盘岭公路隧道断层破碎带反向施工技术

王辉

摘要：盘岭隧道出口段由于断层位置与设计不符，开挖面塌方导致大量的泥砂和水的涌出。为加快施工进度，保证施工安全，采用双层长管棚加超前小导管注浆的方案先行开挖左洞通过断层区，然后在前方通过横向通道同时向后向前开挖右洞，右洞断层区采用全断面帷幕注浆加长管棚的反向施工方案。实践证明，该方案充分利用了双线隧道的优势，既安全顺利地通过了断层破碎带，又将断层施工对工程进度的影响降至最低程度，对类似工程施工有一定的参考价值。

关键词：隧道；断层；反向施工。

中图分类号：U45 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）02（b）-0000-00

1 工程概况

盘岭隧道为贵州三穗至黎平高速公路的分离式特长隧道，出口段位于天柱县南侧，隧道区属于中低山地貌，地形起伏较大，山体不规则，其山脉走向呈南北向。隧道洞身穿越山体，山坡植被茂密，沟谷水田发育，走向以西北向为主，呈“V”字型沟谷，起伏变化较大。

盘岭隧道K72+668～K71+760、ZK72+707～ZK71+741段围岩原设计级别为S-Ⅲa、埋深约为240m～270m，其中左线ZK72+720～ZK72+780、右线K72+740～K72+780段地质为断层破碎带，经过现场实际测量查看，在K72+700～K72+730段山顶地貌为一冲沟，冲沟深度大于50m。

2 斷层段施工状况

盘岭隧道右线从K72+668段施工时围岩开始变化， K72+668～K72+625段围岩施工情况如表1所示：

鉴于以上情况，业主会同设计、监理、施工方代表并邀请有关专家进行现场调查，综合分析断层带的地质水文情况，施工单位采取了以下措施：

（1）从洞外运输洞渣回填至掌子面，并回填至拱顶标高，拱顶位置采用编织袋装填洞渣后堵塞拱部临空面，并尽可能塞满拱顶塌腔；回填洞渣呈三台阶状。采用喷射砼对洞渣表面进行封闭，厚度10cm。

（2）从K72+625后退4.5米即K72+629.5开始设置径向注浆管对已支护段拱部进行注浆加固，确保已开挖支护段初期支护的安全。注浆采用ф42钢管，钢管长3.5m，纵环向间距为1.0×1.0m；浆液采用水泥-水玻璃双液浆。

（3）加固完成后，对已经架立好的最后一榀工字钢腹板吹焊割孔，从工字钢腹板向前方施工6m长双层小导管，并注浆加固。

施工现场按照要求完成了第3步，准备采取先从拱顶处挖开一小孔进行检查注浆情况，但刚挖开一个小孔后从孔内涌出大量泥砂和水，涌出方量约1100m3。涌出来的渣子为断层角砾和断层泥的胶结物，涌出物主要为断层角砾与断层泥的胶结物，富水，几无自稳能力。

在实际施工中结合超前地质雷达、施工掌子面前方地质探孔的情况，判定断层带的位置较原设计有所偏差，与主洞轴线相交位置偏移至左线ZK72+535～ZK72+595、右线K72+585～K72+625段，断层走向与线路呈45°角。为顺利通过该富水断层破碎带，业主再次邀请有关各方进行会诊，通过现场调查、超前探孔和超前地质雷达对断层的位置和性状做了调查、并拟定了切实有效的断层处治方案。

3 断层破碎带施工方案

为加快施工进度，对施工工序进行了优化，即先处治左线断层破碎带，待左线通过后，左线继续向前进行开挖、初支、二衬施工，增设一个辅助横洞对盘岭隧道右洞断层破碎带进行反向处治施工，在另一个车行横洞位置（ZK72+475）施工横洞进入右洞，随后进行右洞剩余地段的开挖、初支、二衬施工。最终形成左线一个工作面、右线施工高峰期三个工作面的施工状况。

左洞断层破碎带（ZK72+585～ZK72+525）采用双层长管棚加超前小导管注浆的方案，右洞采用全断面帷幕注浆加长管棚反向施工方案。从左洞穿越断层带后，设置横通道，进行反向施工。

4 断层处治施工方法

4.1 盘岭隧道左洞

4.1.1 双层长管棚施工

左洞断层破碎带（ZK72+585～ZK72+525）采用双层长管棚加超前小导管注浆的方案，管棚搭接长度6m。共设置3段双层长管棚，首段双层长管棚长24m，在管棚、小导管超前注浆加固圈保护下开挖18m；第2段双层长管棚，管棚长26m，在超前注浆加固圈保护下开挖20m；第3段双层长管棚，管棚长26m，在超前注浆加固圈保护下开挖22m。

4.1.2 超前、径向小导管施工

超前小导管施工参数：φ42×4，L=4.5m，α=10～15°，环向间距40cm。

径向设置径向钢管对洞周围岩进行注浆加固，注浆加固圈5m。径向小导管施工参数：φ42×4，L=4m， 径向布置，纵环间距1.2×1.2 m。

4.1.3 围岩开挖

左洞断层破碎带采用预留核心土环形开挖法开挖。

①施工顺序

由于本段地质多为断层破碎带，围岩极其破碎，主要以小药量微振动光面爆破或者人工配合机械进行开挖施工，隧道开挖前必须先施作超前支护，全断面再分四部开挖。

预留核心土环形开挖法施工工序：a.利用上一循环架立的钢架施作隧道洞身的纵向超前支护。b.分部开挖I、II、III部，每循环进尺0.6～1.2m，掌子面喷混凝土封闭。c.施作I、II、III部的初期支护①，即初喷4cm厚混凝土，打设锚杆、钢筋网、架立型钢。d.复喷混凝土至设计厚度。e.开挖上断面核心土IV。f.左右交错开挖V、VI部，并施作②、③部初期支护。g.施作仰拱④。h.灌筑仰拱填⑤（含中心排水管（沟）部分），并施作路面基层混凝土。i.利用衬砌模板台车一次性灌筑二次衬砌⑥（拱墙衬砌一次施作）。

4.1.4 初期支护

左洞断层破碎带初支采用工22b型钢钢架+网喷26cm厚混凝土。

4.2 盘岭隧道右洞

右洞采用全断面帷幕注浆加长管棚反向施工方案。从左洞穿越断层带后，设置辅助横通道，进行反向施工。

4.2.1 辅助横通道施工

在左洞通过断层带后，暂定在ZK72+515施工横向辅助施工通道；横通道采用原行车横洞断面。通过横通道到达右洞断层带后方，反向向断层方向开挖。横通道初期支护设置型钢钢架，横通道与主洞衔接位置主洞初期支护予以加强。具体施工工艺如下：a. 左洞通过断层施工过程中，右洞掌子面作为地下水排泄通道不得予以封闭；右洞从洞身方向施工过程中，初期支护喷砼采用CF25湿喷砼。b. 右洞反向施工为反坡，应做好排水措施，避免洞内积水。c. 右洞方向施工，辅助通道狭窄，应注意交通安全的同时，必须配备必要逃生通道和救援设备；d. 右洞反向帷幕注浆时，YK72+633掌子面作为地下水排泄通道暂不得予以封闭，最后一环帷幕注浆前，应首先对YK72+633掌子面予以封堵和加固处理。e. 右洞反向施工段初期支护均予以加强，设置18工字钢作为初期支护。

4.2.2 右洞全断面帷幕注浆

右线预计断层破碎带影响范围80米（K72+553～+633），该段采用全断面帷幕注浆加固后开挖通过， 该段共设置4个循环帷幕注浆，

4.2.3 帷幕注浆段长管棚施工

① 在上一循环帷幕注浆完成后，逐榀预留核心土扩大断面开挖，预埋导向管。封闭掌子面，施工洞内长管棚。

② 管棚施工采取分区间隔施工，先钻孔施工奇数孔位管棚，待注浆完成后再施工偶数孔位管棚，以便检查奇数孔位注浆效果；

③管棚注浆采用水泥浆液（添加水泥浆液体积5%的水玻璃），应通过现场试验确定合理注浆参数，初步拟定注浆参数如下：水泥浆水灰比为1：1，水玻璃浓度为35波美度，水玻璃模数为2.4，注浆压力2.0-4.0MPa 。

④Φ25固定钢筋与孔口管、I18工字钢进行焊接，没有孔口管部分钢拱架采用Φ22纵向连接钢筋进行连接，连接钢筋环向间距为100cm；

⑤长管棚施工过程中检查超前帷幕注浆的效果，当注浆效果不能满足要求时，应按帷幕注浆程序重新注浆。

4.2.4 超前小导管施工

超前小导管施工参数：φ42×4，L=4.5m，α=10～15°，环向间距40cm。

4.2.5 初期支护施工

初期支护采用两次初支，第一层初期支护由22b工字钢、26cmCF25湿喷混凝土和钢筋网组成，紧跟掌子面；第二层初支采用20cm高度的钢筋格栅拱架、24cmCF25湿喷混凝土和钢筋网组成，上台阶一次成型，并尽量靠近掌子面。第一层初支预留12-15cm预留变形量，第二层初支预留8-10cm预留变形量；预留变形量应根据现场施工情况和监控量测数据进行动态调整。

4.2.6 围岩开挖

右洞断层破碎带采用预留核心土环形开挖法开挖。

5 结语

盤岭公路隧道断层破碎带的施工实践表明，断层位置的判断需要结合超前地质预报等措施并提前做好应急施工方案，这样可以避免突发性的隧道塌方而造成财产人员损失；选择合理的隧道断层通过方案及施工方法，既可以加快通过断层区，又能保证围岩整体稳定性以及避免大面积坍塌；双线隧道的反向施工方案具有较强适用性，可对其它高速公路隧道施工提供参考。