隧道斷層破碎圍巖段施工控制技術研究

■鮑慶偉 ■中國中鐵九局集團有限公司，吉林 吉林 132000

隧道是公路、鐵路工程中的重要組成部分，在道路建設進程不斷加快的情況下，隧道工程的數量也在不斷增加。在開挖及修建隧道的過程中通常會遇到斷層破碎地段，隧道中的斷層及破碎圍巖可對整個工程的穩定性產生影響，如處理不善將可能引起隧道塌方等安全事故［1］。本文結合實踐經驗對隧道斷層及破碎圍巖段的施工技術進行了探討，旨在提高道路隧道工程的施工質量。

1 工程概況

某隧道的起點為 DK237+763，終點為 D326+821，隧道全長890．5km，隧道中設置有5座斜井，最大埋深值為768m。隧道內部存在斷層破碎段，斷層破碎段的起訖里程為DK292+192～643，均為V級圍巖，總長度為451m。高地應力是斷層破碎圍巖出現的主要原因，DK292+192～643中的圍巖受到高地應力及地殼運動的影響，已經變得密實且破碎，在開挖隧道后發現圍巖多呈粉末狀。斷層破碎段當中的斷層泥礫δ0為350kPa，破碎巖δ0為620kPa，視電阻率在45Ω·m～280Ω·m之間，巖體波速在2581m/s～2814m/s之間。為了保證隧道施工的順利進行，決定對該段圍巖進行特殊處理。

2 隧道斷層破碎圍巖段施工控制技術分析

2．1 超前注漿預加固控制技術

在對本工程的圍巖狀況進行考察后決定先采用超前導管注漿技術對隧道巖面進行加固處理。首先沿輪廓線在開挖面設置鉆孔，隨后利用小導管將膠凝漿液注入鉆孔中，漿液硬化后便可以預加固斷層破碎圍巖，從而起到超前支護作用，并保證隧道開挖作業的安全性。本工程采用的小導管直徑為45mm，壁厚為4．0mm，開挖隧道時的循環長度為5．5m，每個循環之間的搭接長度均＞1．5m，在拱頂120°范圍內小導管的環向間距為30m。在施工的過程中將錨固劑填塞到小導管中，同時在小導管中插入直徑為20mm的螺紋鋼筋，以便能夠使導管的抗壓強度及抗彎剛度得以增強。鉆眼時采用YT28型長鉆桿，鉆桿長度為4．0m，鉆眼完成后將鉆桿拔出，并將小鋼管插入，在插入鋼筋及加入錨固劑的同時注入水泥漿液，當注漿壓力上升到1MPa時可停止注漿施工［2］。對于地下水較為豐富的破碎圍巖地段，本工程結合了深孔注漿工藝，利用小導管完成平導超前及地表超前預注漿施工。經超前注漿加固控制后，斷層破碎圍巖段形成了大范圍且厚度達到設計要求的加固區，在預加固后可進行開挖施工及其他支護作業。

2．2 短臺階開挖控制技術

完成超前預加固處理后本工程采用了短臺階工藝進行開挖施工，同時起爆上臺階與下臺階，爆破施工的循環進尺為2．5m，為避免斷層破碎圍巖坍塌，在爆破時將下臺階的炸藥用量控制在0．5kg/m3～0．85kg/m3之間，上臺階為 1．0kg/m3～1．3kg/m3。圍巖周邊眼安放直徑為20mm的小藥卷，起爆時采用間隔導爆技術，周邊炮眼的裝藥量≤0．5kg/m3。為了避免對斷層破碎圍巖的穩定性造成影響，在施工中嚴格控制上臺階的高度，使其保持在6m左右，以便留有足夠寬度的操作平臺，開挖好上臺階后暫停開挖施工，3d后開始開挖下臺階，在開挖過程中確保預支護變形量≤5cm。下臺階與仰拱之間的距離為20m，以便于施工機械進入開挖操作平臺，開挖好下臺階后暫停施工，7d后開始處理仰拱，處理仰拱時確保預期加固的變形量≤10cm［3］。為了加快鋼筋綁扎、矮邊墻及防水板的施工進度，在開挖時還要保證掌子面與拱墻混凝土襯砌之間的距離為45m左右，上臺階及下臺階的開挖施工完成30d后才可在拱墻噴射或澆筑混凝土，在拱墻施工階段保證預加固變形量≤25cm。

2．3 圍巖支護控制技術

開挖后及時進行初期支護處理，在支護施工中采用了型鋼鋼架，鋼架由仰拱部分、上斷面及下斷面部分組成，確認鋼架的各部分連接牢固后緊貼圍巖布置鋼架，如超挖部分較多，則將預制混凝土塊置于超挖部分。為了避免鋼拱架出現下沉現象，本工程在鋼拱架與圍巖之間焊接了鋼板，鋼板規模為15mm×230mm×500mm，在鋼板的定位孔中打入鎖腳錨管，以便增加鋼拱架的抗變形能力及避免發生位移。鋼筋網的規格為150cm×150cm，網格間距為25cm×25cm，在本工程中安裝了2層鋼筋網，以減少破碎圍巖的回彈量、提高受噴性及加快混凝土的噴射速度。在錨支護施工中使用的錨桿為螺紋鋼，直徑為25mm，鉆孔深度達到標準后將浸透的錨固劑塞入其中，隨后插入螺紋鋼，確定錨桿到達孔底后安裝好墊板及擰緊螺栓，將鋼架與錨桿尾部焊接牢固。完成錨桿施工后便可以噴射混凝土，混凝土的坍落度為95mm～105mm，速凝劑添加量為1．0% ～1．5%，水灰比為0．48。噴射混凝土的順序為從上到下、先噴墻壁后噴射仰拱，噴射時噴嘴與工作面應保持垂直，且兩者距離應保持在2．0m左右［4］。在完成混凝土噴射施工及鋼架施工后可進行襯砌施工，襯砌厚度為85cm，安裝好模板后連續灌注混凝土。此外，對于破碎圍巖中的泥帶，則在坍穴口設置臨時排水管道，管道為直徑為60mm的鋼管，以便及時排除斷層泥，改善圍巖支護效果。

3 結束語

綜上所述，斷層中的破裂圍巖可對隧道工程的施工質量造成影響。為了有效控制破碎圍巖，避免不良地質條件影響工程建設質量，則應注意在施工過程中采用科學合理的施工工藝控制破碎圍巖，改善破碎圍巖的支護質量及強度。

［1］畢強，葛根榮，王毅．調整線路平縱斷面解決隧道中線施工偏差的原則及方法探討［J］．高速鐵路技術，2014(1):53-56．

［2］李文江，孫明磊，朱永全，朱正國，李玉良．軟弱圍巖隧道臺階法施工中拱腳穩定性及其控制技術［J］．巖石力學與工程學報，2012，31(z1):2729-2737．

［3］王劍晨，張頂立，張成平，房倩，蘇潔，杜楠馨．北京地區淺埋暗挖法下穿施工既有隧道變形特點及預測［J］．巖石力學與工程學，2014(5):947-956．

［4］盧裕杰，謝勇濤，丁祥．新建上跨隧道爆破施工對既有隧道影響的數值模擬及工程對策［J］．中國鐵道科學，2012，33(z1):104-110．