公路隧道穿越富水斷層破碎帶預注漿加固處理技術

雷明林，武剛，潘俊濤

（云南省公路科學技術研究院，昆明650051）

1 引言

在開展隧道以及其他地下項目施工的過程中，通常都會涉及穿越斷層破碎帶，在穿越破碎帶的過程中，經常會發生一定規模的突水突泥地質災害，不僅影響了隧道施工安全，還給周邊環境帶來了巨大的威脅，嚴重制約著隧道建設的和諧發展。所以，為了提高項目施工過程中的安全性和穩定性，項目設計人員以及施工人員必須深入研究穿越斷層破碎帶的施工過程，然后根據項目實際情況采取有效的加固措施及時進行預防和治理。

2 斷層巖注裝加固機理

首先，需要深入分析斷層破碎帶巖體注漿加固機理：采取有效的注漿加固措施可以明顯提高巖土的力學性能，進一步增強巖體的強度和密實度，且巖體的抗變形能力在注漿加固措施的應用下也可以得到明顯增強。其次，漿巖截面是加固工作的重要環節。通常來說，注漿加固方法主要有2種：直接加固和間接加固。直接加固主要是通過直接接觸巖體結構面，提高巖界面強度，有效避免或者延緩破壞的發生；間接加固則是充分發揮了注裝壓密作用，改善周圍巖體的內部應用場和應力傳播途徑，進一步增強巖體整體的力學性能水平【1】。再次，漿巖界面黏結強度較高，因此幾乎不會發生相互滑動或者錯位的現象。在界面兩側，加固物理學屬性和漿脈不匹配，因此就會產生黏結約束應力，使得界面位置的應力情況發生改變，最終導致界面區域的強度受到破壞。最后，漿巖界面因為受到外部荷載的作用，就會發生應力集中的現象，使得界面兩側的巖體內部很容易遭到破壞。

總結來說，水泥漿脈因為強度較高、變形能力較弱，其在協調斷層巖變形的過程中可能會受到附加拉力，最終導致水泥漿脈發生一定程度的破損；界面兩側的巖體在相互作用的情況下會產生不均勻的應力分布情況，使得變形不夠協調；如果微觀拉應力大于裂縫黏結力，在這樣的情況下就會產生一定數量的張拉型裂紋。

3 工程概況

本文涉及公路隧道為分離式單向雙車道公路隧道，最大埋深為140m，車輛中心線的距離為33m，兩洞凈距22m。在開展該公路隧道右洞施工的過程中，先進行了掌子面爆破，經過觀察，發現掌子面有突泥突水的情況發生，總突泥量小于1×104m3。完成掌子面的爆破工作后，山頂位置出現了錯臺裂縫，寬度超過了60m，地表出現了較大面積的塌陷坑，另外，和涌水突泥臨近的公路也出現了輕微的沉降和裂縫現象。

4 涌水突泥原因分析

結合現場實際情況，對出現涌水突泥現象的原因進行分析，具體如下：

1）隧道區基巖巖性屬于混合巖，在風化作用的影響下，附近巖體發生了一定程度的破碎，再加上地質構造的相互運動，部分破碎的巖體進入到圍巖內部，導致隧道附近區域的地質情況極為復雜。

2）隧道周圍分布著2條區域性斷層，這2條斷層的走向為南北走向和東西走向，分別記為F1斷層和F2斷層。其中，F1斷層向西傾斜50°，F2斷層位于F1斷層的西側，圍巖巖體因為受到F1斷層的影響，所以也出現嚴重的破碎，經過分析發現，其穩定性較差。F1斷層和F2斷層在延續的過程中發生了交匯，交匯的地點在某國道附近，所以該位置的巖體破碎的情況更加嚴重。再加上長時間的風化作用的影響，巖體逐漸轉變為礦物細粒，縫隙中的礦物細粒和大氣降水相互混合，從而形成具有一定黏度的泥漿。

3）本文涉及隧道出口位置的圍巖巖性屬于中風化圍巖，圍巖整體性較高，具有一定的隔絕地下水的作用。地下水在破碎的巖體內發生聚集，最終導致地下水排水不夠順暢。通常來說，掌子面的位置要高于地下水位，因此，掌子面會承受較大的水壓，完成爆破工作后，隔水層被打穿，黏土和礦物細粒就會隨著地下水一起被沖走，也就是常見的涌水突泥情況。

5 地表陷坑及裂縫處理

5.1 地表塌陷處治

開挖靠近國道的塌坑，直到開挖至底部，然后合理地應用填充物對塌腔底部進行填充，建造流水平臺的同時，對邊坡土進行處理。為了提高邊坡的穩定性，需要綜合考慮項目實際情況，設置錨桿同時噴射混凝土。在平臺面的上方設置防水板，在周邊修建排水溝，澆筑混凝土直到混凝土形成具有一定坡度的排水坡面。

5.2 錯臺裂縫處治

在處理錯臺的過程中，所應用的方法為人工處理法，經典的處理方式有填土和壓實。其中，填土施工的過程中需要應用土工布進行覆蓋，覆蓋過程中必須保證相鄰土工布的搭接長度超過1m。在土工布的上方設置填土層，進一步提高其防水效果【2】。完成所有的操作后，需要配置專業人員觀測錯臺裂縫，并且及時上報觀測結果。

5.3 國道裂縫處治

為了保證隧道施工階段行車的安全性，采取半幅通行管制的方法進行交通管制。另外，還需要應用雷達監測地下情況，避免公路下方25m范圍內出現空腔。經過檢測和分析發現，路面狀態較好，沒有出現路面塌陷的現象。采取局部加固的措施對國道進行加固保護，并采取有效的方法處理和修復國道的裂縫。

6 洞內處治措施

6.1 洞內施作止漿墻

在開展止漿墻施工的過程中，一般都會應用到大塊預制件和洞碴。在開展每一級止漿墻施工的過程中，都需要埋設一定數量的注漿管，用于隧道排水和注漿工作，如圖1所示為止漿墻構造示意圖。

圖1 止漿墻示意圖

6.2 掌子面注漿加固

斷層破碎帶是洞內管棚主要的地質條件，在開展洞內管棚施工的過程中，為了提高開挖質量，保證項目施工可以順利有序的進行，首先要做的工作就是注漿加固掌子面。通常來說，需要將管棚施工工作室設置在工作面后一段，并且需要注意，管棚施工工作室的半徑比正常開挖半徑要大。施工過程中，如果斷面積有所增加，那么需要適當地調大支護參數。本文涉及項目掌子面的注漿管按梅花形布置，控制相鄰鋼管之間的距離為1.0m，應用水平注漿的方法開展混凝土注漿工作。在開展正式注漿施工之前，需要應用現場試驗的方法確定最為合理的注漿壓力和漿液配合比例。

6.3 管棚超前預支護及套拱支撐

掌子面的注漿加固工作完成后，需要將導向管安裝在套拱上，將其作為管棚的固定端，主要作用就是調整管棚搭設的角度和方向，提高管棚操作的準確性。套拱為管棚的固定端，將工字鋼安裝在套拱的內部，然后將工字鋼和孔口管應用焊接的方式焊接在一起。在焊接鋼拱、孔口管以及鋼筋網的過程中，所應用到的焊接方式為雙面焊接，在開展焊接操作的過程中，嚴格控制焊縫的長度必須＞5d（d為鋼筋直徑）【3】。在開展管棚施工的過程中，一般需要應用臨時支撐提高套拱的穩定性。應用厚度為8mm的熱軋無縫鋼管制作管棚，嚴格控制相鄰鋼管之間的距離為30cm。

6.4 徑向注漿加固

在開展隧道開挖施工之前，為了提高隧道施工過程中的安全性，需要對隧道進行初期支護，所應用的方法為徑向注漿。徑向注漿過程中，所應用的施工材料為φ450cm的鋼花管，合理控制鋼花管的縱向間距、環向間距、傾角分別為151cm、61cm、60°。在開展徑向注漿加固施工的過程中，必須嚴格按施工設計控制好相關參數。另外，需要通過現場試驗確定好注漿漿液最合理的配合比以及最合理的注漿壓力。

7 結語

綜上所述，注漿止水施工技術的應用對于提高高壓富水斷層帶地質構造的突水突泥災害的處理效果具有積極的意義，極大地保證了隧道施工安全，提高了隧道施工的安全性和穩定性，使隧道項目的經濟效益和社會效益得到保障。