隧道斷層破碎帶超前支護施工技術分析

齊元華 （中鐵十六局集團第一工程有限公司，北京 101300）

隧道從斷層破碎帶穿過的時候，圍巖的穩定性會比較差，在挖掘施工的時候，易于出現塌方和變形的問題，給施工安全造成了嚴重的影響。管棚超前支護技術具有較強的聯合支護效應、托梁效應和有拱效應，使施工過程中易于出現的地層變形和圍巖坍塌等問題得到有效處理，其主要的優點為使用范圍廣、支撐效果明顯、施工技術簡便和施工設備標準低等。

1 工程概況

該項目施工地點為西寧市多巴鎮扎麻隆村周邊，與西寧南、北繞城公路相連接，線路沿途經過果米灘、下脖項、石板溝和扎麻隆等地，整條線路左線全長6.3km，右線全長6.4km。該路段的施工標準為雙向八車道高速公路，整體式路基的寬度設計為41m，使用瀝青混凝土來鋪設整條線路的路面，按照一級公路的標準來設計橋涵的荷載。隧道的主要類型為分離式隧道，隧道的凈高可以達到5m左右，斷面凈寬保持在11m左右。

2 斷層破碎帶超前支護施工條件

2.1 構造

斷層的地質環境比較惡劣，地下水豐富，如果不能進行妥善處理就會給施工質量造成嚴重的影響，甚至會導致大范圍的坍塌或者是變形。受復雜地質環境的影響，該項目的施工周期比較長，隧道單洞的挖掘長度和寬度比較大，這就要求施工現場的作業標準一定要滿足設計的要求，排煙需求和通風要求一定要達到設計的標準。由于出渣運輸的距離比較長，使得洞內施工受到了嚴重的影響。

2.2 施工條件

在對斷層進行施工的時候，需要對地質超前預報內容進行詳細分析，全面了解區域內的地質條件，對地下水的儲存情況進行認真分析，準確判斷涌水的存在情況，對附近的富水區進行仔細觀察。當這些問題得到詳細掌握以后，需要出具書面報告，為斷層支護施工提供更多的參考信息，使后期施工變得更加得心應手[1]。以項目的施工需求為基礎，對挖掘支護施工的方案、技術和有關參數進行明確，還要對施工流程進行科學確定。在對松散的斷層帶進行處理的時候，需要采取深孔預注漿的技術進行處理，使斷面施工的合理性得到保障。通常情況下，在對斷層破碎帶進行超前地質預報的時候，一定要采取形式多樣的方式，對預報系統進行積極的完善，使涌水測量變得更加精準，使巖石的完整性不斷明確。

3 管棚超前支護施工

3.1 設計參數

①鋼管的規格。使用的鋼管類型為熱軋無縫鋼管，壁厚為0.6cm，直徑為11cm，管身鉆孔的孔眼直徑為1.5cm，間距保持在30cm左右，采取梅花型的方式交錯布置，使漿液的滲透能力不斷地提高，將管頭加工成為錐形，以便鋼管送入。在鋼管內設置鋼筋籠，鋼筋籠主筋的直徑為2.5cm，鋼環的壁厚為0.3cm，鋼環與主筋緊緊地焊接在一起。鋼筋籠的具體設計情況詳見圖1。②管距。環向間距保持在40cm左右。③外插角的度數保持在1°～3°之間。④相同管棚中的接頭位置一定要互相錯開，使用第一種分節編排次序的辦法來為單號鋼管編號，使用第二種分節編排次序的辦法來為雙號鋼管編號[2]。⑤管棚接頭的質量一定要滿足設計的要求，使用長為30cm的絲扣進行連接。⑥在隧道斷層破碎帶進行施工時，首先對單號鋼花管進行施工，再對雙號鋼花管進行施工。雙號鋼花管具有檢查管的作用，一旦發現單號鋼花管存在注漿不密實的情況，可以對其進行有效處理。

3.2 前期準備

①排地表水。將環型截水溝設置在洞口仰坡穩定地層，從而實現對地表水的有效攔截。創建枝狀排水體系，使地表水可以在短時間內從洞口不穩定范圍排出，有效預防積水下滲的問題。②地下水引排。在合適的位置設置降水井，使用螺桿泵和深井潛水泵抽取地下水，從而使洞口地下水水位降低。③管棚導向墻。在洞口管棚施工以前，需要將導向墻澆筑好，導向墻需要使用C20鋼筋混凝土澆筑在洞口襯砌外輪廓線之外。設置導向鋼管在導向墻中，布置導向鋼管時，一定要確保方向、位置和間距的精準。

3.3 施工技術

①對隧道斷層破碎帶的設計輪廓線進行測量放樣，把管棚位置標記好，其間距為40cm。②對管棚鉆機進行定位和移動。③鉆孔施工。鉆孔的時候，以導向墻中預埋的導線管為基礎，噴涂素混凝土在掌子面上，以此來充當止漿墻，有效控制掌子面坍塌和漏漿問題。鉆孔施工以前，對鉆機進行認真檢查，根據實際情況來確定鉆進時的加泥漿形式。鉆孔施工一定要確保勻速，在遇到夾砂層或者是夾泥層的時候，一定要對鉆速進行嚴格控制，防止出現夾鉆的情況。④鉆孔施工結束以后，用清水將套管內孔清理干凈，接著取出鉆桿，將套管留在孔內，從而實現保護孔洞的作用。⑤將事先準備好的鋼花管插入到套管里面，使用管箍將接頭位置處理好，將鋼管緩緩地打入到巖土中，使鋼管得到有效固定。⑥鋼管插進完成后，將套管取出，冒出的巖土會使鋼管擠壓的更加緊密，使用水泥漿把孔口四周密封好。

圖1 鋼筋籠設計圖示（單位：mm）

3.4 預注漿

管棚安裝完成以后，進行水泥漿灌注施工。借助漿液的滲透作用，將四周巖體固定好，使圍巖裂縫水問題得到有效地控制，從而達到超前支護的作用，使管棚的剛度和強度不斷地提高。在注漿施工的時候，對于地下水比較豐富的位置使用水泥玻璃雙液漿進行灌注，水灰比為1∶1，注漿壓力保持在2MPa左右，漿液擴散半徑保持在0.5m左右。需要事先做好現場注漿試驗工作，依據試驗的情況來對注漿參數進行有效地調整。經過大量的試驗得出，單根鋼管注漿量公式見式（1）[3]：

式（1）中：r-鋼管半徑，m；L-鋼管總長度，鋼管需要與鉆機進行連接，通常情況下，鋼管的長度設置為40m；R-漿液擴散半徑，通常情況下，設置為0.5m；η-地層孔隙率；α-漿液有效充填率，通常情況下為0.9；β-漿液損耗系數，通常情況下為 1.15。

3.5 注漿

①注漿配比。如果漿液配比比較科學，可以使漿液的膠凝時間得到有效控制，使漿液的擴散加固范圍不斷提高。實際施工時，注漿速度通常保持在25L/m in左右。②注漿壓力。通過觀察注漿壓力來檢查注漿的完成情況，當注漿壓力達到預定的壓力值時，鋼管注漿施工才能停止。注漿結束以后，使用10號水泥砂漿將管棚鋼管填充好，使鋼管的剛度和強度不斷地提高。③注漿時安排專人負責管理，將記錄表填寫好，對注漿壓力、漿液消耗量和注漿時間進行準確記錄。④對注漿效果進行科學評價。使用鉆孔取芯的辦法對注漿加固區進行檢測，從而實現對注漿填充情況的有效獲取。在對無孔鋼管鉆孔注漿情況進行檢測時，通過分析孔內的涌水量和涌水顏色來獲取注漿的效果。

4 結語

對于隧道斷層破碎帶來說，其地質環境與眾不同，蘊藏的地下水非常豐富，在施工的時候，一定要合理安排、科學組織，使施工過程中易于出現的變形和坍塌等事故得到有效控制，使施工環境得到較好的保障，促使施工質量得到提高。斷層破碎帶支護施工時，對施工經驗進行不斷地積累，同時優化和升級施工技術，為今后的施工提供實踐經驗和理論數據，使不良地質環境得到科學的處理，使隧道施工的施工技術變得更加先進、科學。