW）∠85°～90°.擠壓強烈，破碎帶寬50～90m，破碎帶內充填的物質主要為黃褐色斷層板巖、砂質板巖、炭質板巖和糜棱巖碎塊等，主要為泥質膠結，膠結較差，較松散，透水性強。與洞軸線交角63°～73°。

2 超前注漿

考慮到崔家沖隧洞斷層破碎帶的特點（分布、規模、工程力學特性等），參考國內外多條水工隧洞的實際施工經驗，分析認為在隧洞不良地質段超前加固，采用洞內超前注漿。超前注漿主要目的是改善F86斷層內松散介質體的結構條件，達到開挖不良地質洞段松散體固結和止水效果。洞內固結注漿加固范圍為隧洞及隧洞開挖輪廓線外5m圍巖，隧洞底部開挖輪廓線外3m圍巖，注漿孔布置為水平孔和散射斜向孔（保證隧洞開挖線外有不小于5m圍巖形成固結止水圈），漿液確定采用水泥水玻璃雙液漿液及環氧樹脂化學注漿漿液。崔家沖隧洞洞內超前注漿孔布置圖見圖1。

3 注漿施工工藝

斷層破碎帶超前預注漿施工工藝。詳見圖2（轉P87）。

4 施工技術措施

1）注漿工作面開挖一次到位，并符合設計規范要求。

2）每個鉆孔設孔口管，在鉆孔中發現有大量泥沙從孔中涌出跡象時，及時退鉆，進行頂水注漿，防止砂土顆粒的大量流失。

3）加強對止漿墻及作業面附近隧洞斷面的沉降變形監測，必要的應力檢測，確保注漿施工安全。

4）嚴格按擬定的鉆孔、注漿施工方案進行實施。鉆孔方向、深度嚴格按設計要求進行。孔口管的埋設要牢固、密實。

5）根據超前鉆孔探測，隨時測量水量及水壓，核實地質情況。如與設計不符，及時向監理工程師提出，以便迅速變更設計參數，調整施工方案。

6）如發生漿液竄孔，則停止注漿，立即在竄漿的孔上安裝球閥，再進行注漿。當注漿孔達到終孔標準時，則可以認為竄漿孔同時也達到終孔標準。

7）施工過程中作好注漿施工記錄及各種檢查測量記錄，用于注漿分析。

8）注漿壓力由小逐漸調大，分級升壓。

5 注漿施工質量控制

1）鉆孔過程中，如遇到鉆孔出水量明顯增加時，則停止鉆進，盡量減少鉆注施工過程中水量排出，安設注漿管注漿。

2）注漿前先進行注漿現場試驗，注漿參數通過現場試驗在實際施工中根據具體情況及時調整，以獲得較好的注漿加固效果。

3）配制漿液嚴格按照制漿要求按順序投料，不得隨意增減數量。水泥在倒入攪拌桶前去除雜物，在倒入口安裝濾網。

4）水泥漿攪拌好放入儲漿桶后，在吸漿過程中不停攪動，防止漿液離析，影響配比參數。

5）注漿泵吸漿頭用紗網包裹，并間隔一定時間提起吸漿頭晃動，防止漿液堵塞吸漿頭。

6）注漿管路連接完畢后，先壓水檢查注漿管路的密閉性，保證連接牢固，防止高壓下脫開對人員造成傷害。

7）注漿開始時，先打開進漿閥，再關閉泄漿閥，注漿結束時，先打開泄漿閥，再關閉進漿閥，待泄壓后拆卸注漿管路，以保證不堵管，不影響注漿質量。

8）注漿過程中遇到突然停電時，立即用高壓水沖洗凈管內的漿液。如停電時間較長時，注漿管和注漿泵拆下沖洗，將攪拌機中漿液放入儲漿桶后清洗攪拌機。

9）注漿過程中，若地層吸漿量很大，注漿壓力長時間不上升，可通過調整漿液配比，縮短漿液膠凝時間，以達到注漿目的。

10）注漿過程中，如注漿壓力突然上升，立即停止注漿工作，打開泄漿閥泄壓，查明原因后再決定該孔是否繼續注漿。如果是管路堵塞，清除故障后繼續注漿；如果管路未堵塞，繼續注漿時仍舊出現壓力突然上升，可結束該孔注漿。

11）注漿過程中，發生跑、漏漿現象嚴重時，可通過間歇注漿或通過調整漿液配比縮短凝膠時間的方法進行封堵。如果發現效果不明顯，可暫停對該孔注漿。

12）注漿過程中，要保持注漿管路暢通，防止因管路堵塞而影響注漿結束標準的判斷。

13）嚴格按照設計的段長進行分段注漿，不得任意延長分段長度；必要時可進行重復注漿，以確保注漿質量。嚴格進行注漿效果檢查評定，符合要求時才能結束注漿作業。當未達到注漿結束標準時，進行補孔注漿。

14）注漿壓力從低到高逐漸加壓，但注漿壓力不得超過設計最大壓力，達到設計注漿量即可停止注漿，避免過多的擾動地層。

6 結 語

斷層破碎帶是隧洞開挖過程中常見的不良地質現象。在多數情況下，斷層破碎帶是作為一個低強度、易變形、透水性大、抗水性差的軟弱帶存在的，與其他巖體在物理力學特性上具有顯著的差異。在斷層破碎帶地段進行隧洞施工時，靠常規的隧洞施工技術和施工方法很難克服隧洞塌方、突水、突泥等地質災害。因此，施工除了遵守一般技術要求外，還應采取針對性較強的輔助方法，而注漿即是目前主要的施工工法之一。通過研究長沙引水及水質環境崔家沖特殊地質工程隧洞108m長的斷層破碎帶，巖體中的注漿技術，主要成果總結如下： 理論研究了斷層破碎帶的注漿機制，指出破碎帶巖體注漿機制在崔家沖工作面，地層經多次坍塌發生大規模泥石流，地層已成松散結構，采用壓密注漿；砰山工作面，節理裂隙發育，巖石破碎，滲水量大，采用劈裂注漿。從破碎帶巖體注漿方案設計、注漿設備，長管棚及超前支護施工工藝、施工方法、施工技術措施和施工質量控制等方面，系統研究了長沙引水及水質環境崔家沖特殊地質工程隧洞的破碎帶超前注漿技術、長管棚施工技術及超前支護技術等。方案已經應用于工程實踐，取得了相當好的效果。