下獅提隧道穿越斷層破碎帶施工技術(shù)

張曉亮

1 工程概況

下獅提隧道全長(zhǎng) 1 845m，埋深一般在 20m～100m，斷面開(kāi)挖寬度為 14.38m，高度 12.49m，斷面面積為 146.05m2，單面下坡，坡度為 0.5%。胡杓嶺斷裂(F1)位于廣東省陸豐古寨斷裂南西側(cè)，斷裂走向 300°～320°，長(zhǎng)約 9 km。斷裂帶寬 10m，為破碎巖、斷層角礫巖，硅質(zhì)膠結(jié)，該斷裂帶在隧道 DK 298+845～DK 298+910段與線路相交。地表、地下水較發(fā)育。

2 主要施工技術(shù)

2.1 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

本隧道采用 TSP地質(zhì)預(yù)報(bào)與水平鉆孔相結(jié)合的方式對(duì)斷層破碎帶進(jìn)行預(yù)報(bào)。

在隧道兩側(cè)邊墻布置爆破鉆孔 23個(gè)，間距 1.5m，孔深 1.5m，孔徑 40mm，孔口距隧底高 1.1m，所有炮眼與接收器的高度相同。接收器與第一個(gè)炮眼間距 15m，接收器孔深 2.0m，孔徑50mm。 1號(hào) ～10號(hào)孔裝藥 100 g，11號(hào) ～23號(hào)孔裝藥 150 g，起爆前注水封閉炮口，布置完成后依次進(jìn)行微震。

采用超前水平鉆機(jī)在掌子面鉆孔，共布置 5個(gè)鉆孔，除中部鉆孔沿隧道軸線施鉆外，其余各孔均向外施鉆，孔底超出開(kāi)挖輪廓線外 5.0m，根據(jù)鉆機(jī)鉆孔的速度、推進(jìn)力、扭矩等參數(shù)進(jìn)行分析對(duì)比，判斷探測(cè)范圍內(nèi)圍巖性質(zhì)、級(jí)別、地下水情況等，兩次超前鉆孔搭接長(zhǎng)度不小于 5.0m。

2.2 超前預(yù)支護(hù)

在斷層巖層中超前鉆孔，打入小導(dǎo)管并壓入具有膠凝性質(zhì)的漿液，漿液在注漿壓力的作用下呈脈狀快速滲入破碎松散巖體中，并將其中的水分及空氣排出，使松散破碎巖體膠結(jié)，形成具有一定強(qiáng)度和抗?jié)B阻水能力的以漿膠為骨架的固結(jié)體，從而提高圍巖的整體性、抗?jié)B性及穩(wěn)定性。使超前小導(dǎo)管與固結(jié)體形成一個(gè)具有一定強(qiáng)度的殼體，在殼體的保護(hù)下進(jìn)行開(kāi)挖支護(hù)施工。

采用 φ50mm雙層注漿小導(dǎo)管進(jìn)行超前支護(hù)，壁厚 5mm，長(zhǎng)度 5.0m，環(huán)向間距 30 cm，水平投影搭接 1.5m以上。采用水泥砂漿進(jìn)行注漿，漿液水灰比為 1∶1，注漿前要先進(jìn)行壓水試驗(yàn)，檢查機(jī)械設(shè)備是否正常，管路連接是否正確，為加快注漿速度和發(fā)揮設(shè)備效率，可采用群管注漿。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，確定拱腳終壓為1.0MPa，拱腰 0.8MPa，拱頂 0.6MPa。注漿時(shí)從兩側(cè)拱腳向拱頂跳孔壓注，以確保固結(jié)效果和控制注漿量。

2.3 開(kāi)挖作業(yè)

該隧道采用比較成熟的三臺(tái)階七步法開(kāi)挖，以機(jī)械開(kāi)挖為主，必要時(shí)輔以弱爆破。三臺(tái)階七步法雖有較高的安全性，但其施工速度慢且有時(shí)需多次爆破開(kāi)挖，這樣對(duì)圍巖的擾動(dòng)較大，某種意義上來(lái)說(shuō)又不利于圍巖的穩(wěn)定。因此斷層破碎帶的爆破除常規(guī)的縮短循環(huán)進(jìn)尺，控制裝藥量外，關(guān)鍵是合理設(shè)計(jì)周邊部位的鉆眼，裝藥參數(shù)及裝藥結(jié)構(gòu)，保證良好的成型，盡可能維護(hù)開(kāi)挖輪廓線以外圍巖的原始狀態(tài)。其次應(yīng)采用適當(dāng)?shù)奶筒坌问?、鉆爆參數(shù)及起爆順序。在該斷層段施工時(shí)主要采用了如下的措施來(lái)最大限度減少爆破對(duì)圍巖的影響:

1)將幾種爆破技術(shù)綜合運(yùn)用，例如在拱頂采用光面爆破，邊墻采用預(yù)裂爆破等;2)為避免震動(dòng)效果的疊加作用，雷管最好跳段使用，間隔時(shí)間控制在 100ms左右;3)由于底板爆破引起的震動(dòng)也較大，可將底板眼分成幾個(gè)段分開(kāi)起爆，以減少對(duì)圍巖的影響。

2.4 堵排水作業(yè)

2.4.1 堵水

該斷層部分地段受地表降水的影響，地下水較發(fā)育，隧道開(kāi)挖可能引起地表水的流失，影響山上及山頂農(nóng)作物的種植，因此要采取“以堵為主，限量排放”的原則，通過(guò)超前預(yù)注漿控制地下水流量，保證施工安全。注漿范圍為開(kāi)挖輪廓線外 3m，注漿循環(huán)長(zhǎng)度 27m。注漿后很大部分的地下水被堵到開(kāi)挖工作面以外，減少了開(kāi)挖工作面的涌水量，對(duì)開(kāi)挖、支護(hù)和掌子面的穩(wěn)定以及抽水工作都發(fā)揮了極好的作用。

2.4.2 抽排水

由于該隧道斷層帶是下坡開(kāi)挖，斷層帶位于隧道中部，排水距離遠(yuǎn)，高差大，這樣對(duì)抽水的效果影響極大，因此為保證抽排水效果，本隧道抽水采用分級(jí)排水方案，每 250m設(shè)一級(jí)泵站，安設(shè)兩趟 φ100mm抽水管路供施工時(shí)抽水，同時(shí)備用一趟 φ150 mm管道應(yīng)急使用，且應(yīng)備足備用抽水機(jī)，隨時(shí)對(duì)設(shè)備進(jìn)行更換維修，確保抽水工作正常化。

2.5 支護(hù)

加強(qiáng)支護(hù)及提高圍巖整體穩(wěn)定性是隧道通過(guò)斷層破碎帶最基本的施工要求，主要包括加厚混凝土的噴層厚度，加密加長(zhǎng)錨桿，加強(qiáng)鋼筋網(wǎng)，加密鋼架間距，提高鋼架強(qiáng)度和剛度等。

2.5.1 噴錨網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)

噴射混凝土是使鋼架、錨桿及鋼筋網(wǎng)組成統(tǒng)一受力整體的關(guān)鍵工序，它可以在圍巖表面形成很薄的半剛性襯砌，并在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到平衡，從而把圍巖本身變成一種有效的承重結(jié)構(gòu)。噴射混凝土具有良好的抗爆破震動(dòng)性能，可很好的防止坍塌的發(fā)生。

為保證后續(xù)工作的施工安全，首先應(yīng)對(duì)斷層范圍內(nèi)進(jìn)行初噴混凝土施工，噴射厚度 5 cm，及時(shí)進(jìn)行巖面封閉。之后對(duì)臨近范圍進(jìn)行錨桿和鋼筋網(wǎng)的施工，錨桿可采用 φ22砂漿錨桿，長(zhǎng)度4.0m，間距 1.0m×1.0m，或適當(dāng)加密，呈梅花形布置，可采用較大直徑的鋼筋來(lái)布設(shè)鋼筋網(wǎng)片，網(wǎng)格間距 20 cm×20 cm，雙層布置，與錨桿焊接牢，噴射混凝土后形成臨時(shí)支護(hù)。

2.5.2 鋼架支護(hù)

鋼架支護(hù)是隧道通過(guò)斷層破碎帶必不可少的措施之一，鋼架支護(hù)可以加強(qiáng)初期支護(hù)，減少圍巖變形，并為超前支護(hù)提供可靠的支點(diǎn)。

在初噴混凝土完成后，立即架設(shè)鋼拱架，鋼架由工字鋼及連接板焊接而成。鋼架與初噴混凝土之間盡量密貼，但由于斷層帶圍巖比較破碎，開(kāi)挖面可能凹凸不平并有較大間隙，為使鋼拱架充分發(fā)揮支撐作用，間隙需用混凝土塊和鋼板頂緊。鋼架施工落底時(shí)應(yīng)立即施作鎖腳錨桿，必要時(shí)施作拱腳支撐，以防止鋼架下沉變位。

3 監(jiān)控量測(cè)

初期支護(hù)完成后，在拱頂、拱腰及內(nèi)軌頂面標(biāo)高 3.0m處埋設(shè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行拱頂下沉及水平收斂觀測(cè)。測(cè)試原件采用 φ12圓鋼加工而成，長(zhǎng) 25 cm，錨入初期支護(hù) 20 cm，外露 5 cm，以防震動(dòng)影響量測(cè)效果。水平收斂采用 JSS30A數(shù)顯型收斂?jī)x進(jìn)行測(cè)量。量測(cè)頻率開(kāi)始 6 h觀測(cè)一次，然后根據(jù)變形量的減小而減少量測(cè)頻率，根據(jù)量測(cè)結(jié)果及時(shí)調(diào)整工序及預(yù)留變形量、開(kāi)挖進(jìn)尺等，確保施工安全。該斷層帶凈空收斂最大累計(jì)值 25mm，拱頂最大下沉值22mm。

4 支護(hù)補(bǔ)強(qiáng)

通過(guò)洞內(nèi)觀察，在環(huán)形開(kāi)挖支護(hù)未落底時(shí)曾出現(xiàn)幾處拱腳開(kāi)裂，或落底后在拱墻連接處也出現(xiàn)了不同程度的開(kāi)裂，為此需對(duì)開(kāi)裂處的支護(hù)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，采用的措施如下:沿裂縫于鋼架兩側(cè)各補(bǔ)打兩組中空錨桿注漿，并用鋼筋將錨桿與鋼架焊接為一牢固體后噴射混凝土，使其成為受力整體。采用補(bǔ)強(qiáng)措施后有效的控制了開(kāi)裂，收斂觀測(cè)也趨于正常。

還有一種情況要注意，當(dāng)斷層出現(xiàn)在側(cè)部并開(kāi)挖下部時(shí)，拱腳與邊墻部分用 φ42mm小導(dǎo)管注漿加固，小導(dǎo)管長(zhǎng) 4.5m，環(huán)向縱向間距 1.0m，靠近鋼架處的小導(dǎo)管向下打入，并與鋼架焊接，注漿后形成上部支護(hù)的拱座，又是下部邊槽開(kāi)挖的棚護(hù)，可有效的防止拱架下沉。

5 結(jié)語(yǔ)

斷層破碎帶一直是隧道施工的難點(diǎn)，也是易于出現(xiàn)安全事故的地段，需引起高度重視。本隧道斷層破碎帶施工能安全順利通過(guò)的實(shí)踐表明，超前地質(zhì)預(yù)報(bào)是非常重要的一環(huán)，其準(zhǔn)確性將直接影響到施工措施的制定及有效性;要認(rèn)真分析超前支護(hù)中存在的不足，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)確定出最佳參數(shù)值，達(dá)到支護(hù)的效果;選擇合理的隧道開(kāi)挖方法是保證圍巖整體穩(wěn)定性以及避免大面積塌方的重要保證;初支緊跟，勤量測(cè)，有效控制了變形，確保了圍巖的穩(wěn)定和施工安全;施工面的地下水得到了嚴(yán)格的控制，隨時(shí)保持施工面無(wú)積水，避免因地下水浸泡而產(chǎn)生的圍巖變形及支護(hù)失穩(wěn)。將上述措施合理結(jié)合和靈活運(yùn)用而形成關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)破碎圍巖下隧道的施工具有普遍的適用性。

[1] 王亞軍.觀音堂隧道下穿連霍高速公路超前大管棚施工[J].山西建筑，2009，35(11):288-289.