研究斷層破碎帶對寬體隧道的設計有何影響

龐建民

（中鐵二院貴陽勘察設計研究院有限責任公司，貴州 貴陽 550000）

隨著國內交通事業的快速發展，行業內對于寬體隧道的設計與研究工作越來越重視。具體設計工作中，要加強對施工現場水文地質的勘測工作，并在設計施工中具體問題具體分析，進而有效提高寬體隧道的施工質量與運行效果。

1 影響分析

1.1 隧道與斷層破碎帶之間的關系

大量的調查研究與施工經驗表明，在進行隧道設計施工時，斷層破碎帶對于隧道的影響主要集中在支護結構方面。設計施工中，影響因素的不同將導致設計組合形式上存在很大的差異。一般來說，如果設計工作中通過對不同組合結構進行周全的計算，可以得到多種不同的組合結構形式，進而便于后續隧道開挖、支護工作的開展。

1.2 斷層破碎帶對于寬體隧道設計工作的影響

所謂的斷層破碎帶，其本質上屬于一種較為特殊的自然現象。隨著斷層兩盤之間相對運動的不斷加劇，受到擠壓的作用使得周圍巖石出現了破碎擠裂的現象，久而久之就形成了具有一定帶寬的斷層破碎帶，這一帶層結構和巖石帶基本平行。就理論上而言，在進行隧道工程的選址工作時，斷層破碎帶的存在不會對選址問題產生嚴重的影響。同時，隧道選址與斷層破碎帶的走向也沒有必然的聯系。但是，為了提高隧道施工與運行期間的安全性，大多情況下會選擇避開斷層地質帶，確保寬體隧道運行的安全性與穩定性。

2 案例分析

2.1 隧道概況

在進行某國家重點公路的設計施工時，經過設計與論證之后，某一隧道路段采用了分離式雙洞結構作為基本形式。設計中，隧道采用左、右兩線形式，左線的長度為2111m，右線的長度為2101m。通過對國家公路技術標準的研究，可以得出該段隧道公路寬體公路的范疇。隧道內部的輪廓寬度達到了11.36m，總體高度為7m。其中，下圖1 為隧道和破碎帶之間的相對位置示意圖，從圖中能夠看出二者之間的位置關系。

圖1 隧道和斷層破碎帶的位置圖

2.2 地質、水文條件分析

隧道設計施工之前，設計人員對工程現場的地質、水文條件進行了勘測。勘察結果發現，擬建的隧道工程位于山區重丘地帶，施工環節中不僅會受到沖溝問題的影響，并且還受到溪溝以及植被過密等因素的干擾。此外，通過對現場的地質條件進行研究，表明施工區域在早期的內部構造運動中相對劇烈、頻繁，因而施工區域的地質狀況較為復雜，地表存在著褶皺、斷裂等不良地質現象。因而，地質狀況會對施工工作造成嚴重的影響。另外，就水文地質條件而言，因為該隧道工程的其中某一部分需要穿過山間地帶，并且這一區域為洼地，因此施工過程中容易受到地下水狀況的影響。在雨季施工時，需要做好隧道路面的排水工作。

2.3 施工揭露地質狀況

一方面，掌子面不存在積水問題，并且地下水在環向、縱向兩個斷層處發育較為良好，同時水量也比較大。另一方面，隧道結構的圍巖呈現出大塊狀，在節理、裂隙方面不發育。因而，掌子面開挖之后會保持干燥、無水的狀況。由于縱向、環向存在著斷層破碎帶處，因而在圍巖的內部會出現滲水通道，并且開挖工作開始之后存在著水分的滲出。經過初期支護處理，水量大的地方在施工3 到5 天之后，出現了鋼筋網銹蝕的問題。鑒于此，施工人員應該對防水層進行混凝土復噴處理，確保結構有著良好的防水效果。

2.4 斷層破碎帶對寬體隧道設計的影響

詳勘工作中，借助于物探法進行勘探的工作難度較大。對于范圍較小的斷層破碎帶而言（＜100m），隧道開挖環節中可以借助于超前地質預報的方法進行施工，并且要注重開挖揭露發現，進而可以采取針對性措施解決施工中出現的問題。在該工程中，從上圖1 中可以看出β 的角度相對較小，因而存在的斷層破碎帶將會在縱向長度上對隧道的設計施工造成嚴重的影響。一般而言，隨著β 的不斷降低，斷層破碎帶對于縱向施工造成的影響將會越來越嚴重。通過計算得出，如果設計中把隧道工程的開挖深度設定為13m，那么要確保β＜45°。這樣一來，斷層破碎帶對隧道工程縱向長度產生的影響將會超過13m。但是，如果施工中的β＞80°，那么在縱向長度上所產生的影響將會急劇降低，其數值將會降低到2.3m 米左右。施工時，對于Ⅳ類以及Ⅴ類圍巖結構，如果斷層破碎帶的寬度相對較大（D 超過了1m），同時破碎帶與掌子面之間的軸線交角相對較低（α＜45°），并且破碎帶存在著嚴重的風化問題，那么設計施工時需要對初期支護以及二次襯砌的參數進行調高，進而保證隧道工程的安全效果。如果D＜1m，那么僅僅依靠初期支護就可以確保隧道工程的安全性。此外，如果隧道B＜b/2，那么斷層破碎帶處于邊墻位置處或掌子面的內部，那么施工時要對開挖狀況進行分析，合理選取加固方法。如果施工中B＞b/2，那么斷層破碎帶分布在掌子面的外部，這種情況下就很難進行預測。施工時，如果斷層角度比較小，同時與隧道開挖輪廓之間的距離不大，那么隧道施工使用期間將存在著嚴重的安全隱患，甚至施工時開挖工作經導致塌方問題，這就要求做好超前地質預報工作，并且對施工區域前方的圍巖結構進行三維空間預測，進確保施工設計時能夠對圍巖的產狀做出全面的判斷，保證施工過程的安全效果。

另外，設計工作中斷層破碎帶的傾角α 對于隧道工程的圍巖結構穩定效果也有著較大的影響，對著α 的不斷增加（＞60°），則影響逐漸降低。當α＜45°時，破碎帶對于隧道兩側的圍巖結構的穩定性有著嚴重的影響。具體設計工作中，需要適當的降低圍巖類別進行設計，進而提高工程的安全性。 此外，在進行掌子面中部的施工時，由于斷層破碎帶對左、右側的圍巖風化狀況有著較大的影響，同時破碎帶又是一個重要的滲水通道，因而會顯著降低圍巖結構的強度。鑒于此，要對其風化程度進行有效的甄別。如果出現了嚴重的風化問題，那么在進行支護設計時要按照較差圍巖進行設計。最后，斷層破碎帶的高度對于隧道設計也有著較大的影響。如果斷層的上部沒有貫穿隧道工程的拱部，并且巖脈的規模較小，那么隧道工程的支護結構不需改變，但是，如果開挖輪廓和斷層之間的相交區域超過了h/2，則表明斷層分布在邊墻位置，這種情況下就要求對初期支護做出特殊設計，確保支護結構的有效性。

3 結語

在進行寬體隧道的設計時，斷層對于工程有著直接的影響。這一過程中，要對斷層的規模、地下水以及地質狀況做出全面的分析，并且要加強對勘察工作、超前地質預報等環節的控制，選取合理的隧道設計方法，并綜合工程現場的具體狀況開展設計工作，進而確保隧道工程施工運行過程的安全性。