隧道斷層破碎帶滲水處理技術探討

劉靜濤

中鐵隧道集團有限公司杭州公司

隧道斷層破碎帶滲水處理技術探討

劉靜濤

中鐵隧道集團有限公司杭州公司

隨著我國經濟的快速發展，社會建設的不斷推進，交通隧道的建設問題也越來越受到重視。本文以金溫鐵路油竹隧道為切入點，就山嶺隧道斷層破碎帶的滲水處理技術，進行細致的探討研究，期望為山嶺隧道處理斷層破碎帶滲水問題提供幫助。

山嶺隧道；斷層破碎帶；滲水處理技術

1 斷層破碎帶概況

油竹隧道為雙線I級鐵路隧道，設計時速250km/h，設計長度4835.55m，起訖里程為DK149+560.72～DK154+396.27。隧道總體地質條件較差,有F2斷層2處，F3、F4斷層各1處。F2斷層在DK152+207處與隧道相交，夾角約64°，中線右側見有斷層痕跡，地貌為一溝谷，谷寬約10～15m，常年有水，斷面較粗糙，具張扭性，產狀110°∠85°。F3斷層在DK153+275處與隧道相交，夾角約85°，具張扭性，產狀136°∠ 73°，地表寬度約8m，地表地貌為一沖溝，溝底寬約4m，水深約0.3m，常年流水。F4斷層在DK153+338處與隧道相交，夾角約26°，具張扭性，產狀18°∠ 80°，地表發育一沖溝，溝底寬約3m，水深約0.2m，常年流水。斷層帶節理發育，巖體破碎，透水性較好，地下水發育。

2 隧道滲涌水特征

隧道會產生裂縫是受多種因素影響的，比如說巖性和褶皺的構造都會造成不同程度的裂縫，砂巖和泥石的裂縫也是大不相同，同一個砂巖層上的裂縫是相通的，同時，砂巖的剛性是也比較強，它所產生的裂縫連通性也比較好,從而砂巖成為相對的含水層。而泥巖卻是相反，它的特點是具有軟塑性,產生的裂縫大都是細而密的,含水導水性差,因此它就成為了隔水層。

3 隧道裂隙滲水的成因與特點研究

砂巖和泥巖二者之間會組成含水層或者是隔水層，每一層巖層的裂縫都需要承擔來自斷層的重力，這樣一來，裂縫中的地下水才會向下流動。而F2、F3、F4本身的構造類型就屬于斷層，它的上層是砂巖夾泥巖混合特質，當外部降雨時，雨水通過地表向下滲入，給斷層進行補給，致使地下水從巖石的裂縫中流出，發生隧道涌水現象。

4 斷層破碎帶滲水處理技術方法

斷層施工組織不當或管理不規范，容易造成坍塌、冒頂、突水、突泥等地質災害，嚴重影響工期及安全質量，在穿越斷層施工過程中，要加強過程控制，充分利用超前地質預報、監控量測等輔助手段獲取開挖面前方的地質信息，加強超前支護，施工方案也要隨時的調整，找到最合適的施工方案，對施工過程施行動態、全過程監控，避免發生地質災害，保證隧道安全順利施工。

4.1 支護加固措施：

對F2、F3、F4斷層采用Ⅳb型復合式襯砌結構，三臺階法開挖施工。

①支護措施應用超前小導管注漿來進行加固，縱向距離把握在每環三米左右。選擇鋼管時，外徑控制在四十毫米左右，壁厚在三毫米左右，總長度不長于五米為最佳。之后對鋼管孔口注漿，孔徑為6～8mm左右，孔間距15cm，布置時按照梅花形來布置，鋼管的前部分加工成錐形，尾部的長度不小于三十厘米，這樣就形成非常好的止漿段。在注漿時還需注意水灰比的比率，要求為0.5-1，水泥型號采用525號普通硅酸鹽水泥，注漿壓力控制在0.5～1.0Mpa，具體根據現場實際情況來確定。如果破碎帶的涌水量非常大，我們需要采取針對性的措施。

②嚴格按設計采用三臺階法開挖施工。

③拱、墻采用25cm厚噴C30纖維砼、網格為20cm×20cm的ф 6鋼筋網、3.5m長ф25*7帶排氣裝置注漿錨桿和ф22砂漿錨桿進行錨噴網聯合支護，并用I18型鋼鋼架加強，間距0.8米/榀。

④設置仰拱，使環形封閉。仰拱采用25cm厚C25噴射砼支護，并用I18型鋼鋼架加強，間距0.8米/榀。

⑤二次襯砌采用Ⅳb型襯砌結構。拱、墻采用40cm厚C35纖維砼，仰拱采用45cm厚C35纖維砼。

4.2 加強超前地質預報

用TSP地質預報系統或地質雷達探測到的可能斷層帶以及設計圖紙標定的斷層里程前五米左右采用水平地質鉆機對地層進行超前鉆探，與此同時也可以用紅外線探水儀來進一步確定含水量。

4.2.1 超前地質鉆孔探測預報：在開挖斷面的中部和周邊施鉆5個孔，均水平施鉆。鉆孔位置：中部1個，周邊4個。

4.2.2 紅外線探水：在斷層每開挖15～30m，對開挖面前方施作一次紅外線探水，對地下水情況進行預報。

4.3 加強監控量測

4.3.1 地表監測：監測的對象主要有:水溫、水壓、水質變化以及天氣情況。監測方法主要就是記錄和實地考察以及攝影拍照等。

4.3.2 地表沉降量測：若淺埋地段存在斷層區，應該注重地表沉降的觀測。縱向沿隧道走向埋設混凝土樁及水平基準點，其斷面布置與洞內拱頂下沉、凈空水平收斂斷面布置相同，每個地表下沉量測斷面上測點橫向間距為2～5m。開挖隧道時，及時繪測下沉位移與時間關系的圖像以及與距離的圖像，在測地表沉降量時必須采用水準儀來檢測，才能保證檢測結果的精準性。

4.3.3 洞內監測：拱頂沉降和水平收斂拱頂下沉測點和凈空變化（圍巖收斂）測點布置在同一斷面，斷層帶每5m布設一個斷面，拱頂下沉測點原則上布置在拱頂軸線附近。

4.3.4 量測數據的處理與應用：拱頂下沉、凈空收斂的位移量，繪制時態曲線。地表沉降值，繪制縱向和橫向時態曲線。

4.4 監測結果分析處理

⑴在分析數據時，可根據散點圖進行回歸分析，并將回歸分析得出的變形值與允許變形值比較，從而確定下一步施工采取的措施。

⑵根據位移變化速度判別

凈空變化速度持續大于5.0mm/d時，圍巖處于急劇變形狀態，應加強初期支護。水平收斂（拱腳附近）速度小于0.2mm/d，拱頂下沉速度小于0.15mm/d，圍巖基本達到穩定。

4.5 加強施工過程控制

強化開挖及支護的過程控制，隧道穿越斷層時設計采用三臺階開挖，施工時嚴格執行。

Ⅳ級圍巖三臺階開挖橫斷面圖

4.5.1 ⑴隧道超前支護部分用鋼架支護。⑵弱爆破開挖①部。⑶施作①部導坑周邊的初期支護，即初噴4cm厚C30纖維混凝土，架立Ⅰ18型鋼鋼架，鋪設φ6鋼筋網，并打設Φ50鎖腳鋼管。

4.5.2 ⑴在滯后①部一段距離后，弱爆破開挖②部。⑵導坑周邊部分初噴4cm厚C30纖維混凝土，架立Ⅰ18型鋼鋼架，鋪設φ6鋼筋網，并打設Φ50鎖腳鋼管。⑶鉆設3.5m長徑向錨桿后復噴至設計厚度。

4.5.3 ⑴在滯后于②部一段距離后，弱爆破開挖③部。⑵初噴4cm厚C30纖維混凝土，架立Ⅰ18型鋼鋼架，鋪設φ6鋼筋網，并打設Φ50鎖腳鋼管。⑶隧底周邊部分噴混凝土至設計厚度。

4.5.4 根據監控量測結果分析，待初期支護收斂后，利用襯砌模板臺車一次性灌筑Ⅴ部拱墻二次襯砌。

4.5.5 掌子面徑向注漿：鋼架安裝完成后，開始徑向鉆孔，進行徑向注漿。徑向注漿作為穿越斷層的一種重要輔助措施，有固結圍巖、降低圍巖孔隙率、止水的作用，因此，要嚴格注漿施工程序，重視注漿效果的檢查，可根據實際情況調整注漿參數，確保注漿效果。

4.5.6 超前預注漿：當地質預報探測到斷層、巖溶區內含水量較大、有溶洞、水包、泥包時應對前方地層采取超前深孔注漿，固結巖層，確保安全通過。

5 結束語

綜上所述，在隧道施工過程中，遇到斷層破碎帶滲水問題時若不及時采取補救措施，就會引發周圍斷層出現一系列變化，從而使巖石穩定性降低，使施工危險系數增大，造成安全隱患事故的發生，同時巖石結構發生變化后，強度及承載力都有所下降，對隧道工程的整體質量帶來不利影響。另外，隧道周圍長期滲水也會給周邊自然環境帶來影響。因此，我們需要在施工過程中制定科學合理的施工方法與應對措施，保證隧道施工安全，也為以后運營安全提供強有力的保障。

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10.16767/j.cnki.10-1213/tu.2017.12.114