淺談隧道穿越斷層破碎帶施工

文/高宇 中交一公局第四工程有限公司 廣西南寧 530031

1、引言

斷層是隧道施工中最常見的不良地質(zhì)現(xiàn)象，斷層破碎帶分布區(qū)段是隧道圍巖最不穩(wěn)定的區(qū)段，斷層及其破碎帶又是淤泥帶最主要的儲存場所，賦存于斷層及其破碎帶中淤泥帶是隧道突水突泥等地質(zhì)災(zāi)害的最主要源泉。

某隧道地質(zhì)條件復(fù)雜，軟弱圍巖、斷層破碎帶等不良地質(zhì)分布，隧道穿越不良地質(zhì)時極易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害。斷層破碎帶巖體具有強度低、遇水弱化崩解、裂隙分布廣、地下水運移無規(guī)律等特征。當(dāng)隧道通過不良地質(zhì)時，在地應(yīng)力、水壓力及開挖擾動的聯(lián)合作用下，隧道極易發(fā)生塌方以及突水、突泥等災(zāi)害。見 圖1、圖2

2、施工方案

隧道斷層破碎帶施工按照“先探測、管超前、預(yù)注漿、半斷面、短進尺、弱爆破、強支護、緊封閉、勤量測”的原則進行。

YK65+060～YK65+500段位于泥盆系下統(tǒng)蓮花山組下段（D1I1）與寒武系水口群中亞組接觸帶內(nèi)，帶內(nèi)巖石風(fēng)化強烈，巖體極破碎，裂隙極發(fā)育，富水性好，地下水豐富，隧道涌水方式以股狀或涌流狀，在豐水期強降雨后，出現(xiàn)突水、突泥現(xiàn)象可能性較大。為確保施工過程中不發(fā)生安全事故，順利通過斷層破碎帶，有效降低施工階段發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害所引發(fā)的風(fēng)險，特制定以下施工方案。

首先按照設(shè)計文件要求采用綜合超前地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng)（主要采用TSP203及超前地質(zhì)鉆孔、地質(zhì)雷達等）進行超前地質(zhì)預(yù)測，結(jié)合地質(zhì)勘測資料和地質(zhì)素描對前方地質(zhì)進行綜合判斷，根據(jù)判斷結(jié)果確定是否注漿和采取哪種注漿方案，以及后續(xù)開挖過程中采取什么樣的輔助措施，開挖過程中加強對開挖后的地段進行監(jiān)控量測，根據(jù)量測結(jié)果指導(dǎo)后續(xù)施工。見圖3

圖1 隧道出口端平面圖

圖2 隧道出口端縱斷面圖

2.1 超前地質(zhì)預(yù)報

TSP與超前地質(zhì)鉆探組合：適用于在工程地質(zhì)復(fù)雜地段，僅采用TSP超前地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng)不能滿足需要時，用補充超前地質(zhì)鉆孔對TSP預(yù)報成果加以核查與確認。探測布孔如圖4所示。

短距離地質(zhì)預(yù)報：-般采用地質(zhì)雷達法（GPR）進行短距離預(yù)報，一般地段洞身每20m施作一次，所有隧道全隧道進行，應(yīng)采用技術(shù)先進、可靠，性能良好的設(shè)備進行，并由有經(jīng)驗的人員操作和判斷。其工作原理如圖5所示。

2.2 洞身開挖

隧道斷層破碎帶軟弱圍巖采用環(huán)形開挖預(yù)留核心土法施工。環(huán)形開挖預(yù)留核心土法是在上部斷面以弧形導(dǎo)坑領(lǐng)先，并及時進行支護，其次開挖下半部兩側(cè)，再開挖中部核心土的方法。見 圖6

2.3 初期支護

（1）拱架安裝

圖3 流程圖

圖4 布孔探測示意圖

圖5 GPR示意圖

圖6 洞身開挖示意圖

圖7 注漿示意圖

鋼架按設(shè)計要求安裝，嚴(yán)格控制中線及標(biāo)高，確保安裝質(zhì)量。安裝前分批按設(shè)計圖清除干凈底腳處浮碴，超挖處加設(shè)鋼（混凝土）墊塊，超挖較大時，拱背噴填同級混凝土，以使支護與圍巖密貼，控制其變形的進一步發(fā)展。其中間段接頭板用砂子埋住，以防混凝土堵塞接頭板螺栓孔。按設(shè)計焊接定位筋及縱向連接筋，段間連接安設(shè)墊片擰緊螺栓。確保初噴質(zhì)量，在初噴4cm砼后及時架設(shè)鋼架并盡快復(fù)噴，使鋼架與噴砼結(jié)構(gòu)共同受力。拱架安裝后必須保證垂直度，不能發(fā)生扭曲變形。

（2）鋼筋網(wǎng)掛設(shè)

鋼筋網(wǎng)一般在錨桿施工完畢進行，人工鋪設(shè)貼近巖面，有鋼支撐時，將鋼筋網(wǎng)點焊在兩榀鋼支撐的外弧上；無鋼支撐時，通過與錨桿焊接固定在開挖的輪廊面上，且隨巖面起伏鋪設(shè)。

（3）濕噴混凝土

采用濕噴工藝，嚴(yán)禁采用干噴工藝。采用濕噴機械臂噴砼。水泥選用42.5級普硅水泥，速凝劑要求初凝不超過5min，終凝不超過10min，砂采用機制砂，干凈無污染，適宜用于隧道內(nèi)噴射混凝土。石料采用質(zhì)地堅硬的碎石，其最大粒徑不大于10mm。

在噴射混凝土之前，開挖后檢查開挖斷面凈空尺寸,找頂、撬幫完成立即進行初噴封閉圍巖，充分發(fā)揮圍巖的自穩(wěn)能力。初噴混凝土采用濕噴機配機械手進行作業(yè)。

拌料時嚴(yán)格掌握規(guī)定的速凝劑摻量和混凝土配合比，噴射距離一般為0.8m～1.2m，且垂直于巖面。初噴厚度4cm，復(fù)噴每次7cm～10cm，直至設(shè)計厚度。

2.4 斷層破碎帶注漿施工

（1）突水段掌子面注漿

注漿采用“深淺孔組合注漿”方式，外層注漿管長度為20m，內(nèi)層注漿管長度為30m。注漿鋼管間距1.0×1.0m，梅花形布置，外插角宜取5°～25°，注漿材料為水泥漿，取水灰比0.6：1～3：1（重量比），注漿壓力0.5～1.0Mpa，漿液配合比和注漿壓力可以通過現(xiàn)場試驗確定，灌漿漿液的濃度應(yīng)由稀到濃，注漿壓力由低到高，逐級變換。

前期注漿孔宜采用單孔注漿量控制，當(dāng)單孔注漿量達到設(shè)計單孔注漿量時，即可換孔注漿，后期注漿孔宜采用注漿終壓控制，達到設(shè)計注漿終壓時，且注漿孔注入率小于40L/min時，延續(xù)20～30min，即可結(jié)束注漿。見 圖7

（2）突泥段注漿

突發(fā)性突水涌泥的治理設(shè)計原則為“鞏固后方、注漿加固、分部成環(huán)、支護加強”等綜合整治，注漿材料為水泥水玻璃雙漿液，水泥水玻璃配合比為1：0.5，水泥漿水灰比1：1（重量比），水玻璃濃度為35波美度，模數(shù)為2.4，注漿壓力為0.3～0.8Mpa，漿液配合比和注漿壓力可以通過現(xiàn)場試驗確定，灌漿漿液的濃度由稀到濃，注漿壓力由低到高，逐級變換。見 圖8

2.5 監(jiān)控量測

開挖過程中嚴(yán)格實施監(jiān)控量測工作，針對監(jiān)控量測數(shù)據(jù)及時分析，以真實有效的監(jiān)控量測數(shù)據(jù)為指導(dǎo)，根據(jù)監(jiān)控量測結(jié)果變化突變時，及時調(diào)整現(xiàn)場施工參數(shù)。監(jiān)測的項目、監(jiān)測的頻率、監(jiān)測的數(shù)據(jù)分析、監(jiān)測的預(yù)警等與斷層破碎帶施工方案中監(jiān)控量測方案一致外，還應(yīng)增加隧道滲水、涌水量、水壓的監(jiān)測，為施工方案的確定、調(diào)整提供參考依據(jù)。見 圖9

圖8 注漿示意圖

圖9 監(jiān)控量測流程圖

隧道涌水量及涌水含泥量與含砂量觀察：根據(jù)涌水情況，在隧道排水溝內(nèi)每50m～200m設(shè)置一個涌水量監(jiān)測點，對隧道涌水量進行測試和評估，以此指導(dǎo)隧道結(jié)構(gòu)防水堵排對策，從而達到隧道結(jié)構(gòu)防水的“限量排放”的目的。同時為了保證隧道排水系統(tǒng)的暢通，不定期的對隧道初期支護段涌水進行取樣分析測試其含泥量和含砂量，根據(jù)其水質(zhì)狀況采取必要的堵排措施，防止排水導(dǎo)致隧道排水系統(tǒng)的堵塞和淤積現(xiàn)象發(fā)生。

方法：涌水量采用三角形圍堰法或浮標(biāo)進行測試，而含泥量與含砂量則采用烘干后秤取重量法進行測試。

結(jié)論：

穿越斷層破碎帶的隧道施工應(yīng)按照“先探測、管超前、預(yù)注漿、半斷面、短進尺、弱爆破、強支護、緊封閉、勤量測”的原則進行。