公路隧道工程中高壓富水斷層的施工技術

王家云

(貴州省公路工程集團有限公司第三分公司)

公路隧道在進行施工的過程中，由于構造運動作用，斷層內的普通巖體往往會發生破碎，其自穩性非常弱，再加之高壓水的影響，容易引起塌方事故進而導致失穩并出現突水突泥現象，最終釀造災害，推遲了工程進展，所以，對高壓富水斷層部位的施工技術手段實施分析是非常重要的。

1 實例概況

1.1 工程情況

某公路隧道總全合計為1 878 m，該隧道的洞身線路縱坡呈現人字坡。而且其嶺頂部位地形起伏，嶺脊兩側屬于溝谷發育地貌，通常是“V”形，地形很復雜。關于該隧道，其埋深最大值達到了274 m。在進行施工時選擇鉆爆法實施操作，該工程的平行導坑長度合計達到了1 323 m，全長貫通促進正線施工，聯系平導超前這一因素深入調查地質條件，有利于為施工方案帶來一些有效信息。

1.2 斷層情況

利用平導下坡開展相應開挖工作，通常需要維持為DK114 +780 平導掌子面，接著左側處會出現直徑達到0.5 m 長的空洞，持續流出由頁巖碎塊以及凝灰巖組成的斷層角礫(呈現為流體狀)并拌合斷層泥。由于清理工作在持續深入，空洞口面積也在持續增大，直到達到2.1 m 以上為止。在掌子面左側處的拱部位置會首先遇到包含水分的斷層，導致涌水突泥砂，最終改變了該段處的地下水壓力值，大概是2.0 MPa。

正洞處的施工里程大概是DK114 +696，在施工過程中針對正洞采取了地質超前探孔分析以及超前地質預報系統(TSP203)，明確了斷層帶的具體長度，即29 m，而且得出了斷層帶物質主要包括:由高壓構造水，凝灰巖以及頁巖碎塊組合而成的斷層角礫巖并拌和斷層泥，其中地下水壓力值大概是2.0 MPa。通過超前探孔分析可以得出單孔出水量實現了15 ～20 m3/h，易于導致突泥(砂)以及涌水等現象。

2 正洞穿越斷層的施工

2.1 超前支護以及加固

(1)對帷幕注漿進行的加固:在DK114 +696 ～DK114 +725 范圍段內要采取帷幕注漿進行加固，注漿47 m 長，而且沿著掌子面周邊設置了3 環注漿孔，其中注漿加固圈的輪廓線外要控制在6 m 以上。注漿孔孔底之間的間隔以及擴散半徑分別是3 m 以及2.0 m。操作時采取前進式法進行分段注漿，注漿一般是先下后上的順序，如果位置一樣則按照先外后里的順序進行，圈相同則按照隔孔間隔進行鉆注。在鉆注漿液時要結合實際情況進行粗粒，只有如此才可以使整體施工實現最佳效果。關于注漿終壓以及水泥漿液分別采取了3 ～4 MPa 以及0.8∶1 ～1∶1。這有利于使上部斷面在進行施工時，其掌子面能維持穩固，上部斷面選擇水平注漿加以固定，其長度超過了30 m，間距大約是1.5 m ×1.5 m，按照梅花形進行布置。(2)關于圍巖超前支護問題:利用管棚工作室順著拱部處開挖線，與此同時要確保兩層超前管棚(Φ108 mm)，在對管棚進行施工時，其施工流程務必符合實際情況，最好采用無縫鋼管材質，其中壁厚即δ 以及環向間距分別要求實現8 mm 以及40 cm。管棚施工完成后要設置4 根Φ22 mm 的鋼筋，然后采取水泥單液漿進行注漿。具體如圖1 所示。(3)超前進行的泄水以及減壓:在進行施工時一定要考慮到隧道內部的具體結構，以確保正面涌水量具有相同壓力。與此同時還可以確保帷幕注漿嚴格按照操作流程進行，在開始開挖前要順著隧道外輪廓設計7 根縱方向上的泄水孔，以對水流進行集中處理。關于泄水鋼花管，最好采取無縫鋼花管，其壁厚以及外徑分別是δ =8 mm 以及108 mm。泄水孔深度必須要達到47 m，此外鋼花管管端最好設計在水量增多處，并確保對外插角維持在1° ～2°之間。

圖1 超前管棚布置(單位:cm)

2.2 對正洞隧道斷層段區域進行的開挖支護

(1)對斷層段區域進行的開挖支護操作辦法:開挖工作一般都在帷幕注漿以及管棚支護下開展，開挖采取三臺階法，短進尺以及強支護，開挖過程中，下臺階單邊務必要與落底部位錯開，及時進行仰拱以及護拱。關于三臺階施工，當每臺階施工達到要求的長度后即可停止，接著進入下一臺階。通常是上臺階操作10 m 后即可停止，噴厚度達到20 cm的混凝土以對掌子面進行封閉，以穩定掌子面，要注意上臺階排水工作一定要做到位，接著再開展二臺階開挖工作。在二臺階開挖的過程中，當支護到達上臺階處掌子面3 m 后即可停止該階操作，并且噴厚度是20 cm 的混凝土以對二臺階掌子面進行封閉。接著再開展三臺階開挖以及支護操作，不管是三臺階還是二臺階，當操作到同里程后都要實施仰拱。仰拱一次操作是3.0 m，在進行仰拱施工的過程中要注意排水工作必須做到位，需要在掌子面方向設置一集水坑以對排水進行共同處理。在對每個臺階施工的過程中，均要于臺階底部處的嵌槽部位安置I22 型水平鋼架以暫時當做橫撐使用，閉合初期階段的支護，進而加固支護。(2)三臺階施工的相關參數:斷層段區域開挖工作通常都在管棚支護下開展，開挖采取三臺階法，上臺階，二臺階以及三臺階高度分別為352 cm，300 cm 以及310 cm，其中仰拱深度達到了113 cm;上臺階選擇環形導坑核心土預留這一方式實施操縱，其中循環進尺大約是0.5 m。不管是二臺階還是三臺階均選擇錯開單邊開挖支護方式，其兩邊錯開間隔必須在1 m以上;初期階段的支護選擇I22 型鋼架進行全環布設，其相互之間的距離是0.5 m，角度為45°的鋼在縱方向上進行連接，其環向間隔是1 m，而且鋼架拱腳之下都墊了10 mm ×30 mm×50 mm 的混凝土預制塊并結合L 為5 m 的4 根/每榀·每邊Φ42 mm 鋼管進行鎖腳，還于各個臺階底部安置了I22 型水平鋼架暫時當做支撐使用，整個斷面設計了Φ8 mm×Φ8 mm 鋼筋網(雙層)，網片相互之間的距離是15 cm ×15 cm，此外C25噴射厚度為25 cm 的混凝土;關于三臺階，其邊墻處不存在管棚的地方，在開始開挖前選擇超前小導管進行注漿，并給予開挖附近處以及掌子面相應的注漿加固，以穩固掌子面或者是拱頂部位。小導管最好選擇Φ42 mm ×40 cm，其中L 值在3.0 ～3.5 m 之間，附近小導管具有10° ～30°的外插角，各個循環具有2.0 m 長的搭接。圖2 是三臺階操作的相關尺寸參數。(3)關于護墻以及護拱:仰拱施工處理完成后，要根據施工現場實際情況選擇合適的處理措施。通常按照實際要求實施護墻護拱，其中護拱采取了厚度在30 cm 左右的I16 型鋼，并通過混凝土對小模板進行澆筑，循環長度實現了1 ～2 m。當護拱長度滿足要求后要重復進行一次襯砌混凝土。

圖2 三臺階施工法(單位:cm)

3 平導穿越斷層段的施工

對平導斷層區域實施調整或者是控制時，要將對正洞進行的操作做到位。特別是要積極發揮正洞前期階段排水減壓并在其貫通后由于排水卸壓而形成的效果，進而顯著減少地下水內壓，確保地水下壓力正常，以促進平導帷幕注漿操作的順利開展，對松散砟體以及圍巖開展必要的控制處理，以與施工具體要求相符，此外，平導操作的超前支護采取單層管棚進行超前加固。

4 結 語

關于對公路隧道高壓富水斷層區域進行的施工，一定要確保各方面操作有序進行，只有如此才能保證正常施工，同時也符合公路施工的相關規定。采取排聯合堵的方式對水進行治理，有利于確保地質段地層的最終施工質量。

［1］王夢恕.地下工程淺埋暗挖技術通論［M］. 合肥:安徽教育出版社，2004.

［2］王勝利，李寧，趙玉明.復雜地層地鐵旁通道凍結孔施工技術［J］.現代隧道技術，2008，(6):89 －93.