浅谈隧道穿越断层破碎带施工

【摘要】某隧道地质条件复杂，软弱围岩、断层破碎带等不良地质分布，隧道穿越不良地质时极易发生地质灾害。断层破碎带岩体具有强度低、遇水弱化崩解、裂隙分布广、地下水运移无规律等特征。当隧道通过不良地质时，在地应力、水压力及开挖扰动的联合作用下，隧道极易发生塌方以及突水、突泥等灾害。

【关键词】隧道;斷层破碎带;突水;突泥

1、引言

断层是隧道施工中最常见的不良地质现象，断层破碎带分布区段是隧道围岩最不稳定的区段，断层及其破碎带又是淤泥带最主要的储存场所，赋存于断层及其破碎带中淤泥带是隧道突水突泥等地质灾害的最主要源泉。

某隧道地质条件复杂，软弱围岩、断层破碎带等不良地质分布，隧道穿越不良地质时极易发生地质灾害。断层破碎带岩体具有强度低、遇水弱化崩解、裂隙分布广、地下水运移无规律等特征。当隧道通过不良地质时，在地应力、水压力及开挖扰动的联合作用下，隧道极易发生塌方以及突水、突泥等灾害。见 图1 、图2

2、施工方案

隧道断层破碎带施工按照“先探测、管超前、预注浆、半断面、短进尺、弱爆破、强支护、紧封闭、勤量测”的原则进行。

YK65+060～YK65+500段位于泥盆系下统莲花山组下段（D1I1）与寒武系水口群中亚组接触带内，带内岩石风化强烈，岩体极破碎，裂隙极发育，富水性好，地下水丰富，隧道涌水方式以股状或涌流状，在丰水期强降雨后，出现突水、突泥现象可能性较大。为确保施工过程中不发生安全事故，顺利通过断层破碎带，有效降低施工阶段发生地质灾害所引发的风险，特制定以下施工方案。

首先按照设计文件要求采用综合超前地质预报系统（主要采用TSP203及超前地质钻孔、地质雷达等）进行超前地质预测，结合地质勘测资料和地质素描对前方地质进行综合判断，根据判断结果确定是否注浆和采取哪种注浆方案，以及后续开挖过程中采取什么样的辅助措施，开挖过程中加强对开挖后的地段进行监控量测，根据量测结果指导后续施工。见图3

2.1超前地质预报

TSP与超前地质钻探组合：适用于在工程地质复杂地段，仅采用TSP超前地质预报系统不能满足需要时，用补充超前地质钻孔对TSP预报成果加以核查与确认。探测布孔如图4所示。

短距离地质预报：-般采用地质雷达法（GPR）进行短距离预报，一般地段洞身每20m施作一次，所有隧道全隧道进行，应采用技术先进、可靠，性能良好的设备进行，并由有经验的人员操作和判断。其工作原理如图5所示。

2.2洞身开挖

隧道断层破碎带软弱围岩采用环形开挖预留核心土法施工。环形开挖预留核心土法是在上部断面以弧形导坑领先，并及时进行支护，其次开挖下半部两侧，再开挖中部核心土的方法。见 图6

2.3初期支护

（1）拱架安装

钢架按设计要求安装，严格控制中线及标高，确保安装质量。安装前分批按设计图清除干净底脚处浮碴，超挖处加设钢（混凝土）垫块，超挖较大时，拱背喷填同级混凝土，以使支护与围岩密贴，控制其变形的进一步发展。其中间段接头板用砂子埋住，以防混凝土堵塞接头板螺栓孔。按设计焊接定位筋及纵向连接筋，段间连接安设垫片拧紧螺栓。确保初喷质量，在初喷4cm砼后及时架设钢架并尽快复喷，使钢架与喷砼结构共同受力。拱架安装后必须保证垂直度，不能发生扭曲变形。

（2）钢筋网挂设

钢筋网一般在锚杆施工完毕进行，人工铺设贴近岩面，有钢支撑时，将钢筋网点焊在两榀钢支撑的外弧上;无钢支撑时，通过与锚杆焊接固定在开挖的轮廊面上，且随岩面起伏铺设。

（3）湿喷混凝土

采用湿喷工艺，严禁采用干喷工艺。采用湿喷机械臂喷砼。水泥选用42.5级普硅水泥，速凝剂要求初凝不超过5min，终凝不超过10min，砂采用机制砂，干净无污染，适宜用于隧道内喷射混凝土。石料采用质地坚硬的碎石，其最大粒径不大于10mm。

在喷射混凝土之前，开挖后检查开挖断面净空尺寸，找顶、撬帮完成立即进行初喷封闭围岩，充分发挥围岩的自稳能力。初喷混凝土采用湿喷机配机械手进行作业。

拌料时严格掌握规定的速凝剂掺量和混凝土配合比，喷射距离一般为0.8m～1.2m，且垂直于岩面。初喷厚度4cm，复喷每次7cm～10cm，直至设计厚度。

2.4断层破碎带注浆施工

（1）突水段掌子面注浆

注浆采用“深浅孔组合注浆”方式，外层注浆管长度为20m，内层注浆管长度为30m。注浆钢管间距1.0×1.0m，梅花形布置，外插角宜取5°～25°，注浆材料为水泥浆，取水灰比0.6：1～3：1（重量比），注浆压力0.5～1.0Mpa，浆液配合比和注浆压力可以通过现场试验确定，灌浆浆液的浓度应由稀到浓，注浆压力由低到高，逐级变换。

前期注浆孔宜采用单孔注浆量控制，当单孔注浆量达到设计单孔注浆量时，即可换孔注浆，后期注浆孔宜采用注浆终压控制，达到设计注浆终压时，且注浆孔注入率小于40L/min时，延续20～30min，即可结束注浆。见 图7

（2）突泥段注浆

突发性突水涌泥的治理设计原则为“巩固后方、注浆加固、分部成环、支护加强”等综合整治，注浆材料为水泥水玻璃双浆液，水泥水玻璃配合比为1：0.5，水泥浆水灰比1：1（重量比），水玻璃浓度为35波美度，模数为2.4，注浆压力为0.3～0.8Mpa，浆液配合比和注浆压力可以通过现场试验确定，灌浆浆液的浓度由稀到浓，注浆压力由低到高，逐级变换。见 图8

2.5监控量测

开挖过程中严格实施监控量测工作，针对监控量测数据及时分析，以真实有效的监控量测数据为指导，根据监控量测结果变化突变时，及时调整现场施工参数。监测的项目、监测的频率、监测的数据分析、监测的预警等与断层破碎带施工方案中监控量测方案一致外，还应增加隧道渗水、涌水量、水压的监测，为施工方案的确定、调整提供参考依据。见 图9

隧道涌水量及涌水含泥量与含砂量观察：根据涌水情况，在隧道排水沟内每50m～200m设置一个涌水量监测点，对隧道涌水量进行测试和评估，以此指导隧道结构防水堵排对策，从而达到隧道结构防水的“限量排放”的目的。同时为了保证隧道排水系统的畅通，不定期的对隧道初期支护段涌水进行取样分析测试其含泥量和含砂量，根据其水质状况采取必要的堵排措施，防止排水导致隧道排水系统的堵塞和淤积现象发生。

方法：涌水量采用三角形围堰法或浮标进行测试，而含泥量与含砂量则采用烘干后秤取重量法进行测试。

结论：

穿越断层破碎带的隧道施工应按照“先探测、管超前、预注浆、半断面、短进尺、弱爆破、强支护、紧封闭、勤量测”的原则进行。

参考文献：

[1]王建军.掘进巷道过断层破碎带围岩稳定性控制研究.当代化工研究.2019.

[2]岳嵩山.断层破碎带大管棚超前支护加固效果分析.公路与汽运.2017.

[3]刘赛.试析铁路隧道穿越富水断层破碎带施工技术要点.黑龙江科技信息.2017.

[4]李铁锋.隧道断层破碎带施工技术研究.建筑技术开发.2017.

作者简介：

高宇，2017年桂林理工大学硕士研究生毕业，2017年2月至5月，在广西建工贺州站前大道改扩建项目实习。2017年6月正式参加工作，2017年至2018年8月，在北京城勘院南宁地铁项目从事在建地铁监测、地铁运营监测工作。2018年8月至今，在中交一公局四公司广西荔玉高速土建6标工作。