閘門坳隧道F1 斷層施工探討

■陳鯉輝

(福建省第一公路工程公司，泉州 362000)

1 工程概況

閘門坳隧道位于廣西桂林市荔浦縣大塘鎮閘門坳村西南約1.5km 處，隧道設計形式為分離式隧道，全長660m；隧道凈寬10.75m，建筑界限凈高5.0m，洞門采用削竹式洞門。隧道平面全部位于直線上，縱斷面位于縱坡為1.9%直線坡上。

隧址區屬構造-剝蝕低山地貌，地形起伏較大，山坡較陡，自然坡度25～30°，局部達35～45°，山脊平緩；受區域地質構造影響，進口及洞身斷層發育地段見后期侵入的花崗巖體分布，出口段褶皺、斷層活動均較發育。地質勘探共發現斷裂構造2 條，斷裂特征多為擠壓破碎，應力中心多見糜棱巖化。

F1 斷層穿越左線隧道起始樁號為ZK35+510—ZK35+395，長度115m。該斷層南東向，傾角70°，延伸長度較長，斷層性狀為壓扭性穩定斷層，斷層帶寬度40m，斷層透水性較差，為阻水斷層，與隧道交角37°，巖體破碎，巖體完整系數為0.38—0.46，自穩能力差。帶內巖石受力擠壓變質，褐鐵礦化較普遍，局部糜棱巖化，巖體破碎，節理裂隙發育，富水性一般。物探資料顯示該段電阻率相對較低。[BQ]＜250，圍巖級別為ⅴ級。

隧道斷層均采用S6 型復合襯砌斷面，采用防水混凝土，防水等級不小于P8，全環設I20 型鋼支護，鋼架間距1 榀/0.5m,拱部采用Φ42mm 超前小導管注水泥漿液加固圍巖并止水，小導管采用外徑42mm、厚3.5mm 的熱軋無縫鋼管，鋼管長3.5m，環向間距35cm，外插角5°至10°。

2 斷層破碎帶處理原則

按照錨噴構筑法原理組織施工，穩扎穩打、步步為營、防塌為主，即少擾動圍巖和超前預支護，充分發揮圍巖的自穩能力，盡早封閉成環，形成一個整體受力結構，加強監控量測及信息反饋，指導施工。

(1)施工中堅持遵循“管超前、預注漿、短進尺、強支護、快封閉、勤量測”的施工原則。

(2)利用“超前鉆孔”等手段探明前方斷層地帶的情況。

(3)加強超前注漿等預加固、堵水措施，改良地層。采用超前小導管注漿、鋼架、網噴混凝土及支護手段，構成強支護體系，仰拱及時支護成環，并及時組織襯砌施工。

(4)根據位移量測結果，評價支護的可靠性和圍巖的穩定狀態，及時調整支護參數，確保施工安全。

3 斷層破碎帶施工超前地質預報

3.1 長距離的超前探孔

進入斷層影響帶前，采用TSP203 進行長距離宏觀控制超前地質預報，根據預報成果合理調整施工方法及支護參數。如地下水豐富，采用30m 中距離超前地質探孔預報。

布孔方式如圖1 布設，采用地質鉆機深30m,每次開挖25m,預留5m 作為止漿墻，如出現強壓力水或泥漿，預示前方可能有巖溶或地下水通道，應加密探孔布置，待水壓降至常壓時，采取注漿阻水后，經檢測各孔水流量符合以下判定標準中可進行開挖施工條件時方可進行開挖，否則暫停開挖。

圖1 長距離超前探孔布置圖

超前支護施作完畢，若巖體較完整，有自穩能力，斷層的破裂巖、角礫巖次生膠結較好，強度較高，塊裂狀巖體結構緊密時，采用臺階開挖，臺階長度4～6m；若巖體較破碎，自穩能力很差，則采用兩臺階環形預留核心土法施工，臺階長度3～5m，上臺階采用環形開挖預留核心土開挖，下臺階左右錯開緊跟；如圍巖極其破碎、松軟掉塊，地下水豐富，可采用三臺階或三臺階+臨時仰拱法施工。開挖采用風鎬或弱爆破，循環進尺控制在0.5～0.6m。以減小對周圍巖體的擾動。

3.2 短距離超前探孔

為了探明斷層前方含水量情況，在施工過程中要對圍巖除進行TSP203 超前地質預報外，還要采取長、短相結合的超前地質探孔，對超前地質成果進一步確認與核查，確保施工安全。

布設方式如圖2 所示，采用人工風鉆打眼，斷層施工時，必須全程短距離每班超前鉆眼預報，鉆眼深度不得小于2 倍循環進尺并不得小于3.5m,鉆眼布置在大垮以上1m、兩側邊墻出和拱頂處。

圖2 短距離超前探孔布置圖(單位：cm)

根據超前鉆孔探水的結果，分別采取不同的措施進行下一循環工作，當探水孔有4 孔出水且總水量大于10m3/h 時，采用全斷面堵水注漿；當總水量小于10m3/h時但個別孔出水量大于2m3/h 時，采用局部堵水注漿；當6 孔出水量均小于2m3/h 且總出水量小于10m3/h 時，進入下一循環施工(鉆孔探水結果判定依據關寶樹所著《隧道工程施工要點集(第二版)》)。

施工探水鉆孔后，測量各孔出水量，記錄各孔出水位置、水量、水壓等，當總水量小于10m3/h 時但個別孔出水量大于2m3/h 時，報告業主、設計代表，確定注漿方案。

注漿材料采用水泥—水玻璃雙液漿液，水泥為PO32.5 普通硅酸鹽水泥，水灰比0.6～1.1，水玻璃濃度30～40Be，水泥漿與水玻璃體積比1∶0.5，凝膠時間根據現場情況確定。

注漿范圍為在出水通道范圍內，隧道開挖輪廓線以外5～6m，單孔注漿有效擴散半徑R=3.6m，注漿結束最終壓力為凈水壓力的2～3 倍。

注漿后，當總出水量小于2m3/h 且一處出水量小于0.6m3/h，即可結束注漿。

根據現場鉆孔所揭示的地質狀況，結合注漿過程中P-Q-t 曲線分析，選擇可能出現的薄弱環節進行鉆孔檢查。檢查孔應不塌孔、不涌砂，單孔涌水量應小于0.2L/min.m。若達不到預期效果，則將檢查孔作為注漿孔進行注漿，注漿結束后再鉆孔進行效果檢查，直至達到設計要求。必要時可取芯檢查。

4 斷層破碎帶施工方法

4.1 超前小導管施工

小導管環向間距35cm ，采用Φ42mm×3.5mm 的熱軋鋼管，鋼管長度為3.5m，外插角5°至10°,尾部支撐于鋼架上，每排小導管縱向搭接長度不小于1m。為便于超前小導管插入巖體內，鋼管前端作成尖錐狀，尾部焊上箍筋，小導管的安設采用鉆孔打入法，鉆孔直徑比鋼管直徑大3～5mm，用鉆機頂入，頂入長度不小于鋼管長度的90%，小導管安設后封堵孔口，必要時在小導管附近及工作面噴射混凝土，防止工作面坍塌。隧道開挖長度小于小導管的注漿長度，預留部分作下一循環的止漿墻。注漿采用水泥漿液，水灰比1∶1，注漿壓力為0.5～1.0MPa。注漿過程中要隨時觀察注漿壓力及注漿量的變化，分析注漿情況，防止堵管、跑管、漏漿，做好注漿記錄，以便分析注漿效果。小導管尾部焊接Φ8mm 鋼筋加勁箍，末端安裝止漿閥，防止注漿時孔口跑漿，注漿結束后應利用止漿閥保持孔內壓力，直至漿液完全凝固，止漿閥應保證能承受最大灌漿壓力和出水壓力，可以與灌漿管路連接。注漿效果要求達到開挖后拱部基本無滲漏水、無坍塌。

4.2 開挖及初期支護

(1)選擇施工方法。根據掌子面揭開的圍巖情況確定采用兩臺階環形預留核心土法施工，臺階長度3～5m，上臺階采用環形開挖預留核心土開挖，下臺階左右錯開緊跟。

(2)開挖及運輸。開挖前檢查注漿質量，如不合格應進行補注。

洞身開挖主要工序：采用自制臺架、人工手持YT-28 型風動鑿巖機進行打眼，人工裝藥，淺眼弱爆破輔以人工風鎬開挖，挖掘機扒渣，兩臺裝載機配自卸汽車進行出渣。爆破時嚴格控制裝藥量，塑料導爆管非電毫秒雷管起爆，毫秒微差有序起爆。

上斷面用挖土機扒完渣后，下斷面出渣和上斷面立拱同時進行，出渣時間最好控制在上斷面立拱和打錨桿的時間以內。然后，下斷面立拱，上斷面噴漿，下斷面噴漿時，上斷面視情況就可以進行開挖準備工作或開始開挖。開挖循環進尺控制在0.5～0.6m 內。

(3)初期支護。開挖完應立即初噴4～5cm 噴射混凝土，使其在開挖后圍巖面形成一層由圍巖和初噴混凝土組成的殼體柔性結構，可以保證一定時間段內施工的安全。噴射前先檢查開挖斷面凈空尺寸，對開挖面的危石進行清除，并設專人隨時觀察圍巖變化情況，當受噴面有涌水、淋水、集中出水點時，先進行引排水處理，并用高壓風吹凈巖面。初噴要及時且噴射密實，不得在支護與圍巖間留有空隙。實踐證明，重視初噴對隧道的安全施工有很重要的意義。初噴混凝土后，施作錨桿、掛鋼筋網，立I20 型工字鋼架，復噴混凝土。

鋼拱架間距0.5m，要求每單元鋼架間用高強螺栓連接牢固，每榀鋼架垂直度到位，鋼拱架的必須安設在穩固基巖上，拱腳開挖超深時，加設混凝土墊塊。超挖超大時，拱背墊填混凝土墊塊，以便抵住圍巖，控制其變形的進一步發展。兩榀鋼架間用Φ22mm 鋼筋拉桿縱向連接牢固，環向間距1m。鋼架安裝好后，用定位錨桿鎖固固定，防止其發生移位。超挖部分用噴混凝土回填密實，禁止用石塊、木楔、背柴等填塞。

開挖初噴后，盡快鉆孔、安設錨桿，然后復噴至設計厚度。錨桿原材料規格、長度、直徑符合設計要求，錨桿桿體除油污、除銹。錨桿采用Φ25mm 中空注漿錨桿，長度為4.0m，梅花形布置在拱墻上，環縱向間距為1.0m×0.50m；中空式注漿錨桿鉆孔成孔后，先插入桿體并安裝止漿塞和孔口墊板，插入排氣管，然后采用HFV-5D 型注漿機注漿，待水泥漿終凝后扭緊固定孔口墊板的螺栓。

拱墻掛設Φ8mm 鋼筋網，網格為15cm*15cm，在洞外分片制作，安裝時按設計及規范要求進行搭接。鋼筋網與錨桿和鋼架綁扎連接(或點焊焊接)牢固。噴混凝土時，減小噴頭至受噴面距離和風壓，以減少鋼筋網振動，降低回彈。鋼筋網噴混凝土保護層厚度不小于2cm。

初期支護混凝土采用C20 濕噴混凝土，厚度為28cm，全環噴射混凝土。

噴射混凝土前檢查開挖斷面凈空尺寸，如有欠挖及時處理后再噴混凝土。在不良地質地段，設專人隨時觀察圍巖變化情況，當受噴面有涌水、淋水、集中出水點時，先進行引排水處理。

下斷面開挖后，及時進行仰拱初期支護，使初期支護結構及早成環。

4.3 二次襯砌

仰拱初期支護施工完畢后，及時進行仰拱、仰拱填充、襯砌作業。

F2 斷層破碎帶均采用S6 襯砌斷面C30 鋼筋混凝土土、混凝土抗滲等級不低于P8，在二次襯砌與初期支護之間鋪設防水層，襯砌變形縫設膨脹止水條，施工縫設橡膠止水帶。

4.4 施工監測

為及時掌握圍巖和支護的動態，以便采取相應的技術措施，斷層帶施工時應加強隧道監控量測，按設計要求進行布點觀測，并及時將觀測數據進行分析，指導施工。

斷層監控量測內容包括洞內外觀察、凈空水平收斂量測、拱頂下沉量測。隧道量測斷面測點布置為，三個拱頂下沉點和兩條凈空水平收斂量測線組成一個量測斷面，縱向間距5～10m。拱頂下沉量測采用水平儀測量，凈空收斂量測采用道坑收斂計測量，及時對量測數據分析，并指導施工，量測頻率應符合規范要求。采用的儀器有精密水準儀、塔尺、掛尺量測、數顯式收斂計、地質羅盤。

5 斷層破碎帶施工體會

(1)在施工中貫徹“不塌就是進度”的思想。在軟弱圍巖中的施工方法必須穩妥可靠，在保證不塌的原則下再考慮加快施工進度。選定初期支護參數貫徹“寧強勿弱”的思想，由于對巖體工程性質的認識很難恰如其分，對于介于兩級圍巖之間的按偏高的圍巖級別進行初期支護。

(2)應加強斷層施工中的監控量測工作，做到信息化施工。對變形超限的初期支護要及時進行加固并修正下一步支護參數。

(3)在施工中應嚴格施工紀律，施工方案一經討論確定，操作人員必須嚴格執行，不得私自變動。嚴格的施工紀律，合理的工序安排，先進的施工工藝，嚴肅的管理制度是一套防塌的有效手段。

總之，斷層破碎帶一直是隧道施工的難點，也是易于出現安全事故的地段，需引起高度重視。閘門坳隧道F1 斷層破碎帶的施工實踐表明，超前地質預報是非常重要的一環，其準確性將直接影響到施工措施的制定及其有效性；選擇合理的隧道開挖方法是保證圍巖整體穩定性以及避免大面積坍塌的重要保證；可靠的支護方式及小導管注漿措施是斷層破碎帶隧道施工的靈魂所在，具有特別重要的地位。此外，小型塌方的判斷和及時處理也是破碎帶隧道施工的重要措施。將上述措施合理地結合和靈活運用而形成關鍵技術，對破碎圍巖條件下的隧道施工具有普遍的適應性。