高原铁路隧道施工中穿越富水断层破碎带期间的技术要点研究

张亮

（中铁十二局集团第三工程有限公司，山西太原 030024）

0.引言

我国铁路的长度和数量已居世界前列，成为一个隧道大国，但铁路隧道在修建的过程中难度巨大，在施工前不仅要对地质进行勘探，要具有较强的施工技术。在铁路隧道的施工中，很容易遇见复杂度地质、环境难题，比如高压富水岩溶、高压富水断层破碎带、高原、高寒、高低温等，铁路隧道的施工工程量大、难度大[1]。断层破碎带是指岩体中具有一定宽度和相当延伸长度的非单一裂缝组成的破碎条带地段，使岩体丧失其连续性和完整性。由断层所生成的破碎带含有断层角砾岩、碎裂岩、糜棱岩或断层泥等，其中由斜坡破坏生成的破碎带也可含有角砾、碎裂块石和糜棱状粘土等，在铁路隧道的施工中比较常见，特别在高原铁路隧道的施工中，以某高原铁路隧道施工为例，具有高海拔、高地应力、断裂带、围岩破碎、地下水丰富等特点，同时铁路隧道的长度较长，使施工的周期得到了延长，不仅增加了施工的难度，同时也增加了施工的风险。在高原隧道的施工中不可避免的要通过断层破碎带，在断层破碎带中，岩体松散，自稳能力差，若施工组织不当或过程不规范，很容易引起坍塌、冒顶等危害。在铁路隧道施工中，若需穿越富水断层破碎带，需加强对地质的的勘探工作，本文针对在高原铁路的施工中对穿越富水断层破碎带期间进行了其要点技术以及施工方式的研究，具体内容如下。

1.高原铁路隧道施工中穿越富水断层破碎带期间的技术要点

1.1 做好地质勘探工作，加强超前地质预报

高原铁路隧道的施工面临着复杂环境以及复杂地质的双重影响，在施工中为更好地保障施工的进程以及施工的安全性，在高原铁路隧道的施工中，应做好地质勘探工作，加强超前地质预报。超前地质预报或隧道超前地质预报，是指在隧道开挖时，对掌子面前方及其周边（主要是铁路隧道）的围岩与地层情况做出超前预报。在高原铁路隧道的施工中常采用的方法有地质调查法、超前钻探法、物探法，充分利用TSP、地质雷达法、瞬变电磁法、超前钻探法等超前地质预报手段对高原铁路隧道施工中的地质、岩层结构进行勘探，高原铁路隧道的施工环境较为特殊，在施工的过程中常会遇见断裂带、围岩破碎、地下水等复杂地质，所以在进行勘探的过程中，可以采用多种勘探方式相结合的方式，提高勘探的准确率[1]。在对地质进行勘探中，掌握施工周围断层的具体情况，注意探测仪获知围岩情况的具体范围，减少勘探误差，根据设计图纸采用水平地质钻机对地层进行超前钻探，确定岩层的含水量以及破碎的程度，同时在超前地质预报的过程中采用地质素描等辅助预报措施进行预报，实现TSP、地质雷达、水平地质钻机以及地质素描设备的结合，增加对地质预报的准确率，提高施工的效果。

1.2 施工过程中加强监控量测

为更好地了解正在施工或已运营的隧道围岩的岩石力学性质和支护结构的受力状态，保证施工安全和工程安全，采用各种量测仪器对围岩和支护结构所进行的量测工作，监控测量包括对围岩和支护结构的应力、应变、变形和弹性波参数的监测[2]。监控测量的工作应伴随在施工中的全部过程中，并根据实际的开挖支护情况合理布置监测点，监测点对于监测的范围有一定的限制，所以在监测点的设立上，应更具实际开挖的情况开设监测点，必要时也可在已有的基础上增加监测点。特别在高原铁路隧道施工穿越富水断层破碎带时，高原地质本就复杂多变，同时施工中再遇富水断层破碎带，增加了施工难度，所以应在原有的基础上增加监测点，确保每个量测断面至少各布置一个拱顶下沉测点和两条水平净空收敛量测基线。同时为了进一步保障施工的安全性，应完整记录各项检测数据，通常来讲，进行监测大约时每天一次，但在高原铁路隧道施工穿越富水断层破碎带中应加强监控量测，不仅要增加监测的点，同时在具体的情况下，应做好全天监控量测。根据监测数据结合围岩、支护受力及变形情况，进行分析判断，将实测值与允许值进行比较，及时绘制各种变形或应力～时间关系曲线，预测变形发展趋向及围岩和隧道结构的安全状况，观察及量测发现异常时，应及时修改支护参数。

2.高原铁路隧道施工中穿越富水断层破碎带期间施工方法

2.1 断面径向注浆

在高原隧道施工中穿越富水断层破碎带施工期间，应采用断面径向注浆的方式，在隧道开挖后，沿隧道径向进行钻孔注浆，径向注浆材料具有较好的粘结力，与隧道软弱岩体粘合后抗压、抗剪强度高，耐冲击、耐酸、耐碱性好。材料选取纯水泥，纯水泥有较高的渗透性，流动性好，遇水不发泡，能很好地渗入岩体细小的裂隙中[3]。在隧道初期支护背后进行径向注浆不仅能增强与围岩的密贴程度，提高围岩的承载力和自稳力，同时能有效控制隧道初期支护结构沉降和变形。在施工的过程中，针对全断面径向注浆需先对其进行开孔，在高原隧道的施工中，孔径约控制在为φ52mm，孔口管选择长度为1m的φ50mm热轧无缝钢管[4]。

2.2 超前帷幕注浆

超前帷幕注浆是指在隧道的施工过程中对隧道前方一定范围的土体进行全面加固，在开挖区域周边形成隔水帷幕，以防止地下水渗流给隧道施工带来较大风险。富水断层破碎带具有含水的砂层，在施工中容易应地下水位的变化造成地层的变形，不仅增加施工的难度，还会影响到周边重要构筑物安全的地段。所以在高原隧道施工中穿越富水断层破碎带施工期间可以采用超前帷幕注浆的方式来对隧道前方一定范围的土体进行全面加固，减少地下渗水给隧道施工带来的风险。注浆所用的材料最好选用水泥浆或者水泥水玻璃，在施工中，先制作止浆墙，再测量布孔，将测量好的布孔大小进行实际的钻孔处理，钻孔之后，清理孔口并安装孔口管，通过孔口管对其进行注浆，注浆中注意循环长度，大约以30m为标准，在开挖中，预留5m的距离作为止浆岩盘，开挖距离保持在25m，注浆结束后进行洞身开挖及支护[5]。

2.3 超前管棚支护

超前管棚支护是超前支护方式中的一种，超前支护是保证隧道工程开挖工作面稳定二采取的超前于掌子面开挖的一种辅助措施，采用管棚的超前支护方式能有效抑制软弱破碎围岩的变形，改善隧道支护结构受力，避免施工过程中产生塌方。管棚具有大小之分，一般有φ108大管棚、φ89大管棚、φ60中管棚，在实际的施工中，针对具体的情况选择不同大小的管棚，同时在施工过程中为提高施工的效率，围岩较好地段可采用三臂凿岩台车钻孔施做，围岩较差地段可使用超长距离取芯钻机钻孔施做。当管棚支护成型且具有足够的稳定性后，可对隧道进行开挖，在高原隧道施工中穿越富水断层破碎带施工期间采用超前管棚支护不仅能保障施工的效率，同时能有效抑制软弱破碎围岩的变形，保证隧道开挖的安全性。在铁路隧道的施工中，超前支护已成为隧道穿越软弱破碎带的关键措施，在隧道的施工中可进行管棚支护的循环作业，直至通过破碎带之后[6]。

2.4 开挖及支护

在高原隧道的开挖中，通常采用局部范围内的控制爆破技术，必要时采用机械开挖，减少对围岩的扰动。开挖之后，采用多种方式对岩层进行支护工作，加固岩层，同时利用监测技术对岩层的加固情况进行测量，确保支护的稳定性以及安全性[7]。在高原铁路隧道的施工中，要严格遵循“管超前、严注浆、短进尺、强支护、快封闭、勤测量”的施工方针，综合选用快挖、快支、快封闭措施，必要时进行超前注浆固结围岩，尽早进行仰拱落底施工，及时使支护结构封闭成环，以减少围岩变形，并严格控制仰拱开挖进尺。针对围岩实际破碎情况采用小间距周边眼进行施工，同时控制周边炮眼外插角6°～8°，同时需调整单孔装药量，最大程度降低围岩扰动，控制爆破轮廓面圆顺，避免局部大凸大凹造成围岩局部应力集中。在高原铁路隧道的施工中地质结构复杂，特别是在遇见富水断层破碎带等特殊的地质条件更应选强支护方式，加大预留变形量，采用动态设计，必要时采用双层初期支护，减少初支拆换，严重段落采用加强超前支护、缩短循环进尺，确保施工安全。

3.总结

隧道建设是铁路建设中的重要组成部分，在铁路选线设计中，便不可避免地会遇到隧道穿越断层破碎带的情况。对于穿越断层破碎带的隧道，在施工中经常出现施工断面及钢拱架变形过大，初支及二衬开裂剥落等现象。富水断层破碎带是高原铁路隧道施工中较为特殊的地质，在施工的过程中为了确保施工的安全性，提高施工的效率，应做好对地质勘探工作，加强超前地质预报，同时在施工的过程中，进行全天多点的监测，准确掌握施工现场的地质环境以及施工的条件，同时在施工的过程中，采用断面径向注浆、超前帷幕注浆、超前支护等方式构建更加可靠的支护体系，保障施工的安全，不仅能使高原铁路隧道在施工中顺利通过富水断层破碎带，同时也推动了我国高原铁路隧道工程项目的发展，为顺利通过富水断层破碎带提供了方法指导。