高速公路隧道穿越斷層破碎帶施工技術探討

穆天書

（中交一公局第五工程有限公司 河北 三河 065201）

延崇高速公路為2022 年北京冬奧會的重要賽場聯絡線，是北京延慶與張家口崇禮兩個城市之間的連接帶，對于兩個城市的經濟發展、疏解西北通道京藏G6、京新G7 客貨運交通壓力、提高道路通行能力和行車安全具有重要意義。但是在修建高速公路過程中，會遇見很多現實問題需要解決，比如在施工隧道工程中，會遇見斷層破碎帶。這種地帶有著裂縫發育特點，而且滲漏性也很強，對施工的支護造成困難。為了保證施工的質量，需要對這種地帶采用不同的施工方法，以此來保證施工中的安全事故零發生和施工質量控制。

1 高速公路隧道基本情況

延崇高速公路全長約113.7km，其中北京段全長約33.2km，河北段全長約81.2km，南起興延高速公路，終點連接崇禮縣太子城賽場。松山隧道是延崇高速公路（北京段）第九標段設置的一座隧道，由中交第一公路工程局有限公司承建，設計標準為為雙向四車道，隧道單洞建筑限界11m×5.5m，屬于分離式隧道，整體分離式松山隧道總長為9.2km，最大埋深712m。在該隧道修建過程中要穿過斷層破碎帶，因此施工的方法選擇是非常重要的[1]。該工程遇見的斷層破碎帶主要采用以下施工手段：（1）使用超前地質預報對圍巖的基本情況作出預判；（2）支護方面主要采用超前小導管配合水泥和水玻璃雙液注漿實現超前支護；（3）使用臺階法進行挖掘施工，開始施工時需要使用I18 工字鋼架，使用掛網等方法來輔助施工。這些方法應用在工程中，都獲得了很好的效果。

2 工程主要采用的施工手段

2.1 對圍巖基本情況判斷

施工以前主要是采用鉆孔的方法對圍巖的基本情況進行了解，但是這種了解手段獲得的基本情況和實際施工還是存在一定差異[2]。對此，需要根據新奧法的基本原理，在設計工作開展前對圍巖的級別做一個動態的調整。在施工到掌子面到斷層破碎帶的15m 時，這種情況下需要使用超前地質預報。本次工程經過檢測單位的預判以后，把斷層破碎帶的等級劃分為2 級圍巖。

2.2 支護手段使用

斷層破碎帶采用的支護手段中，主要采用加固圈技術進行。該種技術主要是采用超前小導管在水泥或者是使用水玻璃雙注漿，在拱部的120°范圍開挖輪廓線四周進行水泥漿加固拱。這種支護手段的采用能夠有效提高圍巖穩定性，還可以提高圍巖的承重力。本次使用的超強小導管長度在4.5m，超前小導管的布置上主要是沿著隧道的拱部開挖輪廓線設置，采用的環向之間距離是40cm，向外的傾斜度在10 ～15°。開展注漿施工時采用雙液壓注漿泵，注水泥和水玻璃雙注漿。

2.3 開挖技術使用

對斷層破碎帶開挖時，主要使用的原則是短進尺、強支護的原則，為了適應這種開挖要求，本次施工主要采用正臺階開挖法[3]。使用正臺階開挖的技術中，上臺階施工時候的挖掘高度在5.7m，下臺階的施工過程中開挖的高度控制在2.5m，完成以后是采用相互交錯的方法開始挖掘施工。同時還需要對鋼架的距離控制，一般情況下要求控制在2 ～2.5m。在開挖過程中，要求是兩個臺階保持的縱向距離是15 ～20m。這種距離的保持有著一個好處，能夠有效保證開挖盡早落底。開挖施工時，還需要注意對圍巖的支護施工，施工的原則是盡早開展，因為圍巖暴露時間過長有風化風險，需要采用盡快初期支護的技術進行施工。

2.4 初期支護技術

初期支護使用的參數如下：（1）對拱面的初期封閉，主要采用噴射混凝土方法進行，要求使用的水泥標號為C25，噴射的混凝土厚度控制在4cm。支護時還要采用鋼拱架，這種拱架主要采用114 工字鋼拱架，鋼拱加縱向之間距離保持在100cm，環向之間的距離保持在100cm。（2）施工徑向系統錨桿，這種錨桿是一種排氣中空注漿錨桿，使用的長度在4m，環向之間的距離是100cm，縱向之間的距離為80cm。采用噴射方法施工混凝土，要求混凝土為纖維混凝土，使用的厚度保持在28cm。

3 施工關鍵技術及質量控制措施

在斷層破碎帶施工中，施工的主要要點是形成加固圈，同時采用該種技術主要的要點又在超前小導管施工，以及對水泥、水玻璃雙注漿的施工技術[4]。為了保證該處工程的施工質量，需要對兩個方面的技術質量控制：一個是超前小導管，另一個是對注漿質量的控制。

3.1 控制超前小導管的施工質量

本次施工過程中，巖體的主要結構成分為強風化麻花崗巖，這種結構的巖石層有著以下方面的特點：節理發育、基巖破碎，還有著很多的夾層，而且想要鉆孔非常空難，使用的鉆孔技術還容易造成卡鉆，采用的鉆孔技術有相當大的難度。因此在施工過程中對超前小導管的安裝時，促使安裝的角度和位置滿足設計要求，這個是保證質量的關鍵所在。

小導管的施工過程中，主要采用鉆孔方法進行，施工時需要嚴格按照施工步驟進行，施工步驟為封閉巖面，完成以后是鉆孔作業，鉆孔完成還需要做清孔，然后是對鋼花管的安裝，最后是注漿施工。對于采用超前小導管安裝中，還有著嚴格的施工順序，其順序如下：

（1）封閉巖面。為了在施工時能夠保證注漿的效果，對巖面需要采用注漿技術，注漿主要采用C25 水泥，使用噴射的方法注漿，厚度保持在3 ～5cm[5]。安裝完成鋼花管以后，還需要采用錨固劑對安裝的鋼花管周圍進行密封，密封的方法主要是保證注漿不會有漏漿的情況發生。

（2）鉆孔。對鉆孔設備的使用時，首先需要檢測風槍是否能夠正常運轉。施工人員在進行鉆孔時要保持勻速進行，特別是在斷層破碎帶施工中，如果遇見夾層時，需要控制好鉆孔速度，對速度控制能夠有效防止夾鉆的情況發生。開展鉆孔工作時還需使用儀器對位置的控制，鉆孔質量控制時可以根據鉆進形狀來判斷，同時在鉆孔過程中如果遇見故障，需要采用措施對故障對及時處理。

（3）清孔。采用清孔技術主要是使用高壓空氣，清孔是從孔底向孔口清理。清理工作完成以后，還需要對孔的質量檢測，主要是使用儀器檢測法，需要使用經緯儀、測斜儀等儀器。

（4）鋼花管的安裝。安裝過程中鋼管之間距離控制在15cm，并且開展鉆孔注漿，注漿過程中還要注意尾部的留置位置，需要有1m 不能夠注漿。對管道的安裝過程中采用直接插入法，如果有需要的情況下，可以在管底部采用木板墊尾風槍注入法。本次施工中使用的超前小導管，其主要的結構如圖1 所示。

圖1 超前小導管結構圖

3.2 注漿施工技術

在本次的施工過程中，斷層破碎帶主要有著裂縫發育、孔隙大，而且還有著滲透性好的特點，這些方面的特點為超前預注漿增加了一定的施工難度。對該處的注漿質量控制中主要是對漿液的流失控制和注漿量控制。對在這兩個方面的質量控制，可有效保證加固圈的穩定和可靠。

本次注漿中主要采用雙注漿技術，這種技術主要有著以下方面的內容：

（1）注漿參數。水泥注漿液中需要控制水灰比例，這個比例控制在0.8 ～1，對水玻璃的比例控制需要控制在30 ～35 波美度，水泥漿和水玻璃的比例控制在1 ∶0.3 ～1 ∶0.8，注漿時采用的壓力控制在1MPa 左右。

（2）注漿順序。采用的順序主要是由低向高進行，也就是由低孔位向著高孔位進行灌注。

3.3 質量控制

由于該段是斷層破碎帶，施工時需要對頂棚的下沉監控，還要對周邊的收斂進行監控。拱頂下沉、兩組周邊收斂點按證臺階法施工順序在施工中布置。對這種施工中，挖掘完成以后需迅速進行埋設，還要進行初始的讀數。觀察過程中還需要對檢測數據進行分析，以及時掌握地層的變化情況，做出事故預判，這種預判主要是對支護施工和設計參數的修正參考。

4 施工注意事項

（1）開展鉆孔工作需要對位置的確定，對每一個孔都需要進行編號處理。對于孔的清理時主要采用高壓氣槍處理，要求對這種工具的正確使用。鉆孔過程中處了對這些工具使用以外，還需要對各種儀器的正確使用，比如對經緯儀的使用，測斜儀的使用等。在采用儀器檢測時，如果發現有錯誤，需要及時糾正，保證孔的質量。

（2）當注漿過程中發現有大的空洞等，可先注水泥砂漿或混凝土后進行注漿。

5 結束語

綜上所述，在高速公路隧道穿越斷層破碎帶施工技術探討中，主要是從三個方面分析：對技術分析，采用合理技術保證施工質量；對施工要點分析，注重施工要點，實現工程有質量完成；對注意事項分析，確保工程的施工安全。在隧道斷層破碎帶施工中，做好這三個方面的工作，有助于保證工程順利開展。