隧洞断层破碎带施工

朱世龙

摘要：隧洞施工经常会遇到节理裂隙发育的岩层、软弱夹层、断层破碎带及断层交汇带等，这些不良地质会给隧洞施工带来很大的安全隐患，所以断层破碎带等不良地质的处理是保证隧洞施工安全的重要内容。

关键词：隧洞断层；破碎带；施工

现阶段针对不良地质施工，结合施工生产能力，保证施工安全基本采用“管超前、严注浆、短开挖、不（弱）爆破、强支护、快封闭、勤勘测”的施工原则，在拱部工作面前方设置一层支撑壳状结构，有效地提高掌子面围岩稳定性，多用于控制沉降以及和相邻构筑物的影响。

1 超前支护施工

1.1超前支护的原理

（1）超前小导管法：

在稳定性较差的软若及破碎岩层施工中，多采用超前小导管注浆对其进行加固，增强围岩稳定性，在开挖至初期支护期间不至于围岩失稳破坏直至坍塌。多适用于隧道拱部软弱围岩，松散、无粘结土层、自稳能力差的砂层及砂砾（卵）石层级破碎岩层。注浆后，浆液进入松散、破碎、软弱围岩或裂隙内，并与之紧密接触凝固形成一个强度大，防水性能良好的固结体，使得围岩松散破碎状况得到大幅度改善，一般有效控制范围不大于5m。

（2）超前大管棚法：

超前大管棚施工原理与超前小导管类似，加固效果强于超前小导管，但效率较低，施工工艺复杂。施工超前大管棚前需施工止浆墙（导向墙），安装孔口导向管，一般有效长度为15～20m。

（3）水平旋喷桩法：

多应用于自稳能力差的土层中，通过水平钻进钻杆及喷嘴把配置好的水泥浆液喷射到地层土体内，整个过程中，切割出的土颗粒与讲野进行充分的搅拌混合，浆液固结后，形成了水平放置的圆柱形水泥土固结体，即为水平旋喷桩。水平旋喷桩在隧道拱顶及周边形成，相互咬合相互填充达到封闭支护效果，阻止流砂、抵抗滑移及放置渗透的作用，保证隧道掘进的安全进行。

1.2 水平旋喷桩的优点分析

（1）可控性。水平旋喷桩的浆液大多局限在土体破坏范围内，浆液的注入部位和范围可以得到有效控制。

（2）均匀性。喷射流在能量衰减前交汇，切削能量在碰撞点抵消，在比桩心到碰撞点距离大的地方，射流无力切削土体，加固体均匀程度好。

（3）加固效果好。高压浆液切割地层，并置换或混合地层，形成一个由岩土和水泥土共同组成的凝结水平桩体。固节的水平桩相互咬合搭接，形成圆（弧）形拱壳，起到防流沙、抗滑移、防渗透的保护作用。

（4）成本低、效率高。水平旋喷桩不需要成桩，它的钻进、搅拌、注浆同步进行，大大提高了施工效率。而且其加固范围小，针对性强，不存在串浆现象，水泥用量仅为成桩体积的30%～40%。且加固效果好，降低安全隐患。

1.3 水平旋喷桩施工

1.3.1 水平旋喷桩的施工原理

水平旋喷桩超前支护是一种新型的施工工艺。以常规的旋喷注浆工艺为基础，并对其进行改进而发展起来。

1.3.2 水平旋喷桩的技术特点

在隧道开挖前，水平旋喷桩体在掌子面前方形成拱形刚体，有效分散了掌子面及其上方传递的荷载，加强初期支护前土体的稳定，有效控制了不良地质的坍塌、掉块、涌水突泥等问题，即使产生沉降、收敛现场，也不会发生重大的工程施工事故。

1.3.3 水平旋喷桩施工要点

水平旋喷桩超前支护是在进入不良地质前施做，沿隧道开挖轮廓线钻孔，达到预定深度，在后退同时进行高压旋喷注浆作业，邻近的旋喷桩相互搭接，形成旋喷桩拱棚支撑体系。

1.3.3.1 施工准备

（一）设备进场

（1）施工前对钻机进行检验，确保其能够正常使用。主要查看启动柜、回油管、联泵、电机等部件是否正常运行，相应工具、配件是否齐全。

（2）检查注浆泵是否能够正常使用，确保注浆管路畅通，保证压力仪表盘能够正确使用。

（二）测量放样、确定桩位

测量班对预定桩位进行测量以确定位置，并对桩位进行编号。

（三）安装钻机

进行场地平整，停靠钻机，挖设必要的排水设施。

（四）对孔位

设备安装完成后，按规定要求调整好钻机的位置和角度，孔位误差控制在±50mm以内。

（五）制定浆液

试验确定浆液水灰比为1：1。施工中须连续均匀的对浆液进行搅拌，搅拌时间3min以上。并对配置好的浆液进行标准试块的试验。

1.3.3.2 钻孔技术

钻孔打设采用水平定向钻进技术，能够准确的测定出钻头的位置和方向。更好的控制钻进线路与设计线路一致。

（1）施工旋喷桩钻孔前喷射混凝土封闭掌子面，混凝土厚度不小于20cm（用作止浆墙），防止注浆时浆液渗漏。

（2）钻孔打设前需要先打设探孔并进行探测，确定地层的变化情况及地层对钻进线路的影响后，根据实际的地层情况确定钻孔的角度。

（3）安装孔口管，调整钻机位置及角度，对准钻进孔位。

1.3.3.3 高压旋喷注浆

（1）在高压旋喷注浆前检查注浆设备是否能够正常运行。

（2）注浆前检查钻杆，如发现有漏气现象，退回钻杆检查漏气位置，进行封闭。

（3）检查喷嘴是否畅通，若发现喷嘴被砂石堵塞，须进行疏通。

（4）高压旋喷注浆时应在孔底停留一定时间，然后向外缓慢拔杆。

（5）注浆时时刻注意泵压，防止泵压过低造成喷射质量降低。

（6）当钻杆退至孔口1m时，停止注浆，关闭注浆管道后，缓慢拔出钻杆，对孔口进行封闭。

（7）高压旋喷注浆结束后，立即冲洗，防止残留浆液堵塞喷嘴或钻杆。

（8）施工过程中，要求浆液水灰比为1：1，注浆压力保持在30～35MPa为宜。

2 开挖

为控制变形，减少对围岩扰动，以不（弱）爆破为原则，采用风镐分台阶开挖，预留核心土，每次开挖进尺为1榀钢架间距。左右边墙错开2m开挖。

3 锚喷初期支护

开挖后出喷混凝土封闭掌子面，缩短围岩暴露时间，防止其进一步风化，一般初喷混凝土厚度为3～5cm。

初喷混凝土封闭后，打设系统锚杆。系统锚杆选用中空注浆锚杆，环、纵间距均为100cm，梅花形布置；拱墙架设I20b工字钢，每个拱架打设4根锁脚锚管，挂设钢筋网，复喷混凝土至设计厚度。

3.1 注浆

锚杆连接止浆阀与注浆机快速连接。注水灰比1：1的水泥水玻璃双液浆，终压达到1.0或大量串浆时停止注浆。

4 监控量测

初期支护完成后，在拱顶、各拱脚处埋设围岩监控量测点，进行拱顶下沉和水平收敛围岩量测。

5 结语

断层破碎带是隧洞开挖过程中常见的不良地质现象。断层破碎带是作为一个低强度、易变形、透水性大、抗水性差的软弱带存在的。经量测得出结论，采用水平旋喷桩进行超前支护后，大量减少围岩掉块现象，有效的控制了围岩变形，取得较好效果，降低了施工安全隐患，保证了施工安全和施工进度。

参考文献

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[2]王春阳；裂隙破碎带地段水工隧洞掘进支护参数优化及可靠性分析；重庆交通大学 ；2017-04-12

[3]于金民；输水隧洞断层破碎带突涌水超前預处理；东北水利水电；2018-06-15

（作者单位：中铁十二局集团第二工程有限公司）