隧道工程中穿越斷層破碎帶開挖施工技術(shù)的應(yīng)用探究

（張石高速公路張家口管理處，河北 張家口 075100）

穿越斷層破碎帶是隧道工程開挖期間常見的不良地質(zhì)條件，穿越該區(qū)域會嚴重影響隧道圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。斷層破碎帶實屬軟弱地質(zhì)帶，具有強度低、變形可能性大、透水性強、抗水性差等特點，對施工作業(yè)的開展具有不利影響。隧道工程斷面開挖穿越斷層破碎帶情況下，巖層成因復(fù)雜導致地質(zhì)條件突變風險大，可能會引發(fā)一系列風險事故。因此，為減少事故發(fā)生，保障施工質(zhì)量與安全性，必須在隧道斷面開挖期間配套相應(yīng)的支護技術(shù)方案，以鞏固結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，保障隧道建設(shè)的順利開展。

一、工程概況

某快速路為A市規(guī)劃與B市連接的重要交通樞紐，是區(qū)域旅游經(jīng)濟發(fā)展的重要保障。1#隧道位于該快速路A市段，單向行駛雙車道隧道，設(shè)計時速為80.0km。左向全長1840.0m，最大埋深深度194.0m；右向全長1836.0m，最大埋深深度195.0m。工程前期勘查資料顯示，隧道開挖作業(yè)斷面上覆土層以第四系全新統(tǒng)人工填筑土、泥巖夾泥質(zhì)粉砂巖、鈣質(zhì)粉砂巖及斷層壓碎巖為主。該隧道穿越某逆斷層，區(qū)域埋深深度在10.0m～72.0m范圍內(nèi)，隧道凈距為14.3m～19.7m。受地形地貌及巖土構(gòu)造等因素影響，現(xiàn)場地下水分布以孔隙水、基巖裂隙水為主，其中孔隙水在坡殘基土層內(nèi)廣泛分布，土層厚度在0m～3.0m范圍內(nèi)。受巖性影響，儲水性能差，且孔隙水含量小。該隧道工程穿越某逆斷層縱斷面如圖1所示。

圖1 隧道工程穿越某逆斷層縱斷面示意圖

二、斷層開挖施工技術(shù)

該隧道工程軟巖、偏壓、淺埋及斷層破碎帶采用三臺階臨時性仰拱法施工，遵循超前支護→上臺階開挖→支護→下臺階開挖→支護→仰拱→填充→拱墻襯砌的施工流程。施工期間隧道開挖工法為光面爆破，臺階長度設(shè)計值為5.0m～8.0m，單位循環(huán)進尺按照2.0m標準控制。開挖過程中光面爆破的相關(guān)技術(shù)參數(shù)如下。

（一）技術(shù)思路

該隧道工程圍巖破碎帶開挖方式為臺階法作業(yè)，單位循環(huán)進尺按照2.0m標準控制，作業(yè)進度為每3d循環(huán)4次。爆破炮眼利用率為0.9m，爆破炸藥選用2#巖石乳化炸藥，炸藥直徑按照32.0mm標準控制。現(xiàn)場應(yīng)用三臂鑿巖臺車進行打眼，作業(yè)期間應(yīng)用挖掘機清理臺渣。光面爆破選用起爆方式為塑料導爆管非電起爆系統(tǒng)，周邊選用小藥卷間隔裝藥，單位循環(huán)進尺深度為2.0m。

（二）爆破參數(shù)

爆破現(xiàn)場炮眼直徑取值為42.0mm，布設(shè)深度為3.2m，相較于其他孔位，掏槽孔深度擴大0.5m。根據(jù)工程實踐經(jīng)驗，為達到最為理想的光面爆破效果，現(xiàn)場對周邊眼不耦合系數(shù)取值按照1.5～2.0標準控制，故光面爆破參數(shù)控制標準為：周邊眼藥卷直徑為25.0mm，長度為300.0mm，規(guī)格標準為200.0g/卷；其他眼藥卷直徑為32.0mm，長度為300.0mm，規(guī)格標準為200.0g/卷。考慮該工程隧道開挖斷面現(xiàn)場大坡隧道地質(zhì)特征，抵抗線取值為500.0mm，周邊眼距取值為450.0mm。

（三）掏槽方式

該隧道工程斷層開挖作業(yè)斷面采用斜眼掏槽方式，周邊眼經(jīng)空氣間隔不耦合狀態(tài)，將光面爆破藥卷按照一定距離綁扎于定位竹片上，與導爆索妥善連接，其他眼采用連續(xù)裝藥方式。遵循掏槽眼→擴槽眼→掘進眼→內(nèi)圈眼→周邊眼流程進行起爆操作，經(jīng)電雷管控制起爆時間，起爆過程中微差利用1～11非電毫秒雷管妥善控制。

三、斷層支護施工技術(shù)

該工程隧道斷層開挖施工期間，配套應(yīng)用洞口長管棚與超前小導管支護技術(shù)方案。支護施工的關(guān)鍵要點及注意事項分析如下。

（一）洞口長管棚支護技術(shù)

隧道斷面開挖導向墻設(shè)計界面尺寸標準為1.0m*1.0m，混凝土強度等級為C25，選用120a工字鋼，沿鋼架外緣布設(shè)導向鋼管，鋼管厚度為5.0mm，鋼管與鋼架通過焊接方式固定，單元連接方式為螺栓連接?，F(xiàn)場加工長管棚并經(jīng)汽車運輸至工作面，一次性安裝完成并經(jīng)套管跟進法鉆進，在高壓注漿泵輔助下注漿，期間注漿壓力按照0.5MPa～2.0MPa標準控制，水灰比控制標準為1:1，根據(jù)前期試驗調(diào)節(jié)注漿參數(shù)，注漿完成后鋼管應(yīng)用M10等級水泥砂漿進行填充。需要注意的是，洞口長管棚支護屬于超前支護技術(shù)方案，應(yīng)在隧道暗洞開挖作業(yè)結(jié)束前完成，施工方式為隔孔注漿，初期壓力按照0.5MPa～1.0MPa標準控制，終壓控制標準為2.0MPa。注漿作業(yè)結(jié)束后安排專人通過打設(shè)檢查孔鋼管的方式檢查注漿質(zhì)量，確保鋼管內(nèi)填充砂漿封堵完整，在此基礎(chǔ)上進行洞身長管棚支護施工。現(xiàn)場管棚工作室長度在12.0m～15.0m范圍內(nèi)，其斷面較標準斷面高出800.0mm～1000.0mm，采用導向墻→孔口管施工方案，鉆孔并安裝鋼花管后注漿，為超前小導管支護施工奠定基礎(chǔ)。

（二）超前小導管支護技術(shù)

現(xiàn)場加工小鋼管，混凝土噴射斷層巖面，用鑿巖機鉆孔，并借助頂推力將小導管推送至孔內(nèi)，經(jīng)測斜儀控制鉆孔角度將水泥砂漿經(jīng)注漿泵壓入孔內(nèi)。超前小導管支護以緊靠開挖作業(yè)面鋼架為支點，穿過鋼拱架后尾端與鋼架焊接固定，打入鋼管并注漿，以形成完整管柵支護環(huán)。支護期間注漿漿液水灰比按照0.5～1.0標準控制，注漿漿液經(jīng)充分稀釋后濃度調(diào)整至1.0。土層結(jié)構(gòu)內(nèi)超前小導管壓住水泥漿壓力控制在2.0MPa以上，其他區(qū)域水泥砂漿壓注壓力則按照高于1.0MPa標準控制?，F(xiàn)場配置注漿機數(shù)量較少的情況下，需安排專人堵塞串漿孔。該管注漿前需拔除封堵物，然后利用鐵絲徹底清除管內(nèi)殘留雜物，經(jīng)高壓風徹底沖洗后完成注漿。若注漿過程中進漿量過大但壓力升高不明顯，需適當調(diào)節(jié)注漿漿液濃度及配合比，以控制膠凝時間，并通過小泵量低壓力注漿方式施工，確保支護效果達到理想狀態(tài)。

四、結(jié)語

在隧道工程斷面開挖及支護過程中，需根據(jù)前期工程勘察資料數(shù)據(jù)確定合理的開挖方式及支護參數(shù)，特別是對于穿越斷層破碎帶等圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差區(qū)段，必須充分考慮圍巖地質(zhì)條件的復(fù)雜性及變化性，提高開挖及支護技術(shù)的適應(yīng)性。