富水断层带隧道施工技术

姜笠

（贵州省公路工程集团总公司，贵州 贵阳 550008）

1 施工原则

1.1 应用超前地质预报，注浆堵水加固围岩，初期支护加强并及时封闭成环，监控量测等技术，紧紧围绕“先深探，管超前，预注浆，半断面，短进尺，弱爆破，强支护，紧封闭，常量测”二十七字组织施工。

1.2 利用多种地质探测手段，进行施工地质预报，为施工提供决策依据。

1.3 采用周边短孔预注浆，固结注浆方法来堵水和加固围岩。

1.4 采用冷冻法来固结围岩

1.5 采用多种支护手段相结合构成最佳初期支护体系，使初期支护成为主要承载结构。初期支护体系主要有:①锚杆、钢筋网、喷砼；②锚杆、钢筋网、钢架、喷砼；③超前管棚、钢架、锚杆、钢筋网、喷砼。

1.6 通过监控量测，评价初期支护的可靠性和围岩的稳定状态，为修改支护参数，变化施工工序提供依据。

2 施工工艺

2.1 施工程序:见下图

2.2 地质预报

对于结构复杂的大规模断层，一般由地表探测加少量地质钻孔来推断地下深部的地质条件。它往往与隧道施工实际遇到的地质条件存在差异，而隧道施工对地质体的变化又非常敏感。将地质超前预报作为一个工序纳入施工过程。采用钻眼排碴取样分析、记录钻进速度，水质水量变化情况，以便掌握施工前方围岩的地质构造和岩性，地下水出露位置和水量大小，以及断层围岩变化情况等。

2.3 对于地下水十分发育，静水压力较大的软弱破碎地层，采用超前平导排水降压，平导不进行围岩注浆堵水，在掌子面钻孔排水（孔长10～15cm）。按常规支护手段随挖随支。平导应超前正洞50～100m。

2.4 顺坡施工时，在隧道边墙侧设排水沟，采用重力排水法将水排出洞外，若反坡施工则于开挖工作面设集水坑利用抽水机强制排水出洞。

2.5 对局部较大的压力水，采用浆砌片石或砼墙进行封堵。

3 隧道洞身掌子面周边短顶注浆

3.1 利用掌子面周边短孔顶注浆办法，固结围岩，形成一定厚度的半封闭截水圈，使开挖后的围岩有一点自稳时间，以满足隧道施工的要求。

3.2 注浆段长，依据施工机械而定，当利用台车钻孔时，一般为8m，利用YT28凿岩机时可成孔4m。开挖长度为注浆长度的0.7～0.8倍，注浆方式采用全孔一次压入。

3.3 注浆有效范围，一般为开挖轮廓线外1.2～2.0m，浆液应将地层裂隙充填密实，一般以注浆量由大到小，注浆压力由小到大来判断是否充填密实。

3.4 注浆孔布置，沿开挖轮廓线单、双排布置。孔距为0.8～1.0m，外插角10°～16°，注浆管采用φ42（或φ50）钢制花管，长度一般为 3.5～7.5m。

3.5 止浆岩盘，每一循环顶留1～2m作为止浆岩盘。在掌子面施喷15～25cm厚砼进行封闭，并对后部3m范围内初期支护喷砼5～6cm。

3.6 注浆参数:注浆压力一般用1.5～2.0Mpa。有效扩散半径1.5m，采用水泥-水玻璃双液浆，凝胶时间1～3分钟。

3.7 注浆顺序。先注无水孔，后注有水孔，一般从拱顶顺序向下，如遇密浆或跑浆，则间隔一孔或几孔注。

3.8 注浆与开挖的关系:见下图

注:L为一次压浆长度。

4 初期支护

4.1 初期支护应具有足够的强度和刚度，能控制围岩变形，保持围岩稳定。支护参数一般设计标准严格执行。

4.2 超前支护（锚杆或管棚），沿拱部开挖轮廓线布设，一般为起拱线以上开挖轮廓周长的1/2～3/4。

4.3 超前锚杆应以径向结构锚杆为支点，两者焊接。或在径向锚杆间加焊横向短筋作支点:超前管棚应以钢架为支点。管棚从钢架腹板预留孔中穿过。

4.4 超前支护与开挖长度的关系为，开挖后留于岩体内的前端长度:超前锚杆不小于1m，管棚不小于1.5m。

5 上半断面施工

5.1 采用控制爆破技术，短进尺、弱爆破，对特别松散的岩石和断层不进行爆破或局部松动爆破，或者风镐开挖。

5.2 对Ⅲ类围岩开挖工艺流程

画断面→超前锚杆→钻炮孔→装药爆破→排烟找顶→喷砼→出碴→锚杆、挂网→（必要时设钢架）→喷砼。

5.3 对Ⅳ、Ⅴ类围岩开挖工艺流程:

画断面→超前管棚→必要时局部锚杆替→钻炮孔→装药爆破、排烟找顶→喷砼 出碴→架设钢架→喷砼。

5.4 钢架分段加工，拱部三节，在掌子面组装。管棚用风钻成孔后顶入，松软地层可直接顶入。一次开挖进尺为相邻2榀钢架的间隔尺寸。

6 下半断面施工

6.1 下半断面开挖前应进行拱脚加固:Ⅲ类围岩一般采用喷砼加强:Ⅳ、Ⅲ类有钢架处应在其两侧各施作2根φ22锁脚锚杆，长3～5m，径向或俯角30°～45°，尾端与钢架焊接，Ⅴ类围岩采用φ50钢制花管注水泥-水玻璃双液浆代替锚杆，导管长度4m，以加强拱脚的稳定，防止钢架下沉。

6.2 凡有钢架地段均采用拉中槽、单侧交错推进刷邦的方法开挖，断面控制参数见下表:

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刷邦出碴后，应迅速设置边墙钢架（通常称钢架接腿）然后喷射砼直至掩埋钢架。Ⅰ类围岩段一般完成4～6m后施作一次永久仰拱以便成环。

7 围岩固结注浆

松软岩体周边短孔注浆不完全满足结构防水的要求，对初期支护大面积渗漏水地段以及集中涌水处应进行围岩固结注浆。在初期支护达到设计强度后，沿洞室径向布孔，孔距3m，梅花型布置，孔深3～4m，注浆完毕后，应对工作面补喷一层5～10cm厚的砼，注浆参数与周边预注浆相同。

8 监控量测

8.1 主要量测项目及没点布置

（1）拱顶下沉量测，测点埋在围岩中，一个断面布置3点（即拱顶和两拱腰）断面间距一般为20m。（2）净空收敛量测，在拱脚及拱腰处增设2条收敛基线，测点埋于围岩中，开挖下半断面时增加墙中收敛基线，断面间距一般为20m一个。

8.2 量测频率

（1）开挖后1～15天和距开挖面二倍洞径以内段每天1～2次。（2）开挖后16～30天和距开挖面2.5倍洞径以内地段每2天1次。（3）开挖后30天和距开挖面2.5倍洞径以远地段每星期1次。（4）当变形速率大于5mm/d时，每天量测3次。

8.3 量测信息加以整理后，判断初期支护体系是否稳定，以便及时调整施工方法和支护参数等。

9 仰拱及铺底施工

仰拱或铺底一般滞后下半断面开挖面20～50m左右，Ⅴ类围岩地段仰拱应紧跟开挖面，最多不能滞后开挖面10m。铺底或仰拱砼掺早强剂和速凝剂。铺仰拱后，在等待仰拱砼强度发展时，后面进行边墙拱圈的永久性衬，前端进上部开挖，上部开挖的隧道堆放于未铺仰拱的地段。

10 拱墙施工

当初期支护变形基本稳定后，开始施作二次衬砌，最好用简易衬砌台车全断面一次性灌注成型，每循环 9～12m，砼强度达到 2.5Mpa（能承受自重）后拆模。

11 质量、安全保证措施

（1）压浆孔的孔位与深度，外插角要符合设计要求。（2）压浆的顺序、压力均满足要求。（3）每孔压浆饱满。（4）初期支护严格按设计施作。（5）按规范要求进行监控量测。（6）结构物的尺寸与材质、强度等均应满足设计要求，并达到内实外美。（7）粗细骨料，拌和用水、外加剂均严格计量。（8）砼要加强养护。（9）对压力要进行超前孔探测。防止突发涌水淹没机械与人员。（10）压浆动力电源线要防破损、漏电伤人。（11）加强对围岩的监控量测，防止大变形而坍塌。（12）进洞必须戴安全帽，穿雨靴。（13）为工产品设立专人领退制度，防止流失社会。

12 环保措施

隧道碴必须运到指定地点堆放，不得乱弃乱放，更不得弃入河道、沟床内，防止水土流失，污染农田与淤塞河道。洞口要挂设各种警示牌。洞口各种机械、材料堆放整齐，布局合理。洞内三管两线铺设顺直。注意洞内通风排尘与铺底起高，使洞内干燥清洁。

[1]李伟;骆宪龙;刘志刚.断层参数法在隧道施工中的应用研究[J].国防交通工程与技术，2004-06-30.