隧道穿越淺埋斷層帶圍巖大變形處理技術(shù)

林大偉

(瑞安市交通投資有限公司，浙江 瑞安 325200)

隧道作為公路重要組成部分，在施工中可能會遇到淺埋斷層破碎帶等不良地質(zhì)，若為滿足線性要求無法躲避，則要根據(jù)實際情況，制定有效的應(yīng)對和處理技術(shù)，將不良地質(zhì)可能帶來的影響降低最低程度，保證施工順利完成，并達到預(yù)期的質(zhì)量和安全目標。

1 工程概況

本工程整個路線呈南向北走向。設(shè)置1座隧道，為僅限通行非危險化學(xué)品等機動車的城市三類隧道。本隧道為上下行分離式隧道，左洞長度為1 447 m，右洞長度為1 450 m，隧道凈寬為13.25 m，凈高為5.0 m，采用削竹式進口與魚骨式出口。隧道隧址內(nèi)構(gòu)造以斷層破碎帶及侵入巖脈為主，段內(nèi)斷層破碎帶及巖脈與線路呈大角度相交，隧道穿越斷裂帶及巖脈隨近巖體破碎，圍巖質(zhì)量差。

2 淺埋斷層帶的隧道變形處理

根據(jù)隧道地質(zhì)情況，該隧道的初期支護可能產(chǎn)生嚴重變形，并侵入到隧道的二次襯砌，對以后正常施工有很大影響，如圖1所示。為保證二襯質(zhì)量并滿足營運基本要求，減少拆換，制定了下列變形處理措施。

圖1 初支侵限

(1)對隧道縱坡進行調(diào)整。在線路允許的基礎(chǔ)上，適當(dāng)調(diào)整路線縱坡，從2.6%調(diào)整至3.15%，經(jīng)過這樣的調(diào)試，相較于之前，隧道洞口的設(shè)計高程減小50 cm左右，能有效減少拆換。

(2)對隧道內(nèi)輪廓進行優(yōu)化。在不影響建筑界限的基礎(chǔ)上，對隧道內(nèi)輪廓進行優(yōu)化，減小40 cm的拱部高度，以此減少對已有初期支護結(jié)構(gòu)的拆除，并有效保證施工過程安全。優(yōu)化前后對比如圖2所示。

圖2 優(yōu)化前后對比(單位：cm)

(3)對侵限段落的初期支護進行拆換。現(xiàn)場利用人工對地表裂縫進行夯填，并開挖排水溝促進地面排水，避免地表水進入到裂縫對圍巖造成影響，使其失穩(wěn)；在拆換開始前，先在拆遷區(qū)域的前后設(shè)置臨時鋼架，以加強支護，并在初期支護和鋼架之間的空隙設(shè)置方木塊，然后對周圍的圍巖采取注漿法加固；為了使初期支護結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定，在拆換開始前，需要在保留鋼架的端頭，即和新增鋼架之間的連接處布置長度為4 m的砂漿錨桿，待以上工作完成后，對侵限的初期支護進行拆除，同時開始擴挖，直到新開挖輪廓線(由于采用了較大的拱腳，所以新輪廓線是在原輪廓線上增加了5 m)，然后噴射一層厚度為9 cm的混凝土對開挖面進行封閉成環(huán)，之后對新鋼架進行安裝，其型號和原設(shè)計完全相同，在新鋼架的端頭處通過鎖腳錨桿的設(shè)置加固，最后復(fù)噴一層混凝土，直到厚度與設(shè)計要求完全相符。在實際的拆換過程中，需要按照從上到下的順序?qū)υ踔ЫY(jié)構(gòu)進行鑿除，同時逐個進行鋼架的拆裝，每一次的拆裝數(shù)量要控制兩榀以內(nèi)，并且在拆裝時還應(yīng)做好監(jiān)控量測，注意其頻率，一般每天都要測量3次以上，同時按照5 m的距離劃分測量斷面。開挖下臺階，對邊墻和仰拱進行初支，利用斜撐為開挖完成后產(chǎn)生的懸空處提供支撐，并及時進行仰拱施工與混凝土填充。

(4)對還沒有施工段落的支護參數(shù)進行適當(dāng)調(diào)整。以施工現(xiàn)場的實際情況為依據(jù)，為了防止沉降變形的發(fā)生，對還沒有進行施工的特殊段，應(yīng)實行大拱腳開挖施工，并在隧道的兩側(cè)設(shè)置槽鋼，最后對支護措施做適當(dāng)調(diào)整。

3 淺埋斷層帶隧道變形施工控制與注意事項

根據(jù)隧道初支結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形沉降的主要原因，在實際的開挖施工中，必須提高施工管理力度，對設(shè)計參數(shù)予以優(yōu)化，將圍巖的變形控制在允許范圍之內(nèi)。

3.1 隧道超前支護

采用雙層小導(dǎo)管通過注漿實現(xiàn)超前支護，在注漿的過程中要以注漿的壓力與注漿量為依據(jù)對所有注漿參數(shù)進行調(diào)整，確保拱部圍巖可以形成一個穩(wěn)定的自承拱，進而減小初支鋼架受到的壓力。

3.2 采用正確可行的施工方法

隧道開采采用微臺階法進行，采用槽鋼對鋼架的基底進行縱向連接，對于循環(huán)開挖進尺，按0.5 m嚴格控制，完成對上臺階的開挖施工后，立即進行臨時仰拱的施工，以實現(xiàn)封閉成環(huán)；上、下臺階之間的距離應(yīng)控制在15 m以內(nèi)，如果超出15 m，需停止對上臺階的開挖，對下臺階進行施工，以此確保仰拱和它的初支結(jié)構(gòu)都能盡可能早的封閉成環(huán)。另外，在必要的情況下，還需要對掌子面實施混凝土噴射，以實現(xiàn)封閉。

3.3 開挖方式

爆破應(yīng)采用預(yù)裂爆破的方法，并采用淺孔爆破來取代深孔爆破，在放小炮的基礎(chǔ)上盡可能不予放炮，以免對圍巖造成太大的擾動，當(dāng)條件允許時，可采用機械設(shè)備進行開挖，將開挖對圍巖造成的擾動降至最低。

3.4 變形量的預(yù)留

因地下工程具有很強的不可預(yù)見性和復(fù)雜性，而且斷層破碎帶的圍巖自穩(wěn)能力很差，所以為了防止圍巖出現(xiàn)變形導(dǎo)致侵入界限，需要允許圍巖發(fā)生一定程度的變形，也就是將這一特殊段落的預(yù)留變形量調(diào)整到30 cm。

3.5 地下水與施工用水

工程實踐表明，水是影響圍巖，尤其是軟弱圍巖自身力學(xué)性質(zhì)的主要因素，不論地下水或施工用水，均會造成很大的影響，不僅會使支護結(jié)構(gòu)所受到的荷載明顯增加，而且還會減小圍巖本來就不高的承載力，對初支結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性造成影響。勘察表明，該段圍巖主要是泥巖和泥質(zhì)砂巖，如果遇水，將產(chǎn)生軟化，因此施工過程中可通過對導(dǎo)流管的設(shè)置使水進入到側(cè)溝當(dāng)中實現(xiàn)排放，以此從根本上解決基底處圍巖被水長時間浸泡的問題。

3.6 做好監(jiān)控量測

在隧道開挖完成后進行初支結(jié)構(gòu)施工的同時，還要根據(jù)工程的設(shè)計要求開展監(jiān)控量測，監(jiān)控量測的內(nèi)容應(yīng)包括：隧道拱部的實際沉降；圍巖發(fā)生的瘦臉變形，即水平與垂直方向的位置，圍巖內(nèi)部發(fā)生的變形，混凝土噴層受到的壓力，錨桿的軸力。對這些監(jiān)控量測數(shù)據(jù)進行收集、分析與反饋，并結(jié)合圍巖變形具有的特點和地壓實際分布情況，能確定圍巖變化遵循的規(guī)律，以及現(xiàn)有各個支護結(jié)構(gòu)所處工作狀態(tài)，找出導(dǎo)致洞室破壞的主要原因，從而制定具有針對性和目的性的解決措施，包括工程措施與非工程措施，實現(xiàn)對沉降的有效控制。

4 結(jié) 論

在隧道開挖施工中，若存在軟弱圍巖段，則有可能造成很大的破壞，而且破壞還具有突發(fā)性，但存在一定規(guī)律可循。實際施工中，需要最大限度發(fā)揮新奧法具有的特點及優(yōu)勢，將通過監(jiān)控量測獲得的數(shù)據(jù)結(jié)果作為依據(jù)，對導(dǎo)致圍巖變形的主要原因進行分析，制定有效的防止和處理措施。

本次根據(jù)工程實際情況，對當(dāng)隧道需要從斷層破碎帶中穿過時導(dǎo)致變形沉降產(chǎn)生的主要原因和能防止病害發(fā)生的措施進行了分析介紹，旨在為之后的工程建設(shè)提供正確指導(dǎo)，以起到可以達到的最佳工程效果的作用。

當(dāng)隧道需要從諸如斷層破碎帶等較為復(fù)雜和特殊的不良地質(zhì)段中穿過時，在工程設(shè)計過程中就應(yīng)該盡可能的增加兩個隧洞之間的距離，以免在隧道開挖施工中造成相互影響，產(chǎn)生安全或質(zhì)量問題。