九峰大跨度隧道F4断层破碎带施工方法

■林荣兴

（福建省第一公路工程公司，泉州　362000）

九峰大跨度隧道F4断层破碎带施工方法

■林荣兴

（福建省第一公路工程公司，泉州362000）

断层破碎带是大跨度隧道开挖支护施工中难度较大、容易出现施工事故的地段。本文以厦蓉高速公路改扩建工程第A5合同段九峰隧道为工程背景，阐明了穿越隧道F4断层及其破碎带的施工过程及控制措施的处治方案，并详细阐述了F4断层破碎带施工方法，可为类似环境下的隧道施工提供很好的借鉴。

隧道断层破碎带施工控制

1　工程概况

九峰隧道位于龙岩市东肖镇境内，设计形式为分离式双向六车道，全长 4664m，隧道净宽 14m，建筑界限净高5m，洞门采用端墙式洞门，隧道右洞出口处在R=2810m的平曲线上，左洞出口处在R=3055m的平曲线上；左右洞纵坡均为-1.06%；隧道出口段及断层构造带和节理密集带内围岩级别为Ⅳ～Ⅴ级。

隧址区处于我国东部著名的巨型新华夏系第二个隆起带与南岭纬向复杂构造带的复合部位，闽西南拗陷带东部。受区域地质构造影响，洞身断层发育地段侵入的花岗岩体分布，出口段褶皱、断层活动均较发育。F4断层位置在YK141+053、ZK141+069，倾向北东，倾角70°，长度大于0.6km，破碎宽度40m，，带内岩石受力挤压变质，褐铁矿化较普遍，局部糜棱岩化，局部成土状。其较为典型的九峰隧道最大开挖宽度为16.9m，开挖高度为11.9m。

2　穿越断层破碎带施工注要有以下四个施工原则

（1）按照锚喷构筑法原理组织施工，稳扎稳打，防塌为主，施工遵循“管超前、严注浆、短进尺、少挠动、强支护、早成环、严治水、勤量测”原则组织施工。

（2）施工过程中采用超前预报系统进行超前地质勘探，断层破碎带采用水平超前钻探明地质情。

（3）加强超前导管注浆预加固，改良地层，断层地段出现涌水，采用排、堵结合处理措施进行处理。

（4）根据监测、量测结果判定支护可靠性和围岩稳定状态，及时调整支护参数，确保施工安全。

3　超前地质预报

在进入断层破碎带影响前，采用长距离TSP-202超前地质预报系统，宏观控制超前地质情况，根据地质预告成果制定支护参数及时调整施工方法。在地下水丰富的情况，采用中距离预报，即水平超前孔钻，利用地质钻钻孔取岩芯，钻孔深度30～40m，可准确预报前面围岩和地下水，每掘进20～25m后，预留5m作为止浆墙，若出现强压水或泥浆，预示前方有较大的涌水或洞穴，应加密探孔采取排堵结合的治理措。为探明断层的水量，除了采用长距离TSP-202超前地质预报系统和中距离水平超前孔钻预报，还要采取长短结合、相互验证的综合预报手段，进一步超前验证地质情况，根据预报成果采取相应的处理措施，确保施工安全。

4　断层破碎带Ⅴ级围岩施工方案确定

大跨度隧道施工方法主要有台阶法、双侧壁导坑法、中隔墙法等，结合九峰隧道出口的断层破碎带Ⅴ级围岩开挖支护施工中难度较大、容易出现施工事故的地段采用双侧壁导坑法。

双侧壁导坑工法是一项分部开挖支护的施工技术。其原理是：就是利用两个中隔壁把整个隧道大断面分成左中右三个小断面施工，左、右导洞先行，中部断面紧跟其后；初期支护仰拱成环后，拆除两侧导洞临时支撑，形成全断面。对于九峰隧道开挖11.9m的高度设置临时仰拱，按六步开挖，增加开挖的安全性。

5　断层破碎带施工方法

在通过断层破碎带时，各施工工序之间的距离尽量缩短，减少岩层暴露时间、避免围岩松动和地压增大，尽快使全断面衬砌封闭。

5.1超前小导管施工

小导管环向间距50cm，纵向间距2.8m，采用Φ50× 5mm的无缝钢管，钢管长5m，外插角15°，尾部支撑在钢拱架上，搭接2.03m。为便于超前小导管插入岩体及注浆，在钢管前端制作成尖锥状，距另一端100cm的位置开始至尖锥端之间按梅花型间距为15cm布设Φ8mm的孔眼4排，以利于小导管推进和浆液渗入破碎岩体。

先用YT-28型风动凿岩机钻眼成孔后再推进小导管就位，在施作小导管前应注意：（1）喷3～5cm厚混凝土封闭掌子面作为止浆墙，为注浆作好准备工作；（2）准确测量隧道中心线和高程，并按设计标出小导管的位置，误差±15mm；（3）用线绳定出隧道开挖轮廓线，随时用钢尺检查钻孔或推进小导管的方向，以控制外插角达到标准；（4）施工顺序为从侧拱腰向拱顶进行，为提前注浆留好作业空间。

为防止浆液从其他孔眼溢出，注浆前对所有孔眼安装止浆塞，注浆顺序从侧拱脚向拱顶。由于岩体孔隙不均匀，考虑凿岩机环形开挖的方便，同时要达到固结破碎松散岩体的目的，保证开挖轮廓线外环状岩体的稳定，形成有一定强度及密实度的壳体，特别是确保侧拱脚的注浆密实度和承载力，采取注浆终压（0.5～1MPa）和注浆量双控注浆质量，拱脚的注浆终压高于拱腰至拱顶。浆液按0.5：1水泥浆液，采用525#普通硅酸盐水泥，浆液中掺水泥用量3～5%的水玻璃，以缩短浆液的胶化固结时间，控制浆液的扩散范围。通过现场试验确定拱脚终压为1MPa，拱腰范围为0.8MPa，拱顶为0.5MPa注浆时相邻孔眼需间隔开，不能连续注浆，以确保固结效果，又达到控制注浆量的目的。注浆效果要求达到开挖后拱部基本无渗水、无坍塌。

5.2开挖及初期支护

为控制超欠挖及减少对围岩的扰动，拱部弧形及边墙周边均采用风镐开挖，中槽均采用挖掘机开挖，开挖进尺根据围岩稳定性确定为l榀钢拱的间距，即0.5m，左右导洞和中部按两个台阶施工，上下台阶相距3～5m，左右边墙及中部各错开3～5m，若围岩为石质，采用YT-28型风动凿岩机打眼，人工装药，浅眼弱爆辅以人工风镐开挖，挖掘机扒渣，装载机配合自卸车出渣。

开挖后为缩短围岩的暴露时间，必须先初喷混凝土4cm厚封闭围岩，由岩层和初喷混凝土组成的壳体柔性结构，可以保证一定时间内施工安全。喷射前先检查开挖断面的净空尺寸，对开挖面危石进行清除，设专人随时观察围岩变化情况，当受喷面有涌水、淋水、集中出水点时，先进行引排处理，并用高压风吹净岩面。初喷要及时且喷射密实，不得在支护与围岩间留有空隙。初喷混凝土后，施作锚杆、挂钢筋网、架立I22型工字钢架，复喷混凝土。

初期支护采用C25早强喷射砼、Φ25中空注浆锚杆L=400cm（拱墙设置，环向间距1.0m，纵向间距1.0m，呈梅花型布置），锚杆钻成孔后，先插入杆体并安装止浆塞、孔口垫板，插入排气管，然后采用HFV-5D型注浆机注浆，待水泥终凝后扭紧固定孔口垫板螺栓；墙拱挂设Φ6钢筋网，为网格20×20cm，在洞外分片制作，安装时钢筋网与锚杆和钢架绑扎牢固，网片铺设紧贴支护面，片搭接长度不得少于15cm，喷射混凝土时，要减小喷头至受喷面距离和风压，以减少钢筋网的振动，降低回弹率，并保持30mm～50mm的保护层；钢支撑采用22b工字钢纵向间距0.5m，每单元钢架间用高强螺栓连接牢固，垂直度到位，用定位锚固定，钢架安装在稳固基岩上，并施作锁脚锚杆，两榀钢架间用Φ25钢筋拉杆纵向连接牢固后，复喷C25早强喷射砼至28cm厚。

5.3隧道临时支护的拆除

双侧壁导坑法侧隔墙拆除临时支护在中部下台阶完成5～10m后，仰拱衬砌施工开始之前进行，临时支撑拆除应钢拱架成环、喷射砼完成，且净洞位移速度小于0.2mm/天，每次拆除的长度控制在3榀钢支撑左右，拆除前后均应初期支护进行位移变形观测，等待初期支护稳定无变形时再拆除下一循环钢支撑，且及时进行全断面仰拱砼施工。

5.4二次衬砌

隧道临时支护拆除后及时进行仰拱衬砌、仰拱回填作业，断层破碎带采用抗渗等级≥S6的C30防水混凝土，厚度65cm，在初期支护与模注砼衬砌之间设置EVA防水板，隧道边墙及拱部二次衬砌的浇筑采用移动式液压模板台车和泵送砼整体浇筑，以保证二次衬砌的密实，每模衬砌砼应连续浇筑，一次完成，环向施工缝均采用中埋式橡胶止水带进行防水并用防水材料嵌缝。

5.5施工监控量测

为及时掌握围岩和支护动态，将监控量测结果反馈施工中，以便采取相应的技术措施。由于隧道处于断层破碎带地段，测线布设和量测频率施工规范和施工要求的基础上加大。断层破碎带监控量测包括开挖面观察和初期支护完成区段观察、水平净空变化量测、拱顶下沉量测；断面及测点布设，按每5～10m布控一个断面，在先行洞同桩号断面上布控三个点和两条水平收敛量测线组成量测断面；拱顶下沉量测采用水平仪测量，净空收敛量测采用道坑收敛计测量，及时对量测数据分析，并指导施工。

6　结束语

断层破碎带是隧道开挖过程常见的不良地质现象，它的分布区段是隧道围岩不稳定区段之一，是一个低强度、易变形、透水性大、抗水性差的软弱围岩存在的。双侧壁导坑六步开挖法在施工大跨度隧道的断层破碎带、浅埋段和软弱围岩段的隧道非常实用，能够有效保证隧道施工安全，开挖与支护手段及相应的技术措施适应地质变化，可以在多种隧道开挖中变化过渡，极大地减少了工序转换带来的机械设备和人员等资源配置，这在万石山间断性破碎软围岩中特别适用。

［1］杨林德.隧道.北京：人民交通出版社，2011.

［2］王梦恕.中国隧道及地下工程修建技术.北京：人民交通出版社，2010.

［3］中交第一公路工程局有限公司.公路隧道施工技术细则.北京：人民交通出版社，2009.