隧道斷裂破碎帶施工技術分析與質量控制

■吳 強

（福建廈蓉高速公路漳龍段擴建工程有限公司，龍巖 364000）

1 工程概況

龍巖廈蓉高速公路擴建工程九峰隧道長4665m，隧道區屬構造-剝蝕低山地貌，地形起伏較陡，自然坡度25～30°，局部達 35～45°，山脊平緩；進口處地面高程 484～490m，出口處地面高程430～434m，隧道軸線最大海拔標高1027m，植被較發育，多為雜木。隧址區處于我國東部著名的巨型新華夏系第二個隆起帶與南嶺緯向復雜構造帶的復合部位，閩西南拗陷帶東部。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。設計勘察共發現斷裂構造11條，斷裂特征多為擠壓破碎，應力中心多見靡棱巖化，F4-10破碎帶是11條斷裂構造帶中最大的一條，影響樁號YK140+195～YK140+325，巖層產狀127°∠70°，帶內巖石受力擠壓變質，褐鐵礦化較普遍，局部靡棱巖化，裂面多嚴重鐵錳質渲染，巖體破碎，局部已成土狀，巖體極破碎，節理裂隙極發育，富水性好，水量豐富。物探資料顯示該段電阻率相對較低。[BQ]＜250，圍巖級別為V級。

系統錨桿采用Φ25中空注漿錨桿，長度4m，環向間距1m，縱向間距1m，呈梅花形布置，采用Φ6鋼筋網，網格20×20cm，墻拱設置；采用工20b型鋼鋼支撐，縱向間距0.7m。二襯采用C25防水混凝土。

2 總體施工思路及關鍵技術

2.1 總體指導思想

為了安全快速通過富水斷層（裂）破碎帶，必須有一套行之有效的施工配套技術和管理措施，確保在通過地質復雜地段的施工安全，超前地質預報精準、預注漿方案合理、開挖方法安全、機械設備配套合理等四種施工思路。

2.2 關鍵施工技術

主要關鍵技術包括綜合超前地質預報技術、超前預注漿加固止水技術、開挖方法與支護結構施工技術、機械化配套快速施工技術、控制爆破技術等。

（1）超前地質預報

以綜合超前地質預報手段探明前方地質情況，通過出水量的測定，制定對應、合理的施工對策，確保施工安全。

總結現場的應用和實踐，現場以TSP、30m超前探孔這兩種預報方式的結合最為有效、準確、快速。TSP物理探測有效長度在100m左右，3～5個30m超前探孔 （直徑90mm），通過鑿巖臺車轉桿扭矩、鉆速、鉆進速度、排渣情況等綜合分析判斷前方準確距離的地質情況，與TSP結果進行比對分析，作出準確判斷，在地質復雜通過以上兩種手段還不能最終確定的情況下，可進行鉆孔取芯，進行更進一步的確認。

（2）注漿方案合理選擇

九峰隧道F4-10斷層破碎帶主要以石英砂巖、砂巖、粉砂巖為主，斷層主要為擠壓性斷層，斷層內巖體極破碎，節理裂隙極發育，富水性好，水量豐富，在選擇超前預注漿方案時，主要考慮止水效果，附帶加固作用。

現場采取了全斷面帷幕、周邊帷幕、局部注漿三種方案完成了不同出水條件下的超前預注漿施工。當超前探孔出水量達10～100L/min時采用單液水泥漿進行局部注漿，注漿壓力 3.5MPa，水泥漿液水灰比 1∶1～0.8∶1，水泥外加劑用量：水玻璃3%～5%及食鹽0.5%，凝固時間300～480min，孔數為45個左右，注漿長度30m，注漿時間為7～10d；當出水量在100L～300L/min時，采用周邊帷幕注漿方案，漿液采用水泥-水玻璃漿液，注漿壓力3.5MPa，水灰比 1∶1～0.8∶1，水玻璃濃度 35～40 波美度，水泥漿與水玻璃體積比 1∶1～1∶0.8，凝固時間 2～3min，注漿長度 30m，孔數為100個左右，注漿時間為15～18d；當超前探孔出水量大于300L/min，斷層極為破碎時，采用全斷面帷幕注漿方案，漿液采用水泥-水玻璃漿液，設計注漿壓力參考注漿處靜水壓力加上 1～2MPa 進行，漿液水灰比(0.8～0.6)∶1，水玻璃濃度35波美度，水泥漿與水玻璃體積比1:0.8～1:0.6，凝固時間 1～2min，注漿長度 30m，孔數為 167 個，注漿時間30d左右。

每環注漿孔先施工奇數編號注漿孔，然后施工偶數編號注漿孔同時作為檢查孔以判斷注漿效果。注漿結束后，單孔每延米用水量小于0.2L/min，隧道開挖后容許滲水量應小于2.5L/mim，當注漿完畢未達到設計要求時，應進行補注漿。

（3）注漿后隧道開挖方法和施工支護

①隧道開挖技術

開挖采用人工風鉆鉆孔，非電毫秒雷管松動爆破，當圍巖極軟時采用風鎬開挖；開挖時采用挖掘機扒渣，裝載機配合大車出渣；CD法開挖分四部分進行，開挖順序如圖1所示；上導坑與下導坑的開挖間距為3.0m，后行上導坑3與先行下導坑2的開挖間距5.0m；開挖循環進尺70cm。

采用全斷面超前預注漿施工一循環后，經過專家評價效果良好，且鉆孔檢驗表明無長距離斷層泥，特別是無軟弱土層，斷層為破碎巖層。根據多方研究后作出施工方法的重大調整，將CD開挖施工方法調整為臺階法施工。

臺階法施工時開挖采用人工風鉆鉆孔，非電毫秒雷管松動爆破；開挖時采用挖掘機扒渣，裝載機配合大車出渣；上部開挖預留核心土，上部與下部開挖距離為5.0m上部開挖進尺70cm，下部開挖左、右側錯開施工，錯開距離5.0m、開挖進尺70cm。

經過現場施工實踐，此方法適應于九峰隧道F4-10斷層的現場地質，且施工速度比較快，達40～50m/月。而按照CD法開挖，進度指標為10～20m/月，提高了施工工效。

②施工支護技術

開挖前施作Φ50mm超前注漿小導管 （L=5.0m，δ=5mm）提前支護圍巖，鋼管環向間距50cm，縱向間距2.8m，外插角15°，小導管注漿采用水泥漿液，水灰比0.5∶1,注漿壓力0.5～1MPa，超前小導管尾端應與初期支護鋼拱架焊接牢固，以增強整體剛度，發揮其最佳支護效能。超前注漿小導管按設計參數采用人工手持風鉆鉆孔，風鉆將小導管送入孔內，采用機械拌制漿液，注漿泵注漿。

隧道噴、錨、網及拱架施工緊跟開挖工作面施工。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）機械化配套技術

為避免以往斷層注漿占用時間較長的情況，整個斷層施工期間的設備必須配套、高效。實際做法是，一方面充分挖掘鑿巖臺車 （九峰隧道采用兩臺三臂鑿巖臺車開挖）的設備潛力，承擔起全部的超前探孔、注漿孔的施工任務，縮短鉆孔時間，通過現場實踐證明，硬質圍巖下采用鑿巖臺車能夠進行30～40m長的90mm孔的鉆進作業，與履帶式液壓鉆機相比效率提高到其的3～5倍。制漿采用高速注漿機、注漿采用穩壓注漿機，現場孔口管采用法蘭盤連接工藝等提高注漿速度。注漿完成后的檢查孔施工和開挖鉆眼爆破也使用鑿巖臺車，液壓鑿巖臺車在進行二次開發、挖掘潛能之后，鉆孔深度由10m提高到超過35m，施工速度由成孔10m消耗1.5h降低到成孔35m僅消耗2.5h，提高了現場的鉆孔速度，達到了多功能化，在硬質巖層中替代多功能鉆機的作用充分顯現，是大斷面公路隧道過斷層破碎帶施工過程中的關鍵設備。

圖1 CD法開挖工藝圖(單位:cm)

3 動態施工監測

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。

4 結束語

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。九峰隧道F4-10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；選擇合理的注漿方案及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；可靠的支護方式及注漿方案是斷層破碎帶隧道施工的靈魂所在，具有特別重要的地位。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。

[1]崔玖江 崔曉青.隧道與地下工程注漿技術[J].中國建筑工業出版社，2011.

[2]洪開榮,等.山區高速公路隧道施工關鍵技術[M].北京：人民交通出版社，2011.