高原隧道工程中穿越断层破碎带的施工技术

令狐克庆

摘 要：本文首先阐述了高原地质条件对隧道工程施工的影响，进而分析了断层破碎带与隧道工程的关系，并在此基础上对高原隧道工程穿越断层破碎带的施工技术进行研究。期望通过本文的研究能够对提高隧道工程建设质量有所帮助。

关键词：高原 隧道 断层破碎带 施工技术

1.高原地质条件对隧道工程施工的影响

高原地理环境对隧道工程的影响主要体现在以下几个方面：其一，对隧道使用功能的影响。当隧道穿越高原当中的富水层或是岩溶裂隙发育地段时，若是防排水措施不当，则会导致衬砌漏水，这样一来不但会对隧道内的通风、照明、监控等电气设备的使用造成影响，而且在寒冷的冬季，还会使隧洞内壁挂冰、路面结冰，运营条件会极度恶化，严重影响了隧道的使用功能；其二，会对隧道的衬砌结构造成影响。在高原地区的隧道工程中，若是围岩中的地下水未能及时排出，当冬季来临时，则会导致水体冻结，从而对隧道衬砌结构带来冻胀破坏，到夏季时冻结融化会使围岩形成浆融圈，这种现象多出现在隧道的洞口位置处，这会对隧道的结构造成严重破坏。所以在高原地区进行隧道工程建设时，必须对各种影响施工的因素进行综合分析，并采取有效的措施加以解决处理，以此来确保隧道工程的整体施工质量。

2.断层破碎带与隧道工程的关系

在对断层破碎带与隧道的关系进行研究前，首先应当对断层的基本类型加以明确，根据断层两盘相对位移的关系，大体上可将断层分为以下三种类型：其一，正断层。此类断层主要是指沿着断层岩石面的倾斜方向下盘相对上升，上盘下对下降的断层。这类断层的形成主要与张拉力和重力有关，其断层面的倾角相对比较陡峭，断层线以平直居多；其二，逆断层。此类断层具体是指下盘相对下降，上盘相对上升的断层，多数都是在地壳挤压作用下形成的，断层的两盘多数都处于闭合状态；其三，平移断层。此类断层则是指两盘沿着断层走向发生相对位移，断层面近乎于直立，倾角较陡，一般都是在地壳水平运动过程中，在受剪切力的作用下而形成的。

2 . 1断层破碎带

断层破碎带主要是因为断层两盘在相对滑动的过程中，使两侧的岩层遭受挤压作用而破碎，进而形成的长条状且方向一致的破碎带，它的宽度与岩石的性质、断层距离以及断层性质等因素有关。按照破碎带中岩石的破碎程度可将之分为角砾岩、断层泥、磨砾岩等几种类型。

2 . 2断层破碎带与隧道的关系

当隧道工程穿越断层地段时，隧道施工难度的大小一般取决于断层的性质、破碎带结构中岩石的破碎程度、含水性以及断层活动性等因素。当施工方法、机械设备等条件相差不大时，断层破碎带与隧道之间的关系直接影响施工难度和工期。通常情况下，当隧道的轴线无限接近于垂直构造的方向时，且断层规模较小、宽度不大、含水量较低时，施工难度较小；如果隧道的轴线与构造方向斜交或是平行时，隧道穿越破碎带的长度会随之增大，并且会伴随出现较为强大的侧压力，为了确保施工安全，此时必须对隧道支护体系进行加强，并及时进行封闭。

3.高原隧道工程穿越断层破碎带的施工技术

在高原隧道工程建设过程中，时常会遇到穿越断层破碎带的情况，为了确保隧道施工顺利进行，必须采取合理可行的施工技术，下面对此展开详细论述。

3 . 1施工方法

（1）超前地质预报。在隧道开挖穿越断层破碎带时，常常会出现坍塌、突水等问题，为了保证施工安全、有序进行，应当在隧道施工过程中，采用超前地质预报。该方法是确保隧道穿越断层破碎带施工安全的有效途径之一。应当对穿越断层破碎带的隧道进行地质调查，并按照隧道已有的勘察资料和隧洞内开挖作业面的地质描述，借助相关工具，对作业面前方的地质情况进行推测，同时，在隧道开挖的过程中依据超前地质预报的实际情况进行随时补充，借此来了解即将穿越的破碎带的位置、宽度等情况，制定有针对性的施工技术措施，确保施工顺利进行。

（2）加固圈。这里所指的加固圈就是利用超前小导管+水泥浆液在隧道拱部120度范围内的四周形成强度与厚度足够的加固拱，借此来提高围岩自身的承载能力和稳定性。

（3）正台阶法。这是隧道穿越破碎带时较为常用的一种开挖方法，在开挖过程中，要遵循短进尺、强支护的开挖原则，上下台阶的高度差应当合理，并采取左右交错的方式进行开挖。同时，要控制好两个台阶之间的纵向距离，这样有助于极早落底。此外，开挖之后，要尽可能减少围岩在外界环境中的暴露时间，及时进行初期支护。

（4）初期支护。常用符合设计要求的混凝土对隧道掌子面进行初喷封闭，随后采用工字钢制作钢拱架，并在纵向上用钢筋进行连接。

3 . 2施工技术要点

（1）导管布设。在施工中，确保小导管的布设位置与角度符合设计要求是比较重要的环节，其横断面布置的情况如图1所示。同时，可采取钻孔打入法对小导管进行施工。

（2）浆液施工。对于岩体破碎程度较为严重、裂隙较为发育、空隙较大的围岩而言，采用超前预注浆的方法进行施工存在一定的难度。在具体施工过程中，预防浆液大量流失、控制注浆液是关键环节，也是确保加固圈安全、稳定、可靠的有效途径。小导管注浆操作的施工工序如图2所示。

①注浆参数的合理确定。在工程没有特殊要求的前提下，小导管施工的水泥浆液水灰比可以确定为0.8-1.0左右，水玻璃的浓度为30-35左右，两者混合后的体积比为1：0.3-1：0.8，注浆压力最小不得低于0.5MPa，最大不得超过2.0MPa。

②注浆准备。在正式注浆前，应当先对注浆管路进行认真检查，借此来确保管路通畅、机械性能良好。当各项准备工作全部完毕之后，应进行现场注浆试验，从而确定最佳的注浆参数，并以此为依据进行施工。endprint

③注浆要点。采用液压双液注浆泵将预先配制好的浆液注入到小导管当中，注浆可以采取两次间歇的方式进行。第一次注浆时，应当适当减少水灰比，并增加水玻璃的掺入量，注浆压力应当控制在0.5-1.2MPa这一区间范围内，并在钻孔内有浆液流出时停止注浆，随后间隔3-5h左右，进行二次注浆。在第二次注浆时，应当将注浆压力提高在1.5-2.0MPa，并在浆液注入量低于20L/10min时，停止注浆。

3 . 3监控量测

隧道穿越断层破碎带的施工中，为了确保施工质量，必须进行监控量测，可将监控的重点放在对拱顶下沉及周边收敛上。对隧道开挖作业面的观测应当在每次开挖完成后进行，当地质情况变化较小时，可每天观测1次；初期支护至少每天观测1次；水平收敛与拱顶下沉的量测可以采用相同的频率，当拱顶的下沉量相对较大时，除了要加强对拱顶下沉的量测之外，还应当对拱腰和基底进行量测。

3 . 4施工注意事项

为了确保施工质量，应当对如下事项加以注意：其一，在钻孔前，应当对孔位进行精确测定，并对每个测好的孔位进行编号。在钻孔时，为防止孔斜等情况的发生，可以采用测斜仪，并对小导管的打入方向进行严格控制，同时，做好各个钻孔的记录。若是发现某个孔的误差超过设计或是规范标准规定的限值时，必须及时进行处理，如果终孔之后，仍然超限则应当采取注浆封孔的措施，并在其达到一定强度之后，在原位上重新钻孔。其二，注浆时若是发现较大的空洞，应当先注入一定量的水泥浆液，或是混凝土，然后再进行注浆。

4.结论

总而言之，在高原地区进行隧道工程建设时，难免会遇到穿越断层破碎带的问题，为了确保隧道施工安全、有序进行，并保证施工质量，应当采取合理可行的施工技术，并控制好施工质量。只有这样，才能使隧道工程按质按量按时完整，也才能提高隧道的整体稳定性，并延长其使用寿命。

参考文献：

[1]杨红军.方建勤.隧道断层破碎带对隧道施工稳定性的影响研究[J].中国公路工程.2010（12）.6～7.

[2]杜炜平.古德生.隧道通过断层区的力学特性与技术对策研究[J].西部探矿工程.2011（9）.6～8.

[3]朱合华.埋深下软弱破碎隧道围岩渐进性破坏试验与数值模拟[J].岩石力学与工程学报.2013（8）.9～11.endprint