超大跨度公路隧道穿越破碎帶施工方案與安全措施

趙勇

（湖北省恩施自治州華泰交通建設有限公司，湖北 恩施 445000）

1 工程簡介及場地環(huán)境

某重要公路隧道項目采用分離式雙洞八車道設計，設計速度100km/h，左線長740m，右線長695m，最大開挖跨度21.48m，高度14.3m，最大埋深135m，體現(xiàn)了工程的規(guī)模與復雜性。隧道位于剝蝕低山丘陵地貌，海拔390m～534m，相對高度144m，坡度10°～35°，年均降水量640.5mm，夏季降水豐富。地質(zhì)以頁巖和灰?guī)r夾泥灰?guī)r組成，破碎帶集中在隧道口和k107+630～k107+725段，巖體較軟，結構面節(jié)理發(fā)育。雨季易積水，增加裂隙水。隧道設計高于地下水穩(wěn)定水位，地下水和地表水影響較小，有利于防水排水設計。

2 破碎帶施工方案

2.1 施工技術布局與預備措施

在超大跨度公路隧道施工中，穿越破碎帶是關鍵難點。本文聚焦于隧道穿越破碎帶的施工技術布局與預備措施，探索了均衡生產(chǎn)、突擊重點、全面展開的策略，確保施工過程的安全和效率。采用TSP203超前地質(zhì)預報系統(tǒng)，結合地質(zhì)雷達、水平鉆探及紅外探水技術，可準確預測掌子面前15m～40m范圍內(nèi)的地層和巖性變化[1]。通過這種方法，可以及時識別破碎帶位置，有效預防掉塊、塌方等潛在地質(zhì)災害，降低風險。此外，詳細勘察前圍巖，利用高科技手段預測地質(zhì)，進一步提高了施工安全性。

2.2 施工支護參數(shù)優(yōu)化

面對復雜的圍巖條件，該隧道工程精細化調(diào)整了超前支護和初期支護。超前支護采用直徑50mm、厚度5mm的鋼架和H200×200型號的噴射混凝土，混凝土間距60㎝，標號C25，厚度30㎝。錨桿為直徑25mm的中空注漿錨桿，長度5m，間距100×60㎝（縱向×環(huán)向）。初期支護保持相同鋼架規(guī)格，噴射混凝土間距調(diào)整為75㎝，錨桿長度為4.5m，間距100×75㎝（縱向×環(huán)向）。

為防止破碎帶區(qū)域掉塊和坍塌，實施超前雙排小導管注漿技術加固拱頂。第一排小導管長度450㎝，外插角3°至6°；第二排300㎝，外插角8°至12°，搭接長度120㎝。小導管以梅花形布置，孔徑10mm，間隔10mm，有效加固拱頂圍巖，形成承載拱結構。為加快進度，每次循環(huán)開挖進尺從1.5m減至0.6m，采用光面爆破法保留半孔痕跡，確保施工質(zhì)量。

2.3 開挖實施策略

該研究采用了CD法施工，并結合弱爆破和光面爆破法優(yōu)化開挖方法，以減少對圍巖的擾動并保障施工安全。開挖步距從1.5m減少至0.6m，并通過鎖腳措施加固鋼架，其中鎖腳錨桿長度為3.5m，直徑為25mm，每側配置兩組，每組兩根。這些措施有效控制了隧道的結構穩(wěn)定性，保證了工程進度。

2.4 注漿強化措施

在隧道開挖過程中，尤其是在穿越破碎帶時，注漿加固技術對保障施工質(zhì)量和圍巖穩(wěn)定性至關重要。該研究采用直徑50mm、長度5m的小導管注漿加固，采用梅花形排列確保了均勻加固，使用42.5級普通硅酸鹽水泥，控制水灰比在0.6至0.8比1，注漿壓力維持在約1MPa，確保注漿密實且均勻。此外，對于注漿量超過0.2m3的情況，立即停止注漿，等待漿液初凝后再繼續(xù)，以防止過度注漿。此方法不僅能夠增強隧道圍巖的穩(wěn)定性，還可以有效控制開挖引起的變形，確保隧道施工安全性和工程順利開展[2]。

2.5 防水施工標準

在超大跨度公路隧道施工中，襯砌混凝土施工必須遵循防水混凝土標準，特別是在施工縫和變形縫的處理上，以滿足防水要求。防水層與基面間需確保無浮渣，實現(xiàn)緊密結合，采用充氣法或真空法檢驗防水層密封性，在滲水風險區(qū)域，需先行注漿止水，再鋪設防水層，以確保施工質(zhì)量。

3 施工質(zhì)量保證措施

3.1 開挖精度保證措施

隧道開挖爆破作業(yè)，采用光面爆破技術，該技術通過精確控制炮眼布置的位置、深度和角度，并復測爆破斷面，有效分析了超挖或欠挖的原因，并及時調(diào)整爆破參數(shù)。該方法確保了硬巖和中硬巖炮眼殘留率分別達到80%以上和60%以上的目標，顯著提高了隧道開挖的質(zhì)量和安全性[3]。

3.2 支護結構質(zhì)量保障

關于支護結構的質(zhì)量保障，強調(diào)對支護材料進行嚴格檢查，確保其符合設計規(guī)格和性能要求。超前小導管長度應達到或超過設計長度的95%，并確保孔內(nèi)灌漿密實。鋼筋網(wǎng)的適應性和搭接寬度受到質(zhì)檢監(jiān)督，確保與錨桿或其他固定裝置的牢固連接。噴射混凝土拌和厚度嚴格按照規(guī)范執(zhí)行，每10m～20m取樣檢驗強度。此外，金屬桿件和鋼支撐的黏結牢固性也至關重要，能夠保證整個支護結構的穩(wěn)定性和隧道施工安全。

3.3 防水層施工準則

施工需有專業(yè)技術人員指導，確保基層混凝土表面干燥，如有濕漬則壓漿處理。基層表面需整平，割除突出的鋼筋頭并用砂漿抹平，且鋪設完成的防水層必須采取保護措施，防止后續(xù)施工活動如鋼筋焊接造成損害，以保證其完整性和功能性。以上措施能確保防水層施工的質(zhì)量，有助于提高整個隧道工程的防水性能和耐久性[4]。

4 現(xiàn)場監(jiān)控與數(shù)據(jù)分析

該研究采用拓普康ES-101全站儀實時監(jiān)控量測特定隧道施工圍巖條件。通過詳盡的數(shù)據(jù)處理和分析，評估圍巖的穩(wěn)定性，從而指導有效的預防坍塌措施，確保了施工安全。此監(jiān)控方式不僅提升了施工監(jiān)控的精準度，也增強了對潛在風險的預防能力，是維護施工安全的關鍵技術手段。相關詳細檢測項目如表1所示。

表1 隧道施工監(jiān)測項目及方法

該研究利用超前地質(zhì)預報技術于ZK108+218樁號處成功探測了前方15m的破碎帶，進而調(diào)整了支護參數(shù)以適應地質(zhì)條件。監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，隧道拱頂最大下沉值為16.4mm，周邊位移最大值為7.1mm，均低于設計預留的180mm變形量。這表明，通過精確的地質(zhì)預報和有效的支護措施，隧道變形得到了有效控制，確保了施工安全及結構穩(wěn)定性。

綜合監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，隧道周邊位移和拱頂下沉均呈現(xiàn)出急劇增長、緩慢增長至最終穩(wěn)定的3個階段。這一變形規(guī)律說明穿越破碎帶時采用的施工控制措施有效，成功控制了圍巖的變形。該結果反映了施工控制措施的正確性與有效性，確保了隧道施工期間的安全與穩(wěn)定。

5 結束語

通過超前地質(zhì)預報準確確定破碎帶位置，并采用直徑50mm、長度450+300㎝的雙排注漿小導管加固及CD法開挖技術，顯著提高了隧道在破碎帶穿越時的支護強度。這些措施有效控制了圍巖的變形，最大圍巖變形值為16.4mm，遠低于設計預留的180mm變形量。研究證實，這些預測和加固措施對確保公路隧道安全穿越破碎帶至關重要，同時也顯著提高了施工安全性和隧道穩(wěn)定性。