隧道穿越斷層段施工技術初探

趙宇婷

(山西路橋第六工程有限公司，山西 晉中 030600)

當前隧道所穿越的地層越來越復雜，對隧道正常開挖施工的影響也逐漸增大，尤其是當隧道需要從斷層帶中穿越時，一旦處理不當，極有可能易發坍塌等事故。因此，需在掌握斷層帶特點及可能造成的影響基礎上，探討有效的施工技術。

1 斷層地質概述

斷層作為巖溶及地下暗河等主要發育場所，在隧道工程中經常遇到，屬于隧道工程常見不良地質，應采取多方面技術加以協調處理。通過相關研究可知，圍巖破壞與變形和斷層之間有著密切的關聯，很多圍巖破壞與變形都是由于斷層引起的。對此，在實際情況中應在掌握斷層等不良地質基本情況與特征的基礎上，采取有效措施加以處理和支護，編制完善可行的施工方案。斷層結構復雜，施工中要做到綜合考量，明確其各項特征及可能給隧道施工造成的影響。斷層施工難度很大，若未能有效處理，將導致圍巖破壞，威脅施工安全。對隧道建設人員而言，應掌握斷層具體走向和傾角等基本性質，然后指定科學合理的方案，選擇正確可行的技術加以施工與支護，以此從根本上保證施工安全，避免斷層的存在造成安全和質量問題。

2 穿斷層帶施工技術

2.1 做好超前地質預報

在需要從斷層帶中穿越的隧道工程施工中，要根據所穿越的斷層地質情況與特征，對施工場地基本地貌與植被覆蓋情況等進行勘測，以確定圍巖等級及其分布情況與區域地下水位，進而為之后的施工計劃制定提供可靠的參考依據。以隧道的各項基本特征為依據，在開挖之前，對圍巖進行地質預報，確定前方圍巖具體狀況，并針對不同等級的圍巖制定專門的應對方案，結合地質探測結果做好超前支護，并利用機械設備與人員充分結合的方式來開挖，防止圍巖自身受力狀態遭到破壞，以免破壞性問題產生。以超前水平鉆探為例，以超前水平鉆機作為主要機械設備，在掌子面上進行超前鉆孔，鉆孔的數量和位置根據隧道施工特征，并結合環境條件確定。鉆孔時，根據鉆進的速度及推進力等指標判斷圍巖等級與區域地下水分布情況，一般情況下，兩次超前鉆孔之間要有5 m以上的搭接長度。

2.2 選擇適宜的開挖方法

不同開挖方法對圍巖穩定性的影響亦不同，對此，要根據通過勘測得出的各項地質特征選擇適宜的開挖方法，并為實際施工提供正確的指導和控制。對于隧道的斷層帶，一般采用上下臺階預留核心土法進行開挖。對于三臺階法，是指分成上、中、下三層臺階實施開挖，臺階長4 m，進尺通常為2 m。經研究可知，斷層巖體破壞和所用施工方法不當之間有直接關系。采用上下臺階預留核心土法進行開挖時，可能在上導洞開挖時產生巖體集中破壞的問題，拱頂沉降量可達總量1/2。通過對斷層和圍巖壓力的分析控制，斷層處圍巖受到的壓力變化較大。對此，在完成支護使圍巖達到穩固后，可采用三臺階法實施開挖。當在破碎帶與軟弱圍巖段開挖時，要盡量采用大斷面方法，在不適合進行全斷面開挖施工的段落，應根據斷層的實際情況，采用以下幾種方法進行開挖施工：上下斷面順序開挖；微臺階開挖；微震爆破開挖。

2.3 加強斷層帶圍巖支護

在施工到斷層帶后，應切實加強圍巖支護，具體支護方法要以圍巖特征為依據并結合現場施工條件選擇。以某穿越斷層帶的隧道為例，該隧道全段圍巖條件都很差，上部以強風化巖為主，主要呈碎塊狀，且裂隙發育，巖體極為破碎。在隧道洞中發現很多破碎帶，巖體的風化程度很高，斷層影響范圍可以達到40 m。施工中，應在做好排水的基礎上，減小開挖進尺，并提高支護強度。其中，排水是指施工中將斷層裂隙中存在的水及時排出，并在開挖時密切注意開挖的距離，減小開挖的進尺，以免由于開挖距離較長導致坍塌。若在開挖中必須采用爆破的方法，則應盡可能弱化爆破，防止給圍巖和其它結構造成太大的擾動。而通過加強支護，能為斷層帶圍巖提供可靠維護，防止施工中產生坍塌，從根本上保證隧道安全。

2.4 及時進行堵水排水

堵水排水在斷層帶施工中是一道關鍵工序，施工中要嚴格遵循防堵結合和以排為主基本原則。當實際涌水量為10 m3/h時，采用注漿法進行堵水，并在全斷面進行超前預注漿達到堵水的效果。在集中堵水段，以10 m的間隔距離進行分段超前注漿，注漿材料為水泥-水玻璃雙液漿。注漿結束后，部分地下水將被堵在開挖面之外，起到減少施工中涌水量的作用，除了能為之后的開挖與支護創造良好條件，使掌子面保持穩定，還能確保抽水得以順利完成。排水要根據項目實際情況選擇正確合理的方法，未達到預期排水效果，以分級排水方法為宜，按照300 m的間隔距離設置泵站，此外還要根據所有可能產生的問題進行應急管道設置。隧道施工中應按照要求配備抽水設備，并安排專人經常性檢查設備，作必要的維修或更換，確保隧道排水正常完成，達到預期的排水效果。

2.5 引入超前帷幕注漿

隧道開挖施工開始前，在掌子面上進行鉆孔壓漿，通過壓漿，使漿液填充松散巖體縫隙，在漿液達到凝固后，起到提高巖體強度的作用。通過注漿，能在開挖輪廓線以外產生一道止水層，避免開挖施工中周圍地下水進入到隧道中，對正常開挖施工和施工安全造成威脅。對斷層帶進行注漿時，要根據隧道的實際情況，并結合施工要求，選擇適宜的注漿材料，并安排專人對圍巖性質及水文地質條件予以勘測，廣泛收集相關資料和數據，開展科學合理的規劃，在條件允許的情況下，選擇膠凝時間較為靈活、強度較大且綠色環保的類型。按照注漿的基本機理，可將斷層帶注漿施工視作充填注漿，對速凝劑和水泥漿之比進行合理的設置，以此在漿液達到凝固后形成良好的強度，實現對圍巖的有效加固，并伴隨時間不斷延長，提高整個固結體實際強度。除此之外，固結體還要有一定耐久性和抵抗腐蝕的能力(特殊情況下還要有較強抗凍融的能力)，以此滿足隧道工程建設基本要求。超前帷幕注漿過程中，一次注漿長度要根據隧道施工情況確定，通常要將注漿的長度控制在30～40 m范圍內，在開挖長度達到30 m后，應預留5～7 m的長度，將其作為下一次循環注漿的止漿盤。注漿孔通常可分成6環，在上半斷面中，每環之間應保持0.6 m的間隔距離，而下半斷面則要減小至0.5 m。注漿施工開始前，安排專人對各注漿孔進行編號，并準確測量和放出每個注漿孔的具體位置，以此為鉆孔提供可靠的參考依據，保證鉆孔方向和位置都能達到要求，最終使注漿達到預期的效果。

3 結 語

綜上所述，斷層帶作為隧道工程建設中常見的不良地質，若未經重視和有效處理，將給隧道施工帶來很大的質量和安全隱患。因此，實際斷層帶施工中，應在做好超前地質預報的基礎上，選擇適宜的開挖方法，并加強斷層帶圍巖支護和及時堵水排水，同時適當引入超前帷幕注漿，以此保證斷層帶施工安全性，將斷層帶可能給正常施工的影響降至最低，保證整個斷層帶的施工安全與質量。