淺談隧道穿越斷層破碎帶施工

【摘要】某隧道地質(zhì)條件復(fù)雜，軟弱圍巖、斷層破碎帶等不良地質(zhì)分布，隧道穿越不良地質(zhì)時(shí)極易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害。斷層破碎帶巖體具有強(qiáng)度低、遇水弱化崩解、裂隙分布廣、地下水運(yùn)移無規(guī)律等特征。當(dāng)隧道通過不良地質(zhì)時(shí)，在地應(yīng)力、水壓力及開挖擾動(dòng)的聯(lián)合作用下，隧道極易發(fā)生塌方以及突水、突泥等災(zāi)害。

【關(guān)鍵詞】隧道;斷層破碎帶;突水;突泥

1、引言

斷層是隧道施工中最常見的不良地質(zhì)現(xiàn)象，斷層破碎帶分布區(qū)段是隧道圍巖最不穩(wěn)定的區(qū)段，斷層及其破碎帶又是淤泥帶最主要的儲(chǔ)存場(chǎng)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(zhì)災(zāi)害的最主要源泉。

某隧道地質(zhì)條件復(fù)雜，軟弱圍巖、斷層破碎帶等不良地質(zhì)分布，隧道穿越不良地質(zhì)時(shí)極易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害。斷層破碎帶巖體具有強(qiáng)度低、遇水弱化崩解、裂隙分布廣、地下水運(yùn)移無規(guī)律等特征。當(dāng)隧道通過不良地質(zhì)時(shí)，在地應(yīng)力、水壓力及開挖擾動(dòng)的聯(lián)合作用下，隧道極易發(fā)生塌方以及突水、突泥等災(zāi)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(cè)、管超前、預(yù)注漿、半斷面、短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、緊封閉、勤量測(cè)”的原則進(jìn)行。

YK65+060～YK65+500段位于泥盆系下統(tǒng)蓮花山組下段（D1I1）與寒武系水口群中亞組接觸帶內(nèi)，帶內(nèi)巖石風(fēng)化強(qiáng)烈，巖體極破碎，裂隙極發(fā)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(qiáng)降雨后，出現(xiàn)突水、突泥現(xiàn)象可能性較大。為確保施工過程中不發(fā)生安全事故，順利通過斷層破碎帶，有效降低施工階段發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害所引發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)，特制定以下施工方案。

首先按照設(shè)計(jì)文件要求采用綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)（主要采用TSP203及超前地質(zhì)鉆孔、地質(zhì)雷達(dá)等）進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)測(cè)，結(jié)合地質(zhì)勘測(cè)資料和地質(zhì)素描對(duì)前方地質(zhì)進(jìn)行綜合判斷，根據(jù)判斷結(jié)果確定是否注漿和采取哪種注漿方案，以及后續(xù)開挖過程中采取什么樣的輔助措施，開挖過程中加強(qiáng)對(duì)開挖后的地段進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)，根據(jù)量測(cè)結(jié)果指導(dǎo)后續(xù)施工。見圖3

2.1超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

TSP與超前地質(zhì)鉆探組合：適用于在工程地質(zhì)復(fù)雜地段，僅采用TSP超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)不能滿足需要時(shí)，用補(bǔ)充超前地質(zhì)鉆孔對(duì)TSP預(yù)報(bào)成果加以核查與確認(rèn)。探測(cè)布孔如圖4所示。

短距離地質(zhì)預(yù)報(bào)：-般采用地質(zhì)雷達(dá)法（GPR）進(jìn)行短距離預(yù)報(bào)，一般地段洞身每20m施作一次，所有隧道全隧道進(jìn)行，應(yīng)采用技術(shù)先進(jìn)、可靠，性能良好的設(shè)備進(jìn)行，并由有經(jīng)驗(yàn)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(huán)形開挖預(yù)留核心土法施工。環(huán)形開挖預(yù)留核心土法是在上部斷面以弧形導(dǎo)坑領(lǐng)先，并及時(shí)進(jìn)行支護(hù)，其次開挖下半部兩側(cè)，再開挖中部核心土的方法。見 圖6

2.3初期支護(hù)

（1）拱架安裝

鋼架按設(shè)計(jì)要求安裝，嚴(yán)格控制中線及標(biāo)高，確保安裝質(zhì)量。安裝前分批按設(shè)計(jì)圖清除干凈底腳處浮碴，超挖處加設(shè)鋼（混凝土）墊塊，超挖較大時(shí)，拱背噴填同級(jí)混凝土，以使支護(hù)與圍巖密貼，控制其變形的進(jìn)一步發(fā)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(shè)計(jì)焊接定位筋及縱向連接筋，段間連接安設(shè)墊片擰緊螺栓。確保初噴質(zhì)量，在初噴4cm砼后及時(shí)架設(shè)鋼架并盡快復(fù)噴，使鋼架與噴砼結(jié)構(gòu)共同受力。拱架安裝后必須保證垂直度，不能發(fā)生扭曲變形。

（2）鋼筋網(wǎng)掛設(shè)

鋼筋網(wǎng)一般在錨桿施工完畢進(jìn)行，人工鋪設(shè)貼近巖面，有鋼支撐時(shí)，將鋼筋網(wǎng)點(diǎn)焊在兩榀鋼支撐的外弧上;無鋼支撐時(shí)，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(shè)。

（3）濕噴混凝土

采用濕噴工藝，嚴(yán)禁采用干噴工藝。采用濕噴機(jī)械臂噴砼。水泥選用42.5級(jí)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(jī)制砂，干凈無污染，適宜用于隧道內(nèi)噴射混凝土。石料采用質(zhì)地堅(jiān)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(jìn)行初噴封閉圍巖，充分發(fā)揮圍巖的自穩(wěn)能力。初噴混凝土采用濕噴機(jī)配機(jī)械手進(jìn)行作業(yè)。

拌料時(shí)嚴(yán)格掌握規(guī)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(fù)噴每次7cm～10cm，直至設(shè)計(jì)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(nèi)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(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定，灌漿漿液的濃度應(yīng)由稀到濃，注漿壓力由低到高，逐級(jí)變換。

前期注漿孔宜采用單孔注漿量控制，當(dāng)單孔注漿量達(dá)到設(shè)計(jì)單孔注漿量時(shí)，即可換孔注漿，后期注漿孔宜采用注漿終壓控制，達(dá)到設(shè)計(jì)注漿終壓時(shí)，且注漿孔注入率小于40L/min時(shí)，延續(xù)20～30min，即可結(jié)束注漿。見 圖7

（2）突泥段注漿

突發(fā)性突水涌泥的治理設(shè)計(jì)原則為“鞏固后方、注漿加固、分部成環(huán)、支護(hù)加強(qiáng)”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(shù)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(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定，灌漿漿液的濃度由稀到濃，注漿壓力由低到高，逐級(jí)變換。見 圖8

2.5監(jiān)控量測(cè)

開挖過程中嚴(yán)格實(shí)施監(jiān)控量測(cè)工作，針對(duì)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)分析，以真實(shí)有效的監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)為指導(dǎo)，根據(jù)監(jiān)控量測(cè)結(jié)果變化突變時(shí)，及時(shí)調(diào)整現(xiàn)場(chǎng)施工參數(shù)。監(jiān)測(cè)的項(xiàng)目、監(jiān)測(cè)的頻率、監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)分析、監(jiān)測(cè)的預(yù)警等與斷層破碎帶施工方案中監(jiān)控量測(cè)方案一致外，還應(yīng)增加隧道滲水、涌水量、水壓的監(jiān)測(cè)，為施工方案的確定、調(diào)整提供參考依據(jù)。見 圖9

隧道涌水量及涌水含泥量與含砂量觀察：根據(jù)涌水情況，在隧道排水溝內(nèi)每50m～200m設(shè)置一個(gè)涌水量監(jiān)測(cè)點(diǎn)，對(duì)隧道涌水量進(jìn)行測(cè)試和評(píng)估，以此指導(dǎo)隧道結(jié)構(gòu)防水堵排對(duì)策，從而達(dá)到隧道結(jié)構(gòu)防水的“限量排放”的目的。同時(shí)為了保證隧道排水系統(tǒng)的暢通，不定期的對(duì)隧道初期支護(hù)段涌水進(jìn)行取樣分析測(cè)試其含泥量和含砂量，根據(jù)其水質(zhì)狀況采取必要的堵排措施，防止排水導(dǎo)致隧道排水系統(tǒng)的堵塞和淤積現(xiàn)象發(fā)生。

方法：涌水量采用三角形圍堰法或浮標(biāo)進(jìn)行測(cè)試，而含泥量與含砂量則采用烘干后秤取重量法進(jìn)行測(cè)試。

結(jié)論：

穿越斷層破碎帶的隧道施工應(yīng)按照“先探測(cè)、管超前、預(yù)注漿、半斷面、短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、緊封閉、勤量測(cè)”的原則進(jìn)行。

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作者簡介：

高宇，2017年桂林理工大學(xué)碩士研究生畢業(yè)，2017年2月至5月，在廣西建工賀州站前大道改擴(kuò)建項(xiàng)目實(shí)習(xí)。2017年6月正式參加工作，2017年至2018年8月，在北京城勘院南寧地鐵項(xiàng)目從事在建地鐵監(jiān)測(cè)、地鐵運(yùn)營監(jiān)測(cè)工作。2018年8月至今，在中交一公局四公司廣西荔玉高速土建6標(biāo)工作。