淺談隧道穿越斷層破碎帶施工

文/高宇 中交一公局第四工程有限公司 廣西南寧 530031

1、引言

斷層是隧道施工中最常見的不良地質現象，斷層破碎帶分布區段是隧道圍巖最不穩定的區段，斷層及其破碎帶又是淤泥帶最主要的儲存場所，賦存于斷層及其破碎帶中淤泥帶是隧道突水突泥等地質災害的最主要源泉。

某隧道地質條件復雜，軟弱圍巖、斷層破碎帶等不良地質分布，隧道穿越不良地質時極易發生地質災害。斷層破碎帶巖體具有強度低、遇水弱化崩解、裂隙分布廣、地下水運移無規律等特征。當隧道通過不良地質時，在地應力、水壓力及開挖擾動的聯合作用下，隧道極易發生塌方以及突水、突泥等災害。見 圖1、圖2

2、施工方案

隧道斷層破碎帶施工按照“先探測、管超前、預注漿、半斷面、短進尺、弱爆破、強支護、緊封閉、勤量測”的原則進行。

YK65+060～YK65+500段位于泥盆系下統蓮花山組下段（D1I1）與寒武系水口群中亞組接觸帶內，帶內巖石風化強烈，巖體極破碎，裂隙極發育，富水性好，地下水豐富，隧道涌水方式以股狀或涌流狀，在豐水期強降雨后，出現突水、突泥現象可能性較大。為確保施工過程中不發生安全事故，順利通過斷層破碎帶，有效降低施工階段發生地質災害所引發的風險，特制定以下施工方案。

首先按照設計文件要求采用綜合超前地質預報系統（主要采用TSP203及超前地質鉆孔、地質雷達等）進行超前地質預測，結合地質勘測資料和地質素描對前方地質進行綜合判斷，根據判斷結果確定是否注漿和采取哪種注漿方案，以及后續開挖過程中采取什么樣的輔助措施，開挖過程中加強對開挖后的地段進行監控量測，根據量測結果指導后續施工。見圖3

圖1 隧道出口端平面圖

圖2 隧道出口端縱斷面圖

2.1 超前地質預報

TSP與超前地質鉆探組合：適用于在工程地質復雜地段，僅采用TSP超前地質預報系統不能滿足需要時，用補充超前地質鉆孔對TSP預報成果加以核查與確認。探測布孔如圖4所示。

短距離地質預報：-般采用地質雷達法（GPR）進行短距離預報，一般地段洞身每20m施作一次，所有隧道全隧道進行，應采用技術先進、可靠，性能良好的設備進行，并由有經驗的人員操作和判斷。其工作原理如圖5所示。

2.2 洞身開挖

隧道斷層破碎帶軟弱圍巖采用環形開挖預留核心土法施工。環形開挖預留核心土法是在上部斷面以弧形導坑領先，并及時進行支護，其次開挖下半部兩側，再開挖中部核心土的方法。見 圖6

2.3 初期支護

（1）拱架安裝

圖3 流程圖

圖4 布孔探測示意圖

圖5 GPR示意圖

圖6 洞身開挖示意圖

圖7 注漿示意圖

鋼架按設計要求安裝，嚴格控制中線及標高，確保安裝質量。安裝前分批按設計圖清除干凈底腳處浮碴，超挖處加設鋼（混凝土）墊塊，超挖較大時，拱背噴填同級混凝土，以使支護與圍巖密貼，控制其變形的進一步發展。其中間段接頭板用砂子埋住，以防混凝土堵塞接頭板螺栓孔。按設計焊接定位筋及縱向連接筋，段間連接安設墊片擰緊螺栓。確保初噴質量，在初噴4cm砼后及時架設鋼架并盡快復噴，使鋼架與噴砼結構共同受力。拱架安裝后必須保證垂直度，不能發生扭曲變形。

（2）鋼筋網掛設

鋼筋網一般在錨桿施工完畢進行，人工鋪設貼近巖面，有鋼支撐時，將鋼筋網點焊在兩榀鋼支撐的外弧上；無鋼支撐時，通過與錨桿焊接固定在開挖的輪廊面上，且隨巖面起伏鋪設。

（3）濕噴混凝土

采用濕噴工藝，嚴禁采用干噴工藝。采用濕噴機械臂噴砼。水泥選用42.5級普硅水泥，速凝劑要求初凝不超過5min，終凝不超過10min，砂采用機制砂，干凈無污染，適宜用于隧道內噴射混凝土。石料采用質地堅硬的碎石，其最大粒徑不大于10mm。

在噴射混凝土之前，開挖后檢查開挖斷面凈空尺寸,找頂、撬幫完成立即進行初噴封閉圍巖，充分發揮圍巖的自穩能力。初噴混凝土采用濕噴機配機械手進行作業。

拌料時嚴格掌握規定的速凝劑摻量和混凝土配合比，噴射距離一般為0.8m～1.2m，且垂直于巖面。初噴厚度4cm，復噴每次7cm～10cm，直至設計厚度。

2.4 斷層破碎帶注漿施工

（1）突水段掌子面注漿

注漿采用“深淺孔組合注漿”方式，外層注漿管長度為20m，內層注漿管長度為30m。注漿鋼管間距1.0×1.0m，梅花形布置，外插角宜取5°～25°，注漿材料為水泥漿，取水灰比0.6：1～3：1（重量比），注漿壓力0.5～1.0Mpa，漿液配合比和注漿壓力可以通過現場試驗確定，灌漿漿液的濃度應由稀到濃，注漿壓力由低到高，逐級變換。

前期注漿孔宜采用單孔注漿量控制，當單孔注漿量達到設計單孔注漿量時，即可換孔注漿，后期注漿孔宜采用注漿終壓控制，達到設計注漿終壓時，且注漿孔注入率小于40L/min時，延續20～30min，即可結束注漿。見 圖7

（2）突泥段注漿

突發性突水涌泥的治理設計原則為“鞏固后方、注漿加固、分部成環、支護加強”等綜合整治，注漿材料為水泥水玻璃雙漿液，水泥水玻璃配合比為1：0.5，水泥漿水灰比1：1（重量比），水玻璃濃度為35波美度，模數為2.4，注漿壓力為0.3～0.8Mpa，漿液配合比和注漿壓力可以通過現場試驗確定，灌漿漿液的濃度由稀到濃，注漿壓力由低到高，逐級變換。見 圖8

2.5 監控量測

開挖過程中嚴格實施監控量測工作，針對監控量測數據及時分析，以真實有效的監控量測數據為指導，根據監控量測結果變化突變時，及時調整現場施工參數。監測的項目、監測的頻率、監測的數據分析、監測的預警等與斷層破碎帶施工方案中監控量測方案一致外，還應增加隧道滲水、涌水量、水壓的監測，為施工方案的確定、調整提供參考依據。見 圖9

圖8 注漿示意圖

圖9 監控量測流程圖

隧道涌水量及涌水含泥量與含砂量觀察：根據涌水情況，在隧道排水溝內每50m～200m設置一個涌水量監測點，對隧道涌水量進行測試和評估，以此指導隧道結構防水堵排對策，從而達到隧道結構防水的“限量排放”的目的。同時為了保證隧道排水系統的暢通，不定期的對隧道初期支護段涌水進行取樣分析測試其含泥量和含砂量，根據其水質狀況采取必要的堵排措施，防止排水導致隧道排水系統的堵塞和淤積現象發生。

方法：涌水量采用三角形圍堰法或浮標進行測試，而含泥量與含砂量則采用烘干后秤取重量法進行測試。

結論：

穿越斷層破碎帶的隧道施工應按照“先探測、管超前、預注漿、半斷面、短進尺、弱爆破、強支護、緊封閉、勤量測”的原則進行。