特長隧道穿越長大斷層破碎帶設計方案研究

趙建邦

(山西省交通規劃勘察設計院，山西太原 030012)

1 工程概況

山西省大營至神池高速公路，設計速度80 km/h，為兩車道高速公路。野馬梁隧道進口位于原平市雷家裕口村西南方向約600 m處，出口位于尚家溝村南側約200 m處。隧道穿越長大斷層破碎帶，設計為左右線分離式隧道，兩洞左側邊墻最大間距為30 m，隧道總體走向呈268°。右幅起止樁號為K11+045～K16+557，全長5 512 m，起點設計高程1 228．43 m，終點設計高程為1 337．78 m，隧道底板最大埋深335．0 m，位于 K13+280處。左幅起止樁號為ZK11+050～ZK16+562，全長5 512 m，起點設計高程1 228．57 m，終點設計高程為1 337．66 m，隧道底板最大埋深342．0 m，位于ZK13+300處。左右線均屬特長隧道。

2 地質概況

隧址區地質構造、水文地質條件復雜。區內共發現斷層6處，隧道穿越的斷層有5條，在區域上形成單斜—半地塹構造單元，故隧址區巖體節理裂隙較發育，圍巖質量總體上較差。其中穿越的較軟巖段長2 971 m，占隧道總長的54%，圍巖巖體呈較破碎～破碎狀;隧址區洞身范圍內存在地下水，其分布及富水性較復雜。5處斷層中，大廠溝斷層(K15+490處)附近巖體破碎，地表出露的砂巖、頁巖呈碎塊狀，并伴有強烈的變形或錯斷，形成寬約150 m的斷層破碎帶，對圍巖影響嚴重;洞內有地下水分布，出水狀態可能為滴滲水。

地質縱斷面圖見圖1。

3 隧道設計方案

3．1 設計方案的選擇

綜合本工程穿越長大斷層破碎帶的實際情況，設計中要確保絕對安全。以工程類比法進行設計，因隧道結構的垂直壓力較大，在此破碎帶設計中采用了帷幕注漿、雙排小導管及雙層鋼拱架的結構加強設計，并采用單側壁導坑法施工。

圖1 地質縱斷面圖

帷幕注漿可以加固破碎帶段防止涌水、涌泥，還可以阻止地下水突涌。采用雙層鋼拱架可以增強初期支護對破碎巖體的承載力，同時采用雙排小導管注漿，以便增強初期支護，也可確保在穿越長大斷層破碎帶地段的施工安全。

3．2 設計方案

3．2．1 帷幕注漿設計

1)注漿范圍。

漿液擴散區域重疊50%;注漿段長為25 m，開挖20 m，預留5 m(可根據實際情況調整)作為下一段注漿的止漿巖盤。注漿時應注意觀察掌子面的變形情況，必要時做50 cm～100 cm厚的模筑混凝土作為注漿封堵面。開挖隧道過斷層的第一個掌子面時先噴15 cm厚混凝土，現澆40 cm厚混凝土;以后噴15 cm厚噴射混凝土。

2)注漿材料。

采用水泥—水玻璃雙液漿，模數:2．4～3．4，液度:30°Be～45°Be，水灰比取1∶1 ～1∶0．5，注漿壓力為0．5 MPa～1．0 MPa。

3)注漿方案。

注漿孔開孔直徑為102 mm～127 mm，開挖輪廓線上的注漿導管采用5 m～10 m長的φ89～φ108鋼花管作孔口管，中間部分注漿導管采用φ100 PVC花管。注漿應在達到設計終壓之后維持一段時間，注漿壓力沒有明顯下降之時結束。每循環注漿結束后，應做鉆孔檢查和紅外線探測，檢查合格后方可開挖，否則應做補注。在注漿過程中應經常檢查，記錄注漿壓力、注漿量、凝固時間，掌子面以及附近的支護狀況，并根據地質條件變化調整注漿參數。

帷幕注漿設計圖見圖2，圖3。

圖2 帷幕注漿孔縱向布置圖

圖3 帷幕注漿孔口斷面圖

3．2．2 雙排小導管及雙層鋼拱架設計

設計中超前支護采用φ42長度4．5 m的小導管，外插角為10°，小導管支護范圍為120°;初支采用 φ25自鉆式錨桿，長度450 cm，間距50 cm(縱)×80 cm(環);雙層 φ8鋼筋網，間距20 cm×20 cm;第一環Ⅰ22b工字鋼，縱向間距50 cm，噴C25早強混凝土29 cm;第二環Ⅰ20b工字鋼，縱向間距50 cm，噴C25早強混凝土27 cm;二襯采用模筑C30鋼筋混凝土60 cm;預留變形量為15 cm。錨桿按梅花形布設。

破碎帶襯砌設計圖見圖4。

圖4 破碎帶襯砌設計圖

3．2．3 單側壁導坑法設計

長大斷層破碎帶巖體破碎，易滑動，采用單側壁導坑法，可以有效控制破碎體沉降。開挖時，將斷面分成兩大塊，其中每一塊采用上下臺階法開挖，側壁導坑尺寸根據地質條件、斷面形狀、機械設備和施工條件而定，寬度取洞寬的1/2［2］。

側壁導坑采用Ⅰ16工字鋼與初支鋼拱架連接，導坑范圍為拱部60°;φ42超前小導管，長度450 cm，環向間距40 cm，外插角10°;φ25早強砂漿錨桿，長度300 cm，間距50 cm(縱)×100 cm(環);φ8鋼筋網，25 cm×25 cm;噴C25早強混凝土20 cm。單側壁導坑法設計圖見圖5。

圖5 單側壁導坑法設計圖

4 結語

1)由于長大斷層破碎帶整體上屬于軟巖，附近巖體節理裂隙發育，巖體破碎，地質條件較差，為避免在開挖施工過程中出現塌方，因此，在設計過程中，必須采取一系列有效措施，來增強結構承載力。

2)加深對新奧法的理解，堅持按新奧法原則設計，設計中通過帷幕注漿、雙排小導管、雙層鋼拱架及單側壁導坑法施工，以貫徹新奧法設計理念。

［1］ JTG D70-2004，公路隧道設計規范［S］．

［2］ JTG/T D70-2010，公路隧道設計細則［S］．