特长隧道穿越长大断层破碎带设计方案研究

赵建邦

(山西省交通规划勘察设计院，山西太原 030012)

1 工程概况

山西省大营至神池高速公路，设计速度80 km/h，为两车道高速公路。野马梁隧道进口位于原平市雷家裕口村西南方向约600 m处，出口位于尚家沟村南侧约200 m处。隧道穿越长大断层破碎带，设计为左右线分离式隧道，两洞左侧边墙最大间距为30 m，隧道总体走向呈268°。右幅起止桩号为K11+045～K16+557，全长5 512 m，起点设计高程1 228．43 m，终点设计高程为1 337．78 m，隧道底板最大埋深335．0 m，位于 K13+280处。左幅起止桩号为ZK11+050～ZK16+562，全长5 512 m，起点设计高程1 228．57 m，终点设计高程为1 337．66 m，隧道底板最大埋深342．0 m，位于ZK13+300处。左右线均属特长隧道。

2 地质概况

隧址区地质构造、水文地质条件复杂。区内共发现断层6处，隧道穿越的断层有5条，在区域上形成单斜—半地堑构造单元，故隧址区岩体节理裂隙较发育，围岩质量总体上较差。其中穿越的较软岩段长2 971 m，占隧道总长的54%，围岩岩体呈较破碎～破碎状;隧址区洞身范围内存在地下水，其分布及富水性较复杂。5处断层中，大厂沟断层(K15+490处)附近岩体破碎，地表出露的砂岩、页岩呈碎块状，并伴有强烈的变形或错断，形成宽约150 m的断层破碎带，对围岩影响严重;洞内有地下水分布，出水状态可能为滴渗水。

地质纵断面图见图1。

3 隧道设计方案

3．1 设计方案的选择

综合本工程穿越长大断层破碎带的实际情况，设计中要确保绝对安全。以工程类比法进行设计，因隧道结构的垂直压力较大，在此破碎带设计中采用了帷幕注浆、双排小导管及双层钢拱架的结构加强设计，并采用单侧壁导坑法施工。

图1 地质纵断面图

帷幕注浆可以加固破碎带段防止涌水、涌泥，还可以阻止地下水突涌。采用双层钢拱架可以增强初期支护对破碎岩体的承载力，同时采用双排小导管注浆，以便增强初期支护，也可确保在穿越长大断层破碎带地段的施工安全。

3．2 设计方案

3．2．1 帷幕注浆设计

1)注浆范围。

浆液扩散区域重叠50%;注浆段长为25 m，开挖20 m，预留5 m(可根据实际情况调整)作为下一段注浆的止浆岩盘。注浆时应注意观察掌子面的变形情况，必要时做50 cm～100 cm厚的模筑混凝土作为注浆封堵面。开挖隧道过断层的第一个掌子面时先喷15 cm厚混凝土，现浇40 cm厚混凝土;以后喷15 cm厚喷射混凝土。

2)注浆材料。

采用水泥—水玻璃双液浆，模数:2．4～3．4，液度:30°Be～45°Be，水灰比取1∶1 ～1∶0．5，注浆压力为0．5 MPa～1．0 MPa。

3)注浆方案。

注浆孔开孔直径为102 mm～127 mm，开挖轮廓线上的注浆导管采用5 m～10 m长的φ89～φ108钢花管作孔口管，中间部分注浆导管采用φ100 PVC花管。注浆应在达到设计终压之后维持一段时间，注浆压力没有明显下降之时结束。每循环注浆结束后，应做钻孔检查和红外线探测，检查合格后方可开挖，否则应做补注。在注浆过程中应经常检查，记录注浆压力、注浆量、凝固时间，掌子面以及附近的支护状况，并根据地质条件变化调整注浆参数。

帷幕注浆设计图见图2，图3。

图2 帷幕注浆孔纵向布置图

图3 帷幕注浆孔口断面图

3．2．2 双排小导管及双层钢拱架设计

设计中超前支护采用φ42长度4．5 m的小导管，外插角为10°，小导管支护范围为120°;初支采用 φ25自钻式锚杆，长度450 cm，间距50 cm(纵)×80 cm(环);双层 φ8钢筋网，间距20 cm×20 cm;第一环Ⅰ22b工字钢，纵向间距50 cm，喷C25早强混凝土29 cm;第二环Ⅰ20b工字钢，纵向间距50 cm，喷C25早强混凝土27 cm;二衬采用模筑C30钢筋混凝土60 cm;预留变形量为15 cm。锚杆按梅花形布设。

破碎带衬砌设计图见图4。

图4 破碎带衬砌设计图

3．2．3 单侧壁导坑法设计

长大断层破碎带岩体破碎，易滑动，采用单侧壁导坑法，可以有效控制破碎体沉降。开挖时，将断面分成两大块，其中每一块采用上下台阶法开挖，侧壁导坑尺寸根据地质条件、断面形状、机械设备和施工条件而定，宽度取洞宽的1/2［2］。

侧壁导坑采用Ⅰ16工字钢与初支钢拱架连接，导坑范围为拱部60°;φ42超前小导管，长度450 cm，环向间距40 cm，外插角10°;φ25早强砂浆锚杆，长度300 cm，间距50 cm(纵)×100 cm(环);φ8钢筋网，25 cm×25 cm;喷C25早强混凝土20 cm。单侧壁导坑法设计图见图5。

图5 单侧壁导坑法设计图

4 结语

1)由于长大断层破碎带整体上属于软岩，附近岩体节理裂隙发育，岩体破碎，地质条件较差，为避免在开挖施工过程中出现塌方，因此，在设计过程中，必须采取一系列有效措施，来增强结构承载力。

2)加深对新奥法的理解，坚持按新奥法原则设计，设计中通过帷幕注浆、双排小导管、双层钢拱架及单侧壁导坑法施工，以贯彻新奥法设计理念。

［1］ JTG D70-2004，公路隧道设计规范［S］．

［2］ JTG/T D70-2010，公路隧道设计细则［S］．