隧道穿越淺埋斷層帶圍巖大變形處理技術

林大偉

(瑞安市交通投資有限公司，浙江 瑞安 325200)

隧道作為公路重要組成部分，在施工中可能會遇到淺埋斷層破碎帶等不良地質，若為滿足線性要求無法躲避，則要根據實際情況，制定有效的應對和處理技術，將不良地質可能帶來的影響降低最低程度，保證施工順利完成，并達到預期的質量和安全目標。

1 工程概況

本工程整個路線呈南向北走向。設置1座隧道，為僅限通行非危險化學品等機動車的城市三類隧道。本隧道為上下行分離式隧道，左洞長度為1 447 m，右洞長度為1 450 m，隧道凈寬為13.25 m，凈高為5.0 m，采用削竹式進口與魚骨式出口。隧道隧址內構造以斷層破碎帶及侵入巖脈為主，段內斷層破碎帶及巖脈與線路呈大角度相交，隧道穿越斷裂帶及巖脈隨近巖體破碎，圍巖質量差。

2 淺埋斷層帶的隧道變形處理

根據隧道地質情況，該隧道的初期支護可能產生嚴重變形，并侵入到隧道的二次襯砌，對以后正常施工有很大影響，如圖1所示。為保證二襯質量并滿足營運基本要求，減少拆換，制定了下列變形處理措施。

圖1 初支侵限

(1)對隧道縱坡進行調整。在線路允許的基礎上，適當調整路線縱坡，從2.6%調整至3.15%，經過這樣的調試，相較于之前，隧道洞口的設計高程減小50 cm左右，能有效減少拆換。

(2)對隧道內輪廓進行優化。在不影響建筑界限的基礎上，對隧道內輪廓進行優化，減小40 cm的拱部高度，以此減少對已有初期支護結構的拆除，并有效保證施工過程安全。優化前后對比如圖2所示。

圖2 優化前后對比(單位：cm)

(3)對侵限段落的初期支護進行拆換。現場利用人工對地表裂縫進行夯填，并開挖排水溝促進地面排水，避免地表水進入到裂縫對圍巖造成影響，使其失穩；在拆換開始前，先在拆遷區域的前后設置臨時鋼架，以加強支護，并在初期支護和鋼架之間的空隙設置方木塊，然后對周圍的圍巖采取注漿法加固；為了使初期支護結構保持穩定，在拆換開始前，需要在保留鋼架的端頭，即和新增鋼架之間的連接處布置長度為4 m的砂漿錨桿，待以上工作完成后，對侵限的初期支護進行拆除，同時開始擴挖，直到新開挖輪廓線(由于采用了較大的拱腳，所以新輪廓線是在原輪廓線上增加了5 m)，然后噴射一層厚度為9 cm的混凝土對開挖面進行封閉成環，之后對新鋼架進行安裝，其型號和原設計完全相同，在新鋼架的端頭處通過鎖腳錨桿的設置加固，最后復噴一層混凝土，直到厚度與設計要求完全相符。在實際的拆換過程中，需要按照從上到下的順序對原初支結構進行鑿除，同時逐個進行鋼架的拆裝，每一次的拆裝數量要控制兩榀以內，并且在拆裝時還應做好監控量測，注意其頻率，一般每天都要測量3次以上，同時按照5 m的距離劃分測量斷面。開挖下臺階，對邊墻和仰拱進行初支，利用斜撐為開挖完成后產生的懸空處提供支撐，并及時進行仰拱施工與混凝土填充。

(4)對還沒有施工段落的支護參數進行適當調整。以施工現場的實際情況為依據，為了防止沉降變形的發生，對還沒有進行施工的特殊段，應實行大拱腳開挖施工，并在隧道的兩側設置槽鋼，最后對支護措施做適當調整。

3 淺埋斷層帶隧道變形施工控制與注意事項

根據隧道初支結構產生變形沉降的主要原因，在實際的開挖施工中，必須提高施工管理力度，對設計參數予以優化，將圍巖的變形控制在允許范圍之內。

3.1 隧道超前支護

采用雙層小導管通過注漿實現超前支護，在注漿的過程中要以注漿的壓力與注漿量為依據對所有注漿參數進行調整，確保拱部圍巖可以形成一個穩定的自承拱，進而減小初支鋼架受到的壓力。

3.2 采用正確可行的施工方法

隧道開采采用微臺階法進行，采用槽鋼對鋼架的基底進行縱向連接，對于循環開挖進尺，按0.5 m嚴格控制，完成對上臺階的開挖施工后，立即進行臨時仰拱的施工，以實現封閉成環；上、下臺階之間的距離應控制在15 m以內，如果超出15 m，需停止對上臺階的開挖，對下臺階進行施工，以此確保仰拱和它的初支結構都能盡可能早的封閉成環。另外，在必要的情況下，還需要對掌子面實施混凝土噴射，以實現封閉。

3.3 開挖方式

爆破應采用預裂爆破的方法，并采用淺孔爆破來取代深孔爆破，在放小炮的基礎上盡可能不予放炮，以免對圍巖造成太大的擾動，當條件允許時，可采用機械設備進行開挖，將開挖對圍巖造成的擾動降至最低。

3.4 變形量的預留

因地下工程具有很強的不可預見性和復雜性，而且斷層破碎帶的圍巖自穩能力很差，所以為了防止圍巖出現變形導致侵入界限，需要允許圍巖發生一定程度的變形，也就是將這一特殊段落的預留變形量調整到30 cm。

3.5 地下水與施工用水

工程實踐表明，水是影響圍巖，尤其是軟弱圍巖自身力學性質的主要因素，不論地下水或施工用水，均會造成很大的影響，不僅會使支護結構所受到的荷載明顯增加，而且還會減小圍巖本來就不高的承載力，對初支結構的穩定性造成影響。勘察表明，該段圍巖主要是泥巖和泥質砂巖，如果遇水，將產生軟化，因此施工過程中可通過對導流管的設置使水進入到側溝當中實現排放，以此從根本上解決基底處圍巖被水長時間浸泡的問題。

3.6 做好監控量測

在隧道開挖完成后進行初支結構施工的同時，還要根據工程的設計要求開展監控量測，監控量測的內容應包括：隧道拱部的實際沉降；圍巖發生的瘦臉變形，即水平與垂直方向的位置，圍巖內部發生的變形，混凝土噴層受到的壓力，錨桿的軸力。對這些監控量測數據進行收集、分析與反饋，并結合圍巖變形具有的特點和地壓實際分布情況，能確定圍巖變化遵循的規律，以及現有各個支護結構所處工作狀態，找出導致洞室破壞的主要原因，從而制定具有針對性和目的性的解決措施，包括工程措施與非工程措施，實現對沉降的有效控制。

4 結 論

在隧道開挖施工中，若存在軟弱圍巖段，則有可能造成很大的破壞，而且破壞還具有突發性，但存在一定規律可循。實際施工中，需要最大限度發揮新奧法具有的特點及優勢，將通過監控量測獲得的數據結果作為依據，對導致圍巖變形的主要原因進行分析，制定有效的防止和處理措施。

本次根據工程實際情況，對當隧道需要從斷層破碎帶中穿過時導致變形沉降產生的主要原因和能防止病害發生的措施進行了分析介紹，旨在為之后的工程建設提供正確指導，以起到可以達到的最佳工程效果的作用。

當隧道需要從諸如斷層破碎帶等較為復雜和特殊的不良地質段中穿過時，在工程設計過程中就應該盡可能的增加兩個隧洞之間的距離，以免在隧道開挖施工中造成相互影響，產生安全或質量問題。