隧道穿越断层地带施工技术

刘飞翔，彭学军，汤 宇，凌 涛，刘晓凯，李 强

（中铁五局集团第一工程有限责任公司，湖南 长沙 410117）

1 工程概况

该标段为新建铁路兴国至泉州线兴宁段工程施工总价承包XQXN-3标段，位于江西省赣州市宁都县和于都县两县境内，起讫里程DK39+790.32～DK101+119.8，管段长度61.3km，主要施工内容如下：路基23.64km，占管段线路长度的38.6%，桥梁18.952km，64座，占管段线路长度的30.9%，隧道18.708km，19条，占管段线路长度的30.5%，车站6座及相关大临设施施工。

隧道全长18.708km，其中Ⅴ级围岩6.722km，占35.9%；Ⅳ级围岩6.286km，占33.6%；Ⅲ级围岩2.590km，占13.8%，Ⅱ级围岩3.110km，占16.7%。

2 断层情况

区内构造运动频繁、强烈，构造规模巨大多具造山运动性质，线路经过的主要断裂构造为宜黄－宁都断裂带，该活动断裂均为非全新活动断裂，该标段隧道通过的断裂构造统计如表1所示。

表1 XQXN-3标断层带统计表

3 施工方案

断层地带围岩松散，裂隙发育，容易造成坍塌、冒顶、突水、突泥等地质灾害，影响工期目标的实现。为此，在穿越断层时，要加强过程控制，充分利用超前地质预报、监控量测等相关手段指导现场施工，对施工过程实行动态、全过程监控。穿越断层、围岩破碎带地段，采用超前导管注水泥浆通过[1-3]。

3.1 超前预报方案

一般隧道施工采用的超前地质预报主要包括地质素描法、TSP地震波法、地质雷达、地质水平钻探四种方法，根据隧道穿越断层带围岩的实际情况，采用其中一种或者几种相结合的手段探测围岩，认真分析探测预报的信息，能够为现场施工、决策提供依据，确保隧道施工安全[4-5]。

3.2 隧道开挖

（1）施工工艺。穿越断层带采用台阶法加临时仰拱施工，如图1所示。第一，开挖①部，施工①部台阶周边的初期支护。先喷射40mm厚的混凝土，然后架立钢架，铺设钢筋网，钻设径向锚杆后继续喷射混凝土至设计厚度，施作下一循环超前支护。第二，架设①部底部临时横撑，并喷混凝土（厚20cm）封闭临时仰拱。第三，在滞后①部一段距离后，开挖②部，施作边墙初期支护先喷射40mm厚的混凝土，接长钢架，铺设钢筋网，钻设径向锚杆后继续喷混凝土至设计厚度。第四，在滞后于②部一段距离后，开挖③部，施作隧底喷混凝土。第五，在滞后于③部一段距离后，灌筑 部仰拱及边墙基础。第六，灌筑仰拱填充 部至设计高度。第七，施工防排水工程，一次性灌筑 部（拱墙）衬砌。

（2）爆破设计。由于断层带围岩较为破碎，易发生塌方、涌水突泥等地质灾害，因此应尽可能减少爆破对围岩扰动，减少塌方概率，为隧道快速施工创造条件。钻爆器材选用：采用2号岩石乳化炸药。选择合理时间段差：为避免爆破震动叠加，雷管采用跳段使用，时差控制在100ms左右。循环进尺：断层带应严格控制循环进尺，一般根据地质条件及单榀钢架间距确定，循环进尺可控制在0.7～0.8m。钻眼设计：根据断层地带围岩的特点合理选择周边眼间距及周边眼的最小抵抗线，辅助炮眼交错均匀布置，周边炮眼与辅助炮眼眼底在同一垂直面上，掏槽眼加深20cm。严格控制周边眼装药量，间隔装药，使药量沿炮眼全长均匀分布。周边眼选用低密度、低爆速、低猛度的炸药。

3.3 洞身管棚

穿越断层带拱部采用Φ89mm管棚支护，壁厚6mm，单根长度为10m，环向间距为0.4m，纵向一环间距为6.0m[6]。浆液采用水泥浆或水泥砂浆，当围岩破碎，地下水发育时，为调凝需要，可部分采用水泥-水玻璃双液浆，要求浆液强度不小于M10，浆液水灰比值为0.5～2，注浆压力为0.5～1.0MPa，施工时先设置浆液配比，采用水泥砂浆时砂必须先经过筛分，以保证砂浆的流动性，确保注浆效果。Φ89mm钢管管壁须钻注浆孔，孔径为10～16mm，孔间距为10～20cm，呈梅花型布置，前端加工成锥形，尾部长度不小于100cm作为不钻孔的止浆段。

图1 台阶法加临时仰拱示意图（单位：cm）

3.4 锚杆

穿越断层带包含Φ22mm组合中空锚杆，拱部梅花型布置，单根长3.0m，间距1.2m×1.0m（环向×纵向）；Φ22mm砂浆锚杆，边墙梅花型布置，单根长3.0m，间距1.2m×1.0m（环向×纵向）；Φ25玻璃纤维锚杆，上台阶梅花型布置，单根长6.0m，纵向3.0m一循环，间距1.2m×1.0m（环向×纵向）。

3.5 钢架

穿越断层带型钢钢架采用Ⅰ18工字钢，全环布设；型钢钢架在开挖初喷砼4cm后架设，并复喷砼将钢架覆盖，其保护层厚度不小于3cm；拱墙钢架架设时定位钢筋采用HRB400Φ16mm钢筋，Φ16mm定位钢筋每个单元均匀设置2处，每处长1m。并于拱脚及边墙脚位置设锁脚锚管，每处2根（一根Φ42mm、一根Φ76mm钢化管），每环共8根，每根长度为4m；钢架脚必须放在牢固的基础上，必要时用砼回填基底。

3.6 喷砼

上台阶临时仰拱采用C25喷射砼，喷砼厚5cm。初期支护采用C25喷射砼，拱部、边墙及仰拱均为25cm。为减少回弹，改善施工作业环境，喷射砼采用湿喷技术。砼按设计配合比计量，砂石料采用强制式拌和机搅拌均匀后再拌制砼。在软岩、淋水地段，为了确保洞体稳定，喷射作业紧跟开挖作业面，混凝土终凝到下一循环爆破作业时间不小于3h。

3.7 超前注浆

如果断层及其破碎带段存在高压富水区，且规模较大，则有可能涌水、突水，如果岩体结构性能又软弱，那么开挖后易导致掌支面失稳诱发突水、突泥，此时可采取超前周边注浆和开挖后局部径向注浆（洞周5m）措施进行针对性堵水，并根据开挖提示情况确认注浆段落及注浆范围。

3.8 其他措施

断层带围岩不稳定，开挖过程中可采取如下安全措施：（1）施作超前管棚。严格按照设计及规范要求管超前、严注浆。（2）锁脚锚管。锁脚锚杆（管）必须按照设计要求严格施作，端头与型钢脚趾焊接牢固，防止型钢松动，必要时应增加数量及长度，严格注浆。（3）系统锚杆施作。按照设计要求数量及长度，严格控制间距及锚杆施工质量，严格注浆。

4 结束语

新建铁路兴国至泉州线兴宁段工程施工总价承包XQXN-3标段6个隧道共有9个断层，共计约360m。根据地质特点，采用超前地质预报+台阶法+临时仰拱+超前注浆+初期支护的方式进行围岩加固，有效保证了隧道开挖安全。