隧道穿越活動斷裂段施工工裝技術研究

吳榮寶

（中鐵十九局集團第六工程有限公司，江蘇無錫 214000）

0 引言

成蘭鐵路工程項目躍龍門隧道高川坪活動斷裂為全新世活動斷裂，在施工過程中通過對其斷裂性質、襯砌結構及受力、變形縫設置及機理、工藝、工裝、工法等的分析和研究，總結并形成活動斷裂帶隧道綜合性施工工裝技術，具有重要的工程意義和實用價值。

1 龍門山中央斷裂帶全新世活動斷裂

項目隧道穿越高川坪斷層屬于龍門山中央斷裂帶[1]，最新活動時代為第四系全新世（Q4），歷史最強地震為2008 年汶川8.0級地震；其走向N50°W，傾向NE，傾角約80°，屬于逆沖兼右旋走滑斷層。斷層上盤為泥盆系中統觀霧山組（D2gn）白云質灰巖，下盤為二疊系下統（P1）灰巖，斷層破碎帶寬度50～100 m；斷層活動方式為逆斷兼右旋走滑，活動速率：水平方向0.82～1.3 mm/a，垂直方向0.54 mm/a；歷史地震位錯水平6 m，垂直10 m，未來發震能力為8 級，未來百年最大位錯量評估：水平方向2.08±0.54 m，垂直方向1.93±0.66 m。

2 活動斷裂隧道施工工裝技術方案選定研究

現場通過泄水平導揭示確定斷層與隧道位置關系。通過綜合分析高川坪活動斷層上下盤地層巖性差異、破碎帶情況以及涌水情況，判定泄水平導于XS2K94（+800—+920）段與斷層相交，斷層帶圍巖穩定性較差，斷層下盤富水，上盤不富水。根據泄水平導斷層產狀，判定躍龍門隧道左線D2K94（+860—+980）、右線D2K94（+820—+940）段與斷層相交，但由于龍門山地區地質構造復雜，施工過程中通過超前地質預報與揭示情況進行了進一步核實確認。

針對龍門山中央斷裂帶高川坪斷裂的地質情況以及破碎程度和寬度，將斷裂帶劃分為活動斷裂核部、活動斷裂延伸段，選定隧道左、右線活動斷裂段整體采用高強度圓形襯砌的形式，這樣整體受力較為均勻，并于再拱墻位置預留40 cm 的補強空間[2]。

3 活動斷裂隧道高強度圓形襯砌施工

活動斷裂段隧道仰拱模板采用8.2 m 長高強度鋼模板設置，為確保仰拱和二襯混凝土整體成環結構要求，采用反模式仰拱模板，實現仰拱與仰拱填充分開澆筑；同時仰拱應分段整體一次性灌注，嚴禁半幅施工，確保仰拱及底部混凝土施工質量。

活動斷裂段隧道襯砌臺車按照斷面形狀和受力狀況采用圓形襯砌臺車，襯砌臺車采用12 mm 高強度鋼板作為臺車面板，臺車每排對稱設置4 個混凝土澆筑窗口，共設置3 排，拱頂設置4 個灌注孔，同時在窗口交錯位置增加附著式振搗器，以滿足施工中混凝土振搗操作及要求，切實做好混凝土澆筑質量過程控制管理。

襯砌臺車整體混凝土澆筑主要由泵送混凝土裝置、輸料系統、分料系統、振搗系統等組成；泵送裝置一般由固定的泵車進行送料，輸料系統采用直徑100 mm 的泵管采用卡扣連接組成，分料系統采用固定在臺車上的溜槽和可移動式的軟管組成，振搗系統采用人工插入式振搗與固定附著式振搗器交錯配合使用；通過工裝系統的銜接與配合，可實現襯砌混凝土的過程質量控制。

在襯砌防水板施工中縱向設置一個注漿管和一個排氣管，在臺車模板拱部設置3～4 個徑向注漿孔，便于襯砌混凝土施工完成后，可以實現帶模注漿，保證襯砌混凝土施工拱部區域的密實性，解決襯砌脫空問題。

4 活動斷裂隧道寬變形縫防排水系統施工

4.1 寬變形縫分段設置研究

針對高川坪斷裂組合設置形式，為實現高強度圓形襯砌與寬變形縫組合模式的施工工裝設計，在活動斷裂整體范圍內采用寬變形縫設置，活動斷裂核部與普通圍巖交界40 m 范圍內變形縫間距8 m，核部中部和延伸段變形縫間距適當加大，縫寬10～15 cm。

4.2 新型止導水寬縫防排水結構形式及安裝工藝

（1）新型止導水寬縫中埋止水帶：橡膠帶斷面采用非等厚結構，分為伸縮區、強力去、防水區。受力均勻；伸縮區中間設置V形結構，增加了剛度，也能實現較大多向變形；伸縮區上下部為平面，有利于填充材料固定、安裝；伸縮區迎水面封閉連接帶，能防止雜物進入V 形槽中；封閉連接帶在發生較大變形時會發生斷裂，從而實現導水功能；防水區的防水線呈倒鋸齒狀，使橡膠帶牢固。

（2）新型止導水寬縫背貼止水帶：伸縮區中間設置V 形結構，增加了剛度，也能實現較大多向變形；伸縮區上部封閉連接帶，能防止雜物進入V 形槽中；封閉連接帶在發生較大變形時會發生斷裂，從而實現導水功能。

（3）新型止導水寬縫防排水結構形式：采用新型止導水寬縫止水帶+防水板+環向排水盲管+聚乙烯泡沫塑料板，形成綜合型多重防水結構。

A 型寬縫：適用于內軌頂面以上襯砌；B 型寬縫：適用于內軌頂面以下至水溝底面以上30 cm 范圍內的襯砌；C型寬縫：適用于水溝底面以上30 cm 至側溝壁范圍內的襯砌；D 型寬縫：適用于兩側溝壁之間的襯砌。

（4）變形縫處施工是處于不均勻沉降和不同剛度結構受力的綜合區域，施工難度高，要求嚴，是防排水施工的關鍵位置，其施工質量直接影響后期運營安全。

傳統的變形縫施工質量要求已經不能滿足現在隧道施工的要求，木模和鋼木組合形式的鋼端模已逐步淘汰，主要是移動臺車不方便，對已施工完成的鋼筋影響較大，破壞性較強，切結構的支撐力不足，外部支撐復雜，不敢振搗等原因，會導致出現更多的變形縫施工質量缺陷[3]。

因此，施工單位成立了變形縫關鍵環節施工質量管控小組，自主研發了免拆裝L 形襯砌臺車鋼端模（圖1），鋼端模采用拉桿式伸縮裝置，利用L 形夾板對中埋式止水帶進行固定和夾緊，同時利用可調節式高強度合金墊塊安裝固定背貼式止水帶，通過拉桿式伸縮裝置來固定和拆卸端頭模板，操作靈活可靠，即滿足了現場施工止水帶高精度安裝的要求，又提高了使用效率，確保變形縫的施工質量滿足驗交使用的要求。

圖1 免拆裝L 形襯砌臺車鋼端模結構示意

5 結束語

通過對穿越龍門山中央活動斷裂帶施工工裝技術進行詳細研究和介紹，結合活動斷裂帶地質情況及破碎特性，對活動斷裂帶段落襯砌采用高強度圓形襯砌與寬變形縫組合模式的施工工裝技術措施，并且通過對傳統的工藝、工裝的優化，在躍龍門隧道活動斷裂帶段采用短臺階快速閉合成環施工工法，開挖掘進中加強質量管控，有效控制斷裂帶圍巖變形速率。在躍龍門隧道寬變形縫首次采用新型止導水寬縫防排水結構形式，通過技術創新實現了寬縫的設置和施工，確保了襯砌施工縫防水效果。

結合活動斷裂核部及過渡段分段設計理念，通過躍龍門隧道工程實例現場試驗、應用效果、施工技術創新和過程控制，確保了整體活動斷裂帶隧道施工質量，為后期運營安全提供了有力保障。