高速公路三車道隧道斷層破碎帶施工方法優化研究

馮毅

摘 要：高速公路隧道施工工程中常出現隧道斷層破碎帶的問題，在工程設計施工的研究中，對隧道圍巖的穩定性要求很高，因此本研究主要針對岐山特長隧道工程地質條件，結合隧道超前地質預報及監控量測數據分析，總結出影響斷層破碎帶圍巖穩定性的原因，并采取關鍵的改善措施，對隧道斷層破碎帶不同地質情況進行研究，選用不同的相應施工方法，在保證施工安全、質量的前提下，加快施工進度，實現項目進度目標。

關鍵詞：隧道 斷層破碎帶 施工方法

中圖分類號：U445 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2019）03（c）-0027-02

1 工程概況

1.1 基本情況

岐山特長隧道地處莆田市仙游縣游洋鎮與涵江區莊邊鎮交界處，為雙洞六車道，設計時速100km/h，是湄渝高速公路全線關鍵控制性工程之一。該隧道地質結構復雜，施工難度大，最大埋深600多m，隧道全長8041.5m，進口端施工任務為3300m。隧道采用進、出口端同時掘進。

1.2 地質情況

岐山隧道進口端圍巖主要以凝灰質砂巖為主；隧道的不良地質主要表現為穿越8處斷裂構造及擠壓裂隙密集帶，巖爆易發生段1處。

2 隧道前期施工段的綜合分析

2.1 開挖工法

（1）岐山隧道洞口淺埋段地質主要為全風化-中風化凝灰質砂巖，V級圍巖，為確保安全進洞，現場采用了雙側壁導坑開挖法進行施工，輔助以大管棚、小導管和砂漿錨桿超前支護，安全、順利地完成施工。但工序轉換頻繁，速度較慢，且成本較高。

（2）隧道進入深埋段Ⅳ、Ⅴ圍巖，由于雙側壁導坑開挖法、CRD開挖工法施工速度較慢，且岐山隧道是全線控制性工程之一，工期緊迫，經四方代表詳細的討論及研究、結合現場地質情況，同意在確保安全的前提下，Ⅳ、V級圍巖可采用上下臺階法施工，之后采用臺階法在施工整個過程嚴格按照規范相關要求進行，包括：循環進尺、控制爆破、臺階長度、支護參數等進行嚴格控制，整個施工過程安全、可控[1]。

2.2 斷層破碎帶地段施工

岐山隧道進口端設計斷層破碎帶共8條，具體情況如下：

（1）第一條斷層破碎帶：F210斷層，里程K76+340，現場施工實際地質揭示主要以中風化-全風化凝灰質砂巖為主，較堅硬巖，局部較破碎，地下水以點滴狀出水，整體自穩性好，現場加強超前支護，該段順利度過。

（2）第二條斷層破碎帶：F210A斷層，里程K76+528，現場施工實際地質揭示主要以中風化-微風化流紋巖為主，較堅硬巖，局部較破碎，地下水以點滴狀出水，整體自穩性好，現場加強超前支護，該段順利度過。

（3）第三條斷層破碎帶：F211斷層，里程K77+064，現場施工實際地質揭示主要以中風化-微風化流紋巖為主，較堅硬巖，局部較破碎，整體自穩性好，左洞左拱腰揭露斷裂帶及充填物，涌水量較大，水量約為2000m3/d，現場啟動應急預案，水泵、排水管道、移動接力水箱等抽水設備配備齊全，及時進行了排水，四方代表現場勘察，結合地質預報信息，為防止發生突泥情況，該段增加了洞內中管棚施工，大大增加了施工安全系數，并嚴格按照設計要求進行施工，該段平穩度過，且無安全質量事故[2]。

（4） 第四條斷層破碎帶：F212斷層，里程K77+129，現場施工實際地質揭示主要以中風化-微風化流紋巖為主，較堅硬巖，局部裂隙稍發育，地下水以點滴狀出水，整體自穩性好，該段順利度過。

（5）第五條斷層破碎帶：F212A斷層，里程K77+522，現場施工實際地質揭示主要以中風化-微風化流紋巖為主，較堅硬巖，裂隙較發育，巖體較破碎，地下水發育，以涌流股狀出水，出水量約為40m3/h，整體自穩性一般，該段順利度過。

（6）第六條斷層破碎帶：F213斷層，里程K77+869，現場施工實際地質揭示主要以中風化-微風化流紋巖為主，較堅硬巖，裂隙較發育，巖體較破碎，地下水較發育，以淋雨狀出水，整體自穩性一般，該段順利度過。

（7）第七條斷層破碎帶：F214斷層，里程K78+441，現場施工實際地質揭示主要以中風化-微風化流紋巖為主，較堅硬巖，裂隙較發育，巖體較破碎，地下水不發育，以點滴狀出水，整體自穩性一般，該段順利度過。

（8）第八條斷層破碎帶：F215斷層，里程K78+998，現場施工實際地質揭示主要以中風化-微風化流紋巖為主，較堅硬巖，裂隙較發育，巖體較破碎，地下水不發育，以點滴狀出水，整體自穩性一般，該段順利度過[3]。

以上8條斷裂帶施工過程中，第④～⑧號斷裂帶均采用全斷面法施工，且在保證安全的前提下，順利度過。

2.3 超前地質預報及監控量測

岐山隧道地質情況復雜、多變，在不良地質下隧道施工中防坍塌和防突泥涌水是本工程的施工難點。本隧道由第三方監控量測單位負責超前地質預報及監控量測工作，在已完成段落的實際地質情況與超前地質預報的數據信息來看，判斷基本一致，對現場施工充分起到了指導性作用，尤其在進入斷層破碎帶地段之前，通過TGP超前地質預報、地質雷達、紅外線探水以及超前水平鉆探，四項技術措施綜合判定，提前預防，且采取了有效的應急措施，使每處斷層破碎帶安全、平穩度過[4]。

3 主要施工方法

根據岐山隧道進口端已完成段的地質情況，該隧道深埋段Ⅳ、Ⅴ級圍巖基本均處于斷層破碎帶地段，巖體風化程度多為中風化-微風化，強風化以及全風化圍巖相對少見，整體安全系數較高；為保證安全、質量，同時考慮工程進度，Ⅳ、Ⅴ級圍巖斷層段施工方案按照以下三種且根據實際情況選用。

3.1 Ⅳ、Ⅴ級圍巖（斷層破碎帶）一般地段

Ⅳ、Ⅴ級圍巖（斷層破碎帶）一般地段指圍巖主要以中風化-微風化圍巖為主（石質圍巖），節理裂隙較發育，自穩性良好，無地下水或以點滴狀出水，超前地質預報信息已準確判斷無突泥涌水等地質災害的可能，在超前支護施作到位的前提下，可采用全斷面開挖法施工。

3.2 Ⅳ、Ⅴ級圍巖（斷層破碎帶）較差地段

Ⅳ、Ⅴ級圍巖（斷層破碎帶）較差地段指圍巖主要以中風化-全風化圍巖為主，節理裂隙發育，巖體較破碎，巖體已無法自穩，地下水以點滴狀或流水狀的承壓水出現，超前地質預報信息反映可能出現涌水坍塌等地質災害，在超前支護施作到位的前提下，全斷面開挖已無法確保施工安全，立即進行工法改變，將全斷面開挖改為臺階法施工，根據現場施工安排，可選用上下臺階或三臺階施工，但考慮開挖臺架頻繁改變，優先考慮三臺階施工（可不用開挖臺架），且較小的臨空面有助于施工安全、減少坍塌可能。

3.3 Ⅳ、Ⅴ級圍巖（斷層破碎帶）特殊地段

Ⅳ、Ⅴ級圍巖（斷層破碎帶）特殊地段指圍巖主要全風化圍巖為主，巖體基本為夾泥的松散破碎體，或斷層完全揭露，巖體已無法自穩，超前地質預報信息反映即將可能出現較大突泥、涌水坍塌等地質災害；經現場判斷，全斷面、臺階法開挖已無法確保施工安全、質量，存在較大隱患，此時應立即改變工法，根據現場情況選用雙側壁導坑開挖、CRD開挖法或CD法嚴格進行施工[5]。

4 斷層破碎帶（石質圍巖）全斷面施工關鍵性措施分析

4.1 超前地質預報

采用地質雷達進行探測掌子面前方圍巖情況，紅外線探測儀探測地下水情況，對于初步判斷不良地質段和設計勘探資料標示的不利地質地帶，采用水平地質鉆探驗證確定。

4.2 超前支護

在原設計超前支護的基礎上，由于斷面較大，超前可加強采用雙排ф50小導管超前支護。對深孔注漿后的巖體裂隙再次進行加固，確保圍巖的總體穩定性。

4.3 短掘進開挖

Ⅳ級圍巖每次循環開挖進尺控制在2.1m左右；V級圍巖每次循環開挖進尺控制在1.4m左右，并根據圍巖實際情況結合監測數據確定進尺量。采用光面爆破技術，微震控制爆破，加密周邊眼間距，及時調整最小抵抗線及相對距，減少裝藥集中度，減小因爆破對圍巖的震動。

4.4 初期支護及時，仰拱、二襯緊跟，快速封閉成環

出碴完成后立即進行初期支護，嚴格按設計要求施工，及時施工仰拱。仰拱與掌子面距離控制在35m內，二次襯砌離開挖面控制在50m內[6]。

4.5 加強監控量測

施工中應加強監控量測工作，發現異常，及時調整施工參數及開挖方法，并采取有效的應急措施，確保施工安全。

5 結語

在高速公路隧道工程的實際施工中，由于地質的復雜性、多變性及特殊性，并在確保施工安全、質量的前提下，施工方法的選擇也并非一成不變的，因此，經過對施工方案的比對分析研究，優化施工方法顯得尤為重要，并能有效提高施工進度效率，對于地質復雜、工期緊、壓力大的控制性工程施工能起到關鍵性作用。

參考文獻

[1] 李云剛.軟巖大斷面淺埋暗挖隧道施工工法比選數值分析[J].水利與建筑工程學報，2017，15（1）：157-160.

[2] 盧杰.斷層及破碎帶隧道施工技術[J].山西建筑， 2018（6）：181-182.

[3] 李鐵鋒.隧道斷層破碎帶施工技術研究[J].建筑技術開發，2017，44（5）：53-54.

[4] 李鳳嶺.穿越斷層破碎帶鐵路隧道施工與監測[J]. 青島理工大學學報，2017，38（2）：17-25.

[5] 王猛，蘇衛強，呂苑，等.加固措施對富水斷層破碎帶隧洞圍巖穩定的影響研究[J].水利與建筑工程學報，2018， 16（2）：200-204.

[6] 田曉峰.大斷面黃土隧道初期支護快速封閉成環施工技術[J].現代工業經濟和信息化，2017，7（5）：55-57.