铁路隧道穿越富水断层破碎带施工技术研究

蒋沛峰 中铁十七局集团第四工程有限公司

在进行铁路隧道穿越富水断层破碎带施工时，施工单位注意必须加强过程控制，充分利用监控测量、超前地质预报等多项措施和方法对施工进行指导和辅助，旨在促进项目施工监控可以不断向着动态化、全程化的方向发展。本文全面的探索并介绍了富水断层破碎带特点，希望可以更好的完善我国铁路隧道建设过程，促进铁路隧道和谐发展。

1.工程概况

本文涉及隧道项目的全长为13.395km，隧道属于单洞双线形式，标段施工全长为7.68km，是隧道施工的重点。隧道施工中，为了更好的预测隧道涌水量，应用到了降水入渗法和地下水动力学法，经过预测，隧道正常涌水量和最大涌水量分别是：80871m3/d，136936m3/d，施工标段的正常涌水量和最大涌水量分别是69226m3/d，120605m3/d，为了避免发生涌水或者突水类灾害问题，本文全面的研究和介绍了富水断层破碎带施工技术。

2.富水断层破碎带易发生事故的原因及特点

2.1 施工中易发生突泥突水事故的原因

隧道施工中发生事故的常见原因有，施工设计缺乏专项性和针对性，没有正确的掌握水压、涌水量等各项参数，没有提前制定好有效的应对语言措施，发生了涌水突泥事故后，为了尽快恢复施工，盲目清淤，然后又导致了规模更大的突水突泥事故。施工实践证明，隧道开挖施工中和清淤施工中，常常发生突泥突水类事故。

2.2 富水断层破碎带特点

长大隧道施工，难免会遇到断层破碎带等不良地质，破碎带内岩体主要由断层泥、角砾土和碎裂岩，岩性组成情况较为复杂，稳定能力较差，一旦管理不当，或者出现了不合理的施工行为，就会造成坍塌、冒顶、突水、突泥等地质灾害问题。

3.施工准备

3.1 加强超前地质预报

采用TSP、地质雷达、红处探水等超前地质预测预报手段对围岩的结构特征进行预报，了解工作面前方地质、地下水情况，掌握断层的具体位置，然后对可能存在的断层以及设计图纸标定的断层进行探测，应用水平地质钻机进行超前钻探，确定岩石的具体情况。然后应用辅助预报措施，判断前方还未还开挖地段的断层情况。

3.2 加强监控量测

监控量测工作具体来说，主要有观察围岩的支护情况、周边的收敛情况、观测拱顶的下沉情况。监控量测点布设要紧随开挖作业其后，然后根据实际施工情况对量测的内容进行调整。在施工生产计划中，将监测管理及监测实施当做一个重要的工作内容进行控制，同时还要保证为监测提供足够的时间和空间，制定具有一定可行性的监测实施方案，并且根据监测实施方案埋设相应的保护措施，并且将其纳入到正常的施工进度的控制工作中来，严密的监控好每一个工序的环境情况、变形情况、围岩以及支护结构的实际情况等，根据这些内容，对施工方案进行优化，监测数据应及时整理分析。在日常工作中，对于特殊情况要每天报送一次，对于一般情况，要每周报送一次。监测报告需要包含阶段性变形值、累计值、变形速度、绘制位移曲线等，应用这些内容对监测结果进行综合性的分析和评价。

4.穿越富水断层破碎带主要施工方法

4.1 断面径向注浆

完成开挖施工后，进行断面径向注浆施工，对于涌水量较小，整体性的围岩结构，在隧道开挖轮廓外设置环向止水注浆帷幕。具体来说，就是完成隧道开挖施工后，沿着隧道开挖施工的轮廓线设置小管道，应用环形布设的方法进行布设，应用纯水泥进行注浆施工。针对全断面径向注浆，需要应用到风钻进行开孔，控制孔径约为φ52mm，孔口管为长度为1m的φ50mm热轧无缝钢管。

4.2 超前预注浆

浆材料主要以水泥浆液、水泥水玻璃双液浆为主，并依照相应的注浆顺序完成施工。由于破碎带施工时，塌孔现象较为容易出现，所以可以选用前进式注浆的方法。注浆的循环长度以30m为宜，并严格控制开挖的举例，保证不低于25m，剩下的5m将作为止浆岩盘的预留位置。第一个循环内必须设备相应的比浆墙，其厚度控制在2m，与正洞砌开挖面举例0.5m位置作为其外轮廓。

准确的定位注浆钻孔孔口位置，控制实际位置和设计位置之间的偏差≤5cm，另外还要保证偏角的设置必须符合相应的设计要求，钻进施工中，钻进一段，检查一段，一旦发现存在偏差和，立即进行纠偏，严格控制孔底位置的偏差≤30cm；先外后内进行钻孔，钻进施工中，一旦遇到涌水、卡钻或者岩层破碎问题，立即停止钻进，彻底清孔后，再进行钻进施工。钻进施工中，需要详细的记录实际情况，特别是要重点记录实际出水量。超前预注浆工艺流程为：注浆设计→测量放孔→钻机平台固定就位→钻机平台及俯仰角确认固定→开口、安装孔口管→安装灭尘器→钻孔注浆→孔深确认→压水试验→注浆→完成本循环钻孔及注浆→钻注浆效果检查→满足注浆质量标准→结束。

4.3 超前管棚支护

隧道超前支护方式有很多种，在实际施工中，注意根据不同的地质情况、围岩的级别情况选择最为合适的超前支护方式。采用管棚钻机将钻具和套管冲击旋如软弱围岩中，钻孔施工中，应用大扭矩回转套管进行钻进和成孔，注意务必保证孔向精度。将液动夹头设置在钻架配置上，方便后续的加紧和卸拧操作，降低工作人员的劳动强度。完成管棚支护施工后，立即开挖隧道，如果破碎带相对较差，注意洞内管棚一般一循环施工10m，开挖7米，然后继续进行管棚支护循环作业，直到恢复到正常施工。

4.4 开挖及支护

开挖采用控制爆破技术，短进尺、弱爆破，特别松散的围岩采用局部松动爆破或利用挖掘机、风镐等进行开挖。开挖方法采用小断面开挖中隔壁交叉法（CRD法），掘进循环进尺控制在0.5～1.0m之间。

在完成开挖施工以后，应进行相应的喷砼封闭岩面施工，之后采用超前小导管、管棚、钢架、锚网喷、超前预注浆、开挖后断面径向注浆等多种支护手段，构成强支护体系，然后通过监控量测结果评价支护的可靠性和围岩的稳定状态，及时调整支护参数。

开挖后随即浇筑仰拱，形成封闭结构；复合式衬砌根据监控量测结果确定施作时间。

5.结束语

对于整个铁路隧道施工项目来说，富水断层破碎带不良地质区域的施工存在巨大的安全隐患，必须通过超前地质预报，超前监控量测，超前支护等多方措施，做好管理和控制。深入的探索，不断的实践，改进和提高富水断层破碎带施工技术水平，促进铁路建设事业更加和谐的发展。