隧道断裂破碎带施工技术分析与质量控制

■吴 强

（福建厦蓉高速公路漳龙段扩建工程有限公司，龙岩 364000）

1 工程概况

龙岩厦蓉高速公路扩建工程九峰隧道长4665m，隧道区属构造-剥蚀低山地貌，地形起伏较陡，自然坡度25～30°，局部达 35～45°，山脊平缓；进口处地面高程 484～490m，出口处地面高程430～434m，隧道轴线最大海拔标高1027m，植被较发育，多为杂木。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，进口及洞身断层发育地段见后期侵入的花岗岩体分布，出口段褶皱、断层活动均较发育。设计勘察共发现断裂构造11条，断裂特征多为挤压破碎，应力中心多见靡棱岩化，F4-10破碎带是11条断裂构造带中最大的一条，影响桩号YK140+195～YK140+325，岩层产状127°∠70°，带内岩石受力挤压变质，褐铁矿化较普遍，局部靡棱岩化，裂面多严重铁锰质渲染，岩体破碎，局部已成土状，岩体极破碎，节理裂隙极发育，富水性好，水量丰富。物探资料显示该段电阻率相对较低。[BQ]＜250，围岩级别为V级。

系统锚杆采用Φ25中空注浆锚杆，长度4m，环向间距1m，纵向间距1m，呈梅花形布置，采用Φ6钢筋网，网格20×20cm，墙拱设置；采用工20b型钢钢支撑，纵向间距0.7m。二衬采用C25防水混凝土。

2 总体施工思路及关键技术

2.1 总体指导思想

为了安全快速通过富水断层（裂）破碎带，必须有一套行之有效的施工配套技术和管理措施，确保在通过地质复杂地段的施工安全，超前地质预报精准、预注浆方案合理、开挖方法安全、机械设备配套合理等四种施工思路。

2.2 关键施工技术

主要关键技术包括综合超前地质预报技术、超前预注浆加固止水技术、开挖方法与支护结构施工技术、机械化配套快速施工技术、控制爆破技术等。

（1）超前地质预报

以综合超前地质预报手段探明前方地质情况，通过出水量的测定，制定对应、合理的施工对策，确保施工安全。

总结现场的应用和实践，现场以TSP、30m超前探孔这两种预报方式的结合最为有效、准确、快速。TSP物理探测有效长度在100m左右，3～5个30m超前探孔 （直径90mm），通过凿岩台车转杆扭矩、钻速、钻进速度、排渣情况等综合分析判断前方准确距离的地质情况，与TSP结果进行比对分析，作出准确判断，在地质复杂通过以上两种手段还不能最终确定的情况下，可进行钻孔取芯，进行更进一步的确认。

（2）注浆方案合理选择

九峰隧道F4-10断层破碎带主要以石英砂岩、砂岩、粉砂岩为主，断层主要为挤压性断层，断层内岩体极破碎，节理裂隙极发育，富水性好，水量丰富，在选择超前预注浆方案时，主要考虑止水效果，附带加固作用。

现场采取了全断面帷幕、周边帷幕、局部注浆三种方案完成了不同出水条件下的超前预注浆施工。当超前探孔出水量达10～100L/min时采用单液水泥浆进行局部注浆，注浆压力 3.5MPa，水泥浆液水灰比 1∶1～0.8∶1，水泥外加剂用量：水玻璃3%～5%及食盐0.5%，凝固时间300～480min，孔数为45个左右，注浆长度30m，注浆时间为7～10d；当出水量在100L～300L/min时，采用周边帷幕注浆方案，浆液采用水泥-水玻璃浆液，注浆压力3.5MPa，水灰比 1∶1～0.8∶1，水玻璃浓度 35～40 波美度，水泥浆与水玻璃体积比 1∶1～1∶0.8，凝固时间 2～3min，注浆长度 30m，孔数为100个左右，注浆时间为15～18d；当超前探孔出水量大于300L/min，断层极为破碎时，采用全断面帷幕注浆方案，浆液采用水泥-水玻璃浆液，设计注浆压力参考注浆处静水压力加上 1～2MPa 进行，浆液水灰比(0.8～0.6)∶1，水玻璃浓度35波美度，水泥浆与水玻璃体积比1:0.8～1:0.6，凝固时间 1～2min，注浆长度 30m，孔数为 167 个，注浆时间30d左右。

每环注浆孔先施工奇数编号注浆孔，然后施工偶数编号注浆孔同时作为检查孔以判断注浆效果。注浆结束后，单孔每延米用水量小于0.2L/min，隧道开挖后容许渗水量应小于2.5L/mim，当注浆完毕未达到设计要求时，应进行补注浆。

（3）注浆后隧道开挖方法和施工支护

①隧道开挖技术

开挖采用人工风钻钻孔，非电毫秒雷管松动爆破，当围岩极软时采用风镐开挖；开挖时采用挖掘机扒渣，装载机配合大车出渣；CD法开挖分四部分进行，开挖顺序如图1所示；上导坑与下导坑的开挖间距为3.0m，后行上导坑3与先行下导坑2的开挖间距5.0m；开挖循环进尺70cm。

采用全断面超前预注浆施工一循环后，经过专家评价效果良好，且钻孔检验表明无长距离断层泥，特别是无软弱土层，断层为破碎岩层。根据多方研究后作出施工方法的重大调整，将CD开挖施工方法调整为台阶法施工。

台阶法施工时开挖采用人工风钻钻孔，非电毫秒雷管松动爆破；开挖时采用挖掘机扒渣，装载机配合大车出渣；上部开挖预留核心土，上部与下部开挖距离为5.0m上部开挖进尺70cm，下部开挖左、右侧错开施工，错开距离5.0m、开挖进尺70cm。

经过现场施工实践，此方法适应于九峰隧道F4-10断层的现场地质，且施工速度比较快，达40～50m/月。而按照CD法开挖，进度指标为10～20m/月，提高了施工工效。

②施工支护技术

开挖前施作Φ50mm超前注浆小导管 （L=5.0m，δ=5mm）提前支护围岩，钢管环向间距50cm，纵向间距2.8m，外插角15°，小导管注浆采用水泥浆液，水灰比0.5∶1,注浆压力0.5～1MPa，超前小导管尾端应与初期支护钢拱架焊接牢固，以增强整体刚度，发挥其最佳支护效能。超前注浆小导管按设计参数采用人工手持风钻钻孔，风钻将小导管送入孔内，采用机械拌制浆液，注浆泵注浆。

隧道喷、锚、网及拱架施工紧跟开挖工作面施工。下断面开挖后，及时进行仰拱初期支护，使初期支护结构及早成环。

（4）机械化配套技术

为避免以往断层注浆占用时间较长的情况，整个断层施工期间的设备必须配套、高效。实际做法是，一方面充分挖掘凿岩台车 （九峰隧道采用两台三臂凿岩台车开挖）的设备潜力，承担起全部的超前探孔、注浆孔的施工任务，缩短钻孔时间，通过现场实践证明，硬质围岩下采用凿岩台车能够进行30～40m长的90mm孔的钻进作业，与履带式液压钻机相比效率提高到其的3～5倍。制浆采用高速注浆机、注浆采用稳压注浆机，现场孔口管采用法兰盘连接工艺等提高注浆速度。注浆完成后的检查孔施工和开挖钻眼爆破也使用凿岩台车，液压凿岩台车在进行二次开发、挖掘潜能之后，钻孔深度由10m提高到超过35m，施工速度由成孔10m消耗1.5h降低到成孔35m仅消耗2.5h，提高了现场的钻孔速度，达到了多功能化，在硬质岩层中替代多功能钻机的作用充分显现，是大断面公路隧道过断层破碎带施工过程中的关键设备。

图1 CD法开挖工艺图(单位:cm)

3 动态施工监测

为及时掌握围岩和支护的动态，以便采取相应的技术措施，断层带施工时应加强隧道监控量测，按设计要求进行布点观测，并及时将观测数据进行分析，指导施工。

断层监控量测内容包括洞内外观察、净空水平收敛量测、拱顶下沉量测。隧道量测断面测点布置为：三个拱顶下沉点和两条净空水平收敛量测线组成一个量测断面，纵向间距5～10m。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，量测频率应符合规范要求。采用的仪器有精密水准仪、塔尺、挂尺量测、数显式收敛计、地质罗盘。

4 结束语

断层破碎带一直是隧道施工的难点，也是易于出现安全事故的地段，需引起高度重视。九峰隧道F4-10断层破碎带的施工实践表明，超前地质预报是非常重要的一环，其准确性将直接影响到施工措施的制定及其有效性；选择合理的注浆方案及开挖方法是保证围岩整体稳定性以及避免大面积坍塌的重要保证；可靠的支护方式及注浆方案是断层破碎带隧道施工的灵魂所在，具有特别重要的地位。将上述措施合理地结合和灵活运用而形成关键技术，对破碎围岩条件下的隧道施工具有普遍的适应性。

[1]崔玖江 崔晓青.隧道与地下工程注浆技术[J].中国建筑工业出版社，2011.

[2]洪开荣,等.山区高速公路隧道施工关键技术[M].北京：人民交通出版社，2011.