鐵路隧道穿越富水斷層破碎帶施工技術研究

蔣沛峰 中鐵十七局集團第四工程有限公司

在進行鐵路隧道穿越富水斷層破碎帶施工時，施工單位注意必須加強過程控制，充分利用監(jiān)控測量、超前地質預報等多項措施和方法對施工進行指導和輔助，旨在促進項目施工監(jiān)控可以不斷向著動態(tài)化、全程化的方向發(fā)展。本文全面的探索并介紹了富水斷層破碎帶特點，希望可以更好的完善我國鐵路隧道建設過程，促進鐵路隧道和諧發(fā)展。

1.工程概況

本文涉及隧道項目的全長為13.395km，隧道屬于單洞雙線形式，標段施工全長為7.68km，是隧道施工的重點。隧道施工中，為了更好的預測隧道涌水量，應用到了降水入滲法和地下水動力學法，經(jīng)過預測，隧道正常涌水量和最大涌水量分別是：80871m3/d，136936m3/d，施工標段的正常涌水量和最大涌水量分別是69226m3/d，120605m3/d，為了避免發(fā)生涌水或者突水類災害問題，本文全面的研究和介紹了富水斷層破碎帶施工技術。

2.富水斷層破碎帶易發(fā)生事故的原因及特點

2.1 施工中易發(fā)生突泥突水事故的原因

隧道施工中發(fā)生事故的常見原因有，施工設計缺乏專項性和針對性，沒有正確的掌握水壓、涌水量等各項參數(shù)，沒有提前制定好有效的應對語言措施，發(fā)生了涌水突泥事故后，為了盡快恢復施工，盲目清淤，然后又導致了規(guī)模更大的突水突泥事故。施工實踐證明，隧道開挖施工中和清淤施工中，常常發(fā)生突泥突水類事故。

2.2 富水斷層破碎帶特點

長大隧道施工，難免會遇到斷層破碎帶等不良地質，破碎帶內巖體主要由斷層泥、角礫土和碎裂巖，巖性組成情況較為復雜，穩(wěn)定能力較差，一旦管理不當，或者出現(xiàn)了不合理的施工行為，就會造成坍塌、冒頂、突水、突泥等地質災害問題。

3.施工準備

3.1 加強超前地質預報

采用TSP、地質雷達、紅處探水等超前地質預測預報手段對圍巖的結構特征進行預報，了解工作面前方地質、地下水情況，掌握斷層的具體位置，然后對可能存在的斷層以及設計圖紙標定的斷層進行探測，應用水平地質鉆機進行超前鉆探，確定巖石的具體情況。然后應用輔助預報措施，判斷前方還未還開挖地段的斷層情況。

3.2 加強監(jiān)控量測

監(jiān)控量測工作具體來說，主要有觀察圍巖的支護情況、周邊的收斂情況、觀測拱頂?shù)南鲁燎闆r。監(jiān)控量測點布設要緊隨開挖作業(yè)其后，然后根據(jù)實際施工情況對量測的內容進行調整。在施工生產(chǎn)計劃中，將監(jiān)測管理及監(jiān)測實施當做一個重要的工作內容進行控制，同時還要保證為監(jiān)測提供足夠的時間和空間，制定具有一定可行性的監(jiān)測實施方案，并且根據(jù)監(jiān)測實施方案埋設相應的保護措施，并且將其納入到正常的施工進度的控制工作中來，嚴密的監(jiān)控好每一個工序的環(huán)境情況、變形情況、圍巖以及支護結構的實際情況等，根據(jù)這些內容，對施工方案進行優(yōu)化，監(jiān)測數(shù)據(jù)應及時整理分析。在日常工作中，對于特殊情況要每天報送一次，對于一般情況，要每周報送一次。監(jiān)測報告需要包含階段性變形值、累計值、變形速度、繪制位移曲線等，應用這些內容對監(jiān)測結果進行綜合性的分析和評價。

4.穿越富水斷層破碎帶主要施工方法

4.1 斷面徑向注漿

完成開挖施工后，進行斷面徑向注漿施工，對于涌水量較小，整體性的圍巖結構，在隧道開挖輪廓外設置環(huán)向止水注漿帷幕。具體來說，就是完成隧道開挖施工后，沿著隧道開挖施工的輪廓線設置小管道，應用環(huán)形布設的方法進行布設，應用純水泥進行注漿施工。針對全斷面徑向注漿，需要應用到風鉆進行開孔，控制孔徑約為φ52mm，孔口管為長度為1m的φ50mm熱軋無縫鋼管。

4.2 超前預注漿

漿材料主要以水泥漿液、水泥水玻璃雙液漿為主，并依照相應的注漿順序完成施工。由于破碎帶施工時，塌孔現(xiàn)象較為容易出現(xiàn)，所以可以選用前進式注漿的方法。注漿的循環(huán)長度以30m為宜，并嚴格控制開挖的舉例，保證不低于25m，剩下的5m將作為止?jié){巖盤的預留位置。第一個循環(huán)內必須設備相應的比漿墻，其厚度控制在2m，與正洞砌開挖面舉例0.5m位置作為其外輪廓。

準確的定位注漿鉆孔孔口位置，控制實際位置和設計位置之間的偏差≤5cm，另外還要保證偏角的設置必須符合相應的設計要求，鉆進施工中，鉆進一段，檢查一段，一旦發(fā)現(xiàn)存在偏差和，立即進行糾偏，嚴格控制孔底位置的偏差≤30cm；先外后內進行鉆孔，鉆進施工中，一旦遇到涌水、卡鉆或者巖層破碎問題，立即停止鉆進，徹底清孔后，再進行鉆進施工。鉆進施工中，需要詳細的記錄實際情況，特別是要重點記錄實際出水量。超前預注漿工藝流程為：注漿設計→測量放孔→鉆機平臺固定就位→鉆機平臺及俯仰角確認固定→開口、安裝孔口管→安裝滅塵器→鉆孔注漿→孔深確認→壓水試驗→注漿→完成本循環(huán)鉆孔及注漿→鉆注漿效果檢查→滿足注漿質量標準→結束。

4.3 超前管棚支護

隧道超前支護方式有很多種，在實際施工中，注意根據(jù)不同的地質情況、圍巖的級別情況選擇最為合適的超前支護方式。采用管棚鉆機將鉆具和套管沖擊旋如軟弱圍巖中，鉆孔施工中，應用大扭矩回轉套管進行鉆進和成孔，注意務必保證孔向精度。將液動夾頭設置在鉆架配置上，方便后續(xù)的加緊和卸擰操作，降低工作人員的勞動強度。完成管棚支護施工后，立即開挖隧道，如果破碎帶相對較差，注意洞內管棚一般一循環(huán)施工10m，開挖7米，然后繼續(xù)進行管棚支護循環(huán)作業(yè)，直到恢復到正常施工。

4.4 開挖及支護

開挖采用控制爆破技術，短進尺、弱爆破，特別松散的圍巖采用局部松動爆破或利用挖掘機、風鎬等進行開挖。開挖方法采用小斷面開挖中隔壁交叉法（CRD法），掘進循環(huán)進尺控制在0.5～1.0m之間。

在完成開挖施工以后，應進行相應的噴砼封閉巖面施工，之后采用超前小導管、管棚、鋼架、錨網(wǎng)噴、超前預注漿、開挖后斷面徑向注漿等多種支護手段，構成強支護體系，然后通過監(jiān)控量測結果評價支護的可靠性和圍巖的穩(wěn)定狀態(tài)，及時調整支護參數(shù)。

開挖后隨即澆筑仰拱，形成封閉結構；復合式襯砌根據(jù)監(jiān)控量測結果確定施作時間。

5.結束語

對于整個鐵路隧道施工項目來說，富水斷層破碎帶不良地質區(qū)域的施工存在巨大的安全隱患，必須通過超前地質預報，超前監(jiān)控量測，超前支護等多方措施，做好管理和控制。深入的探索，不斷的實踐，改進和提高富水斷層破碎帶施工技術水平，促進鐵路建設事業(yè)更加和諧的發(fā)展。