隧道穿過淺埋破碎帶施工技術

趙建國

(山西省公路局太原分局，山西 太原 030012)

0 引言

隨著我國交通事業的蓬勃發展，公路工程可利用的地質良好的走廊帶日趨減少，隧道工程作為地下空間工程，穿過不良地質段落的工程狀況時有發生，尤其以隧道穿過淺埋破碎帶最為常見。目前，國內外在隧道穿過淺埋破碎帶處治方面的研究多以隧道超前加固與現場調整支護參數等手段為主[1]。然而，由于洞身穿過斷層軟弱破碎帶時，洞身巖體自穩能力較差，對于具體的工程，能否結合隧道實際圍巖地質狀況選取合理的施工技術方案是保證隧道安全、快速、經濟地穿越斷層破碎帶關鍵所在，也是目前亟須研究的問題。

1 項目背景

此公路隧道項目的現場地質條件較復雜，其中隧道斷層破碎帶的長度接近為550 m，施工中需要穿過泥盆系(D)，巖層表現為淺灰色、灰白色以及灰綠色，核心成分是角礫(泥巖)與碎石(灰巖)，具體含量為66%。局部段落是炭質千枚巖，其特點為低強度、遇水后易軟化，圍巖結構穩定性能比較差，破碎問題較為嚴重，還包括落石與掉塊問題。同時破碎帶段上方和兩側包括數個落水洞與巖溶洼地，受季節性氣候的影響地表水匯集之后從落水洞垂直下滲，常見溶洞與地下突水等相關地質災害，嚴重影響了隧道施工質量及安全性，所以必須結合隧道項目實際情況科學采用施工技術。

2 施工技術

2.1 超前地質預報

此隧道項目中超前地質預報選擇的方式是地質雷達、TSP以及紅外探水，通過實時監測隧道圍巖變化情況，為隧道參數設計、安全防護以及應急預案等提供參考依據。在進入隧洞之前，必須嚴格實施地質預報，然后和設計圖紙內容及要求進行全面對比，合理優化隧道支護參數[2]。而進入隧洞之后每30 m就要完成1次超前地質預報，針對地質條件較為復雜的地段則必須加密預報，結合現場實際狀況適當縮短預報距離，實現預報結果和循環開挖作業的有機整合，從而實現隧道圍巖結構變化與支護參數的動態化掌握。

2.2 地表處理

1)洞頂排水。結合勘查結果可知，隧道需要穿過土洞(其上方包括沖溝)，現場地勢低洼，排水難度較大。為了避免雨季期雨水下滲威脅施工安全，應選擇砂漿對土洞進行回灌處理，同時進行緊密夯實，順沖溝向建立混凝土排水溝，選擇現場低洼處構建蓄水池，將雨水引至蓄水池，然后通過水泵將積水有效排出。

2)地表注漿。為了能夠有效控制地表水下滲現象，實現土體加固，就需要采取注漿方式處理隧道破碎帶，其中地表注漿選擇的是熱軋無縫鋼管(其直徑φ=2 mm)，以垂直方式插入到地表土體中，同時灌注水泥漿液，實現土體的固結處理，提升圍巖結構強度，減小圍巖的透水性，從而保證安全施工。

2.3 開挖

1)開挖步驟。此隧道項目開挖施工步驟如下：

先行導坑上部開挖與初期支護→先行導坑中部開挖與初期支護→后行導坑上部開挖與初期支護→后行導坑中部開挖與初期支護→后行導坑下部開挖與初期支護。

2)爆破施工。此隧道項目中爆破施工詳細如下：

a.爆破設計。在鉆眼施工前需要安排專業人員反復測量精準標記開挖斷面中線與輪廓線，根據爆破設計確定炮眼具體位置，保證誤差不大于5 cm。單次循環開挖進尺控制為0.6 m，周邊眼與輔助眼的深度均控制為0.6 m，而掏槽眼的深度控制為0.75 m。

b.鉆眼。以周邊眼施工為例，需要按照爆破設計要求設置周邊眼外插角，確保兩茬炮交界位置臺階不小于15 cm[3]。結合炮眼處圍巖凹凸情況合理對炮眼深度進行調整，使眼炮底處于同一平面。

c.清孔。采用炮鉤與高壓風等方式把炮眼內的石屑清理干凈。

d.裝藥。此項目選擇的是乳化炸藥(其規格為0.75 kg/m，φ32 mm)，以分片分組方式進行裝藥，然后根據圖紙設計要求確定裝藥量，按照從上至下的順序安裝雷管。各炮眼都要以炮泥為材料進行堵塞處理，其中堵塞長度應保證不小于20 cm。

e.連接起爆。按照要求安全連接起爆網絡，必須確保起爆精準度與安全性。在連接階段導爆管不可發生打結與拉細現象，所有炮眼雷管的連接次數保持一致，引爆雷管通過黑膠布實施包扎處理，最后安排專業人員全面檢查[4]。

f.瞎炮處理。若是存在瞎炮則必須調查具體原因，然后由專業技術人員負責處理。

3)注意事項。隧道開挖掘進尺寸必須嚴格控制，單次循環開挖進尺確定為0.6 m；仰拱與掌子面之間的距離控制在50 m以內；二次襯砌與掌子面之間的距離控制在50 m以內；左洞、右洞與二襯之間的距離控制在10 m以內。

2.4 隧道襯砌施工

此隧道襯砌施工流程如下：

初噴混凝土→安裝鋼架→超前小導管→中空注漿錨桿→掛設鋼筋網→噴射混凝土→防排水→二次襯砌。

1)初噴混凝土。通過噴漿機對掌子面實施初噴，選擇的材料為鋼纖維混凝土(級別C25)，厚度控制4 cm，以確保無落塊與掉石現象。

2)安裝鋼架。選擇的是 Ⅰ 20a工字鋼，拱架間采用縱向連接筋焊接方式，梅花形布設，各榀拱架的兩端建立鎖腳小導管，以增強拱架結構的安全性，以及提升垂直度。

3)超前小導管。具體如下：

a.順著拱架輪廓方向設置小導管。拱架制作選擇從中間腹板的中部實施鉆孔，其中孔徑控制為5 cm，確定的間隔距離為0.4 m，通過雙層小導管進行作業，第一層小導管的管徑φ=42 mm，從拱架的上方呈梅花形布設，間隔距離為30 cm，然后和拱架以焊接的方式穩固連接，上仰角控制為15°～20°；第二層小導管需穿過拱架孔位，將上仰角控制為7°～10°，所有層小導管確定的縱向間隔距離為0.6 m[5]。

b.通過鑿巖機實施鉆孔，保證孔徑不小于42 cm，待鉆孔結束后，需及時設置小導管，以免發生縮孔問題。

c.插入小導管。其中小導管的長度控制為4.5 m，從小導管中以梅花形方式設置壓漿孔(其直徑φ=8 mm)，確定的縱向間隔距離為75 cm，其尾部1 m位置無需布設鉆孔，而端部應設置成尖錐形狀，在小導管插入階段需通過鑿巖機進行輔助頂入。

d.注漿。選擇的注漿液為P.O42.5水泥漿，水泥漿比(質量比)是1∶1，注漿施工壓力控制在0.5 MPa～1.0 MPa之間。選擇間斷注漿方式，直至注漿孔溢出新漿液為止，詳見表1。

表1 超前小導管各項參數

4)中空注漿錨桿。通過搭建簡易施工平臺，首先噴射第一層混凝土，然后實施鉆孔作業，在成孔后通過高壓風將孔內的石屑清理干凈，以錨桿的方式把錨固劑慢速頂入到設計指定部位，從錨桿尾端設置墊板、止漿塞與螺母，其中墊板處需設置塑料排氣孔，實施注漿前必須認真檢查注漿管與排氣管的密封性，保證符合規定要求方可正式進行水泥漿液灌注。

5)掛設鋼筋網。針對鋼筋網和錨桿的交叉位置應進行焊接處理，其中鋼筋網的保護層應大于2.5 cm，掛網后緊接著實施第二層混凝土噴射。

6)噴射混凝土。此項目中混凝土的噴射厚度控制在27 cm以上，若滲漏水較為嚴重，則必須提前從初支內埋設雙壁打孔波紋管(其直徑φ=110 mm)，實現引流處理，或從集中排水點設置引排水管[6-7]。

7)防排水施工。具體施工環節：初期支護全面檢查→設置排水管→鋪設土工布→安裝防水板。

8)二襯施工。綁扎鋼筋與二襯澆筑，在鋼筋綁扎與焊接階段，必須高度重視防水板保護處理，可以設置防護罩。同時二襯澆筑采用對稱澆筑施工模式。

3 結語

在隧道工程的建設中，隧道穿越地質斷層的情況非常普遍，斷層破碎帶圍巖是一種軟弱圍巖，也是山嶺隧道施工過程中經常遇到的地質災害。斷層破碎帶穩定性較差，經常會導致巖體失穩，稍有不慎，就會造成事故，給隧道施工帶來非常大的困難，文章結合隧道工程項目實際情況，合理選擇與調整超前地質預報實施方案；加強地表截排水設施，加固地表土體；合理調整隧道開挖工法，優化爆破參數，控制循環進尺；優化隧道初支材料，加強工序控制，提高襯砌施工質量；將隧道穿過淺埋破碎帶施工技術應用于項目后，隧道在穿過淺埋破碎帶時，隧道洞身圍巖變形收斂，整體穩定性明顯增強。本文研究提出的隧道穿過淺埋破碎帶施工技術思路具有普遍性，可為類似項目施工提供有意義的參考。