高原隧道穿越断层破碎带施工技术

刘万生

(中铁十六局集团 第一工程有限公司，北京 101300)

高原隧道穿越断层破碎带施工技术

刘万生

(中铁十六局集团 第一工程有限公司，北京 101300)

详细介绍了关角隧道穿越F2-1断层破碎带的施工技术，内容包括断层特征、施工难度、采取的措施(上下台阶、上台阶预留核心土、拱墙设置注浆导管等)、施工步骤以及关键工序控制。施工实践表明，所介绍的施工方案合理可行，效果较好，经济效益显著。

高原 隧道 断层 施工方案

1 工程概况

青藏铁路西格二线关角隧道为双线双洞隧道，全长32.645 km，采用钻爆法施工，隧道通过区属青藏高原亚寒带半干旱气候区，最大冻结深度299 cm，海拔高程3 400～4 500 m。

隧道洞身通过400 m的F2-1断层破碎带，组成物质为碎裂岩、压碎岩，原岩成分以志留系板岩、片岩为主，片层状构造，层厚1～2 cm，倾角陡倾且不规则，走向基本与线路一致，不规则夹有石英细脉;岩体受构造影响严重，挤压构造作用强烈，挤压揉皱明显，岩体破碎。开挖后渣体基本呈碎屑、碎片状，局部夹有断层泥，局部有渗水，拱顶掉块、坍塌严重，初期支护极易发生变形。在实际施工过程中，通过加强超前支护、加强初期支护等措施，取得的效果均较差。

2 施工技术措施

2.1 技术措施的主要思路

由于围岩破碎，施作长管棚钻孔难度较大，经过多方比选和施工软弱围岩隧道的经验，并根据现场试验检测数据分析结果，确定了以下施工工艺技术思路。

采取上下台阶、上台阶预留核心土环形导坑开挖，下台阶左右侧错开开挖。由于围岩主要为片岩，岩质较软，可采用机械和人工配合的方法进行环形导坑的开挖，不仅对围岩扰动小，并且减小了上台阶的开挖面积，及早施作了上台阶初期支护，较好地控制了围岩的变形。下台阶开挖对钢架应力影响明显，因此下台阶分左右侧开挖，可避免两侧钢架同时悬空，有利于控制钢架的整体沉降。

拱部120°范围内设置超前φ42径向注浆小导管，导管长度5 m，其余均设置φ42径向注浆小导管代替砂浆锚杆，导管长度4 m。目的是加固周边围岩，防止围岩自身不稳发生变形，确保开挖过程中围岩稳定，改善隧道围岩状况，预防了隧道塌方。

采用超短台阶法开挖，严格控制台阶长度，人工配合机械开挖，每循环进尺0.5 m，设置临时横向水平钢支撑控制边墙变形。由于断面初期支护受压不均匀，拱部及边墙处偏压较严重，为平衡洞内变形，设置I16临时横撑辅助施工。同时关角隧道地处高原，施工人员多从内地上场，高原缺氧条件下人员施工效率降低，采用超短台阶人工配合机械开挖，可以降低人员的劳动强度。

控制仰拱距掌子面距离不超过16 m，二衬距离掌子面不超过24 m，并加强监控量测。

2.2 施工工序及关键工序控制

2.2.1 施工工序

超前导管施作及注浆→上台阶开挖、支护→上台阶锁脚锚管施作并注浆→下台阶开挖、支护→下台阶锁脚锚管施作并注浆→下台阶拱脚增设临时水平支撑→拱墙施作径向注浆管并注浆→仰拱开挖及基底初期支护→仰拱填充及浇筑混凝土→施作防水板、浇拱圈混凝土。

2.2.2 超前导管支护

拱部120°范围内设置φ42小导管超前预支护，小导管长3.5 m，外插角5°～10°，环向间距40 cm，搭接长度≥1 m。由于围岩破碎，导管只在末端30 cm内设置孔眼，避免安装过程中破碎围岩碎屑及渗水大量进入导管，影响注浆效果。

2.2.3 开挖支护

采用上下台阶、上台阶预留核心土导坑开挖。上台阶长度不超过4 m，初期支护参数除拱部120°范围设超前导管注浆外，边墙采用φ42小导管预注水泥浆加固地层(图1)，扩散半径1.5 m，小导管长4 m，外插角90°，环向间距100 cm，纵向间距100 cm，梅花形布设。全断面设2榀/m的I20型钢钢架，各台阶钢架底部设I16横撑，施工中进行倒用;拱墙设 φ8钢筋网，网格间距20 cm×20 cm;全断面喷混凝土厚30 cm。

图1 隧道断层破碎带径向注浆导管示意(单位:cm)

小导管施工采用风镐震动打入围岩，要严格控制环向间距和角度。开挖过程中每循环进尺0.5 m，要严格控制台阶长度，规范台阶法施工工艺，要预留核心土，即先开挖拱圈、边墙，支护完成后再开挖中间的核心土。钢拱架架设完成并喷射混凝土后及时架立水平横支撑，确保稳定。

2.2.4 仰拱及二衬施工

初期支护仰拱每循环开挖不超过3 m，架设栈桥平台保证前方掌子面正常施工，初期支护每循环闭合成环后及时拆除下台阶的临时水平横撑。

隧道衬砌应严格遵循“仰拱超前、拱墙整体衬砌”的原则。初期支护仰拱完成后，为有效地控制其变形，二衬仰拱尽量紧跟施工，即待初期支护仰拱完成6 m后，及时绑扎二衬仰拱钢筋、浇筑混凝土施作二衬仰拱，并进行全幅一次性施工。二衬仰拱施作完成后，利用多功能作业平台人工铺设防水板，绑扎钢筋，采用液压整体式衬砌台车施作拱墙二次衬砌，采用一次性整体灌筑施工。

2.2.5 监控量测

1)量测内容及频率

断层破碎带隧道监控量测包括水平收敛量测和拱顶下沉量测。

洞内观察分为开挖工作面观察和初期支护状况观察两部分。开挖工作面观察应在每次开挖后进行，地质情况基本无变化时，可每天进行一次。对初期支护的观察也应每天至少进行一次，观察内容包括喷射混凝土、锚杆、钢架的状况。

净空水平收敛量测和拱顶下沉量测采用相同的量测频率。量测频率根据测点距开挖面的距离及位移速度，按表1选择较高的一个量测频率。当下沉量大时，除量测拱顶下沉，尚应量测拱腰下沉及基底隆起量。

2)资料整理及效果分析

表1 监控量测频率

图2 F2-1断层破碎带区段拱顶沉降曲线

量测资料应及时整理，根据量测结果，绘制位移及位移速度随时间变化的曲线、位移及位移速度与开挖工作面距离的关系曲线，判断隧道围岩及初期支护的稳定性，检查支护效果，为施工提供信息，并根据量测反馈信息，及时修正支护参数。

由F2-1断层破碎带区段拱顶沉降曲线(图2)看出，采用原设计支护方案拱顶沉降在21 mm左右，在DYK283+940—DYK283+977段由于塌方影响，拱顶变形达到88 mm。采用加强支护参数后，沉降基本稳定在11.3 mm左右。说明采用加强支护参数后有效控制了洞室变形，且预防了塌方等地质灾害的发生。

3 结束语

在关角隧道穿越断层破碎带施工过程中，通过拱部120°范围内设置φ42超前注浆导管，拱墙设置 φ42径向注浆小导管，采用上下短台阶法开挖，上台阶预留核心土，严格控制台阶长度，设置临时横向水平钢支撑，并保证仰拱距掌子面距离不超过16 m，二衬距离掌子面不超过24 m的施工方法，保证了施工安全快速进行。目前施工已基本顺利通过断层破碎段，得到了青藏公司、监理及兄弟单位的一致好评。

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U455．49

A

10．3969/j．issn．1003-1995．2013．04．23

1003-1995(2013)04-0074-03

2012-11-26;

2012-12-20

刘万生(1974— )，男，内蒙古赤峰人，工程师。

(责任审编 孟庆伶)