高原鐵路隧道施工中穿越富水斷層破碎帶期間的技術要點研究

張亮

（中鐵十二局集團第三工程有限公司，山西太原 030024）

0.引言

我國鐵路的長度和數量已居世界前列，成為一個隧道大國，但鐵路隧道在修建的過程中難度巨大，在施工前不僅要對地質進行勘探，要具有較強的施工技術。在鐵路隧道的施工中，很容易遇見復雜度地質、環境難題，比如高壓富水巖溶、高壓富水斷層破碎帶、高原、高寒、高低溫等，鐵路隧道的施工工程量大、難度大[1]。斷層破碎帶是指巖體中具有一定寬度和相當延伸長度的非單一裂縫組成的破碎條帶地段，使巖體喪失其連續性和完整性。由斷層所生成的破碎帶含有斷層角礫巖、碎裂巖、糜棱巖或斷層泥等，其中由斜坡破壞生成的破碎帶也可含有角礫、碎裂塊石和糜棱狀粘土等，在鐵路隧道的施工中比較常見，特別在高原鐵路隧道的施工中，以某高原鐵路隧道施工為例，具有高海拔、高地應力、斷裂帶、圍巖破碎、地下水豐富等特點，同時鐵路隧道的長度較長，使施工的周期得到了延長，不僅增加了施工的難度，同時也增加了施工的風險。在高原隧道的施工中不可避免的要通過斷層破碎帶，在斷層破碎帶中，巖體松散，自穩能力差，若施工組織不當或過程不規范，很容易引起坍塌、冒頂等危害。在鐵路隧道施工中，若需穿越富水斷層破碎帶，需加強對地質的的勘探工作，本文針對在高原鐵路的施工中對穿越富水斷層破碎帶期間進行了其要點技術以及施工方式的研究，具體內容如下。

1.高原鐵路隧道施工中穿越富水斷層破碎帶期間的技術要點

1.1 做好地質勘探工作，加強超前地質預報

高原鐵路隧道的施工面臨著復雜環境以及復雜地質的雙重影響，在施工中為更好地保障施工的進程以及施工的安全性，在高原鐵路隧道的施工中，應做好地質勘探工作，加強超前地質預報。超前地質預報或隧道超前地質預報，是指在隧道開挖時，對掌子面前方及其周邊（主要是鐵路隧道）的圍巖與地層情況做出超前預報。在高原鐵路隧道的施工中常采用的方法有地質調查法、超前鉆探法、物探法，充分利用TSP、地質雷達法、瞬變電磁法、超前鉆探法等超前地質預報手段對高原鐵路隧道施工中的地質、巖層結構進行勘探，高原鐵路隧道的施工環境較為特殊，在施工的過程中常會遇見斷裂帶、圍巖破碎、地下水等復雜地質，所以在進行勘探的過程中，可以采用多種勘探方式相結合的方式，提高勘探的準確率[1]。在對地質進行勘探中，掌握施工周圍斷層的具體情況，注意探測儀獲知圍巖情況的具體范圍，減少勘探誤差，根據設計圖紙采用水平地質鉆機對地層進行超前鉆探，確定巖層的含水量以及破碎的程度，同時在超前地質預報的過程中采用地質素描等輔助預報措施進行預報，實現TSP、地質雷達、水平地質鉆機以及地質素描設備的結合，增加對地質預報的準確率，提高施工的效果。

1.2 施工過程中加強監控量測

為更好地了解正在施工或已運營的隧道圍巖的巖石力學性質和支護結構的受力狀態，保證施工安全和工程安全，采用各種量測儀器對圍巖和支護結構所進行的量測工作，監控測量包括對圍巖和支護結構的應力、應變、變形和彈性波參數的監測[2]。監控測量的工作應伴隨在施工中的全部過程中，并根據實際的開挖支護情況合理布置監測點，監測點對于監測的范圍有一定的限制，所以在監測點的設立上，應更具實際開挖的情況開設監測點，必要時也可在已有的基礎上增加監測點。特別在高原鐵路隧道施工穿越富水斷層破碎帶時，高原地質本就復雜多變，同時施工中再遇富水斷層破碎帶，增加了施工難度，所以應在原有的基礎上增加監測點，確保每個量測斷面至少各布置一個拱頂下沉測點和兩條水平凈空收斂量測基線。同時為了進一步保障施工的安全性，應完整記錄各項檢測數據，通常來講，進行監測大約時每天一次，但在高原鐵路隧道施工穿越富水斷層破碎帶中應加強監控量測，不僅要增加監測的點，同時在具體的情況下，應做好全天監控量測。根據監測數據結合圍巖、支護受力及變形情況，進行分析判斷，將實測值與允許值進行比較，及時繪制各種變形或應力～時間關系曲線，預測變形發展趨向及圍巖和隧道結構的安全狀況，觀察及量測發現異常時，應及時修改支護參數。

2.高原鐵路隧道施工中穿越富水斷層破碎帶期間施工方法

2.1 斷面徑向注漿

在高原隧道施工中穿越富水斷層破碎帶施工期間，應采用斷面徑向注漿的方式，在隧道開挖后，沿隧道徑向進行鉆孔注漿，徑向注漿材料具有較好的粘結力，與隧道軟弱巖體粘合后抗壓、抗剪強度高，耐沖擊、耐酸、耐堿性好。材料選取純水泥，純水泥有較高的滲透性，流動性好，遇水不發泡，能很好地滲入巖體細小的裂隙中[3]。在隧道初期支護背后進行徑向注漿不僅能增強與圍巖的密貼程度，提高圍巖的承載力和自穩力，同時能有效控制隧道初期支護結構沉降和變形。在施工的過程中，針對全斷面徑向注漿需先對其進行開孔，在高原隧道的施工中，孔徑約控制在為φ52mm，孔口管選擇長度為1m的φ50mm熱軋無縫鋼管[4]。

2.2 超前帷幕注漿

超前帷幕注漿是指在隧道的施工過程中對隧道前方一定范圍的土體進行全面加固，在開挖區域周邊形成隔水帷幕，以防止地下水滲流給隧道施工帶來較大風險。富水斷層破碎帶具有含水的砂層，在施工中容易應地下水位的變化造成地層的變形，不僅增加施工的難度，還會影響到周邊重要構筑物安全的地段。所以在高原隧道施工中穿越富水斷層破碎帶施工期間可以采用超前帷幕注漿的方式來對隧道前方一定范圍的土體進行全面加固，減少地下滲水給隧道施工帶來的風險。注漿所用的材料最好選用水泥漿或者水泥水玻璃，在施工中，先制作止漿墻，再測量布孔，將測量好的布孔大小進行實際的鉆孔處理，鉆孔之后，清理孔口并安裝孔口管，通過孔口管對其進行注漿，注漿中注意循環長度，大約以30m為標準，在開挖中，預留5m的距離作為止漿巖盤，開挖距離保持在25m，注漿結束后進行洞身開挖及支護[5]。

2.3 超前管棚支護

超前管棚支護是超前支護方式中的一種，超前支護是保證隧道工程開挖工作面穩定二采取的超前于掌子面開挖的一種輔助措施，采用管棚的超前支護方式能有效抑制軟弱破碎圍巖的變形，改善隧道支護結構受力，避免施工過程中產生塌方。管棚具有大小之分，一般有φ108大管棚、φ89大管棚、φ60中管棚，在實際的施工中，針對具體的情況選擇不同大小的管棚，同時在施工過程中為提高施工的效率，圍巖較好地段可采用三臂鑿巖臺車鉆孔施做，圍巖較差地段可使用超長距離取芯鉆機鉆孔施做。當管棚支護成型且具有足夠的穩定性后，可對隧道進行開挖，在高原隧道施工中穿越富水斷層破碎帶施工期間采用超前管棚支護不僅能保障施工的效率，同時能有效抑制軟弱破碎圍巖的變形，保證隧道開挖的安全性。在鐵路隧道的施工中，超前支護已成為隧道穿越軟弱破碎帶的關鍵措施，在隧道的施工中可進行管棚支護的循環作業，直至通過破碎帶之后[6]。

2.4 開挖及支護

在高原隧道的開挖中，通常采用局部范圍內的控制爆破技術，必要時采用機械開挖，減少對圍巖的擾動。開挖之后，采用多種方式對巖層進行支護工作，加固巖層，同時利用監測技術對巖層的加固情況進行測量，確保支護的穩定性以及安全性[7]。在高原鐵路隧道的施工中，要嚴格遵循“管超前、嚴注漿、短進尺、強支護、快封閉、勤測量”的施工方針，綜合選用快挖、快支、快封閉措施，必要時進行超前注漿固結圍巖，盡早進行仰拱落底施工，及時使支護結構封閉成環，以減少圍巖變形，并嚴格控制仰拱開挖進尺。針對圍巖實際破碎情況采用小間距周邊眼進行施工，同時控制周邊炮眼外插角6°～8°，同時需調整單孔裝藥量，最大程度降低圍巖擾動，控制爆破輪廓面圓順，避免局部大凸大凹造成圍巖局部應力集中。在高原鐵路隧道的施工中地質結構復雜，特別是在遇見富水斷層破碎帶等特殊的地質條件更應選強支護方式，加大預留變形量，采用動態設計，必要時采用雙層初期支護，減少初支拆換，嚴重段落采用加強超前支護、縮短循環進尺，確保施工安全。

3.總結

隧道建設是鐵路建設中的重要組成部分，在鐵路選線設計中，便不可避免地會遇到隧道穿越斷層破碎帶的情況。對于穿越斷層破碎帶的隧道，在施工中經常出現施工斷面及鋼拱架變形過大，初支及二襯開裂剝落等現象。富水斷層破碎帶是高原鐵路隧道施工中較為特殊的地質，在施工的過程中為了確保施工的安全性，提高施工的效率，應做好對地質勘探工作，加強超前地質預報，同時在施工的過程中，進行全天多點的監測，準確掌握施工現場的地質環境以及施工的條件，同時在施工的過程中，采用斷面徑向注漿、超前帷幕注漿、超前支護等方式構建更加可靠的支護體系，保障施工的安全，不僅能使高原鐵路隧道在施工中順利通過富水斷層破碎帶，同時也推動了我國高原鐵路隧道工程項目的發展，為順利通過富水斷層破碎帶提供了方法指導。