淺談譚家寨隧道斷層破碎帶的施工

摘要：本文對譚家寨隧道斷層破碎帶段采用中隔墻法施工、超前小管預注漿支護和錨噴初期支護施工技術作了詳細敘述，并對監(jiān)控量測作了簡要介紹。

關鍵詞：隧道 中隔墻法 斷層 破碎帶 支護施工

0 引言

隧道施工中應樹立“保護圍巖、愛護圍巖”的觀點，有效地控制對遺留圍巖的損傷和松弛，增強圍巖的自支護能力，尤其是在軟弱破碎圍巖施工中更為重要。圍巖的完整程度直接影響施工的安全、質(zhì)量、進度，因此在軟弱破碎圍巖施工中制定施工方案尤其重要。因此，本文根據(jù)設計要求和現(xiàn)場施工實際情況，并結合施工中出現(xiàn)的一些問題，淺析重慶忠墊高速公路譚家寨隧道斷層破碎帶的施工。

1 工程概況

譚家寨隧道是重慶忠墊高速公路上第一長大隧道（墊鄰高速公路的明月山隧道除外），我部施工出口段（左右

線分離式）：左線ZK84+808.107～ZK87+182.345長2374.238m、右線K84+800～K87+175長2375m。該隧道出口段右線K86+489～K86+571長82m；左線ZK86+568～ZK86+499長69m為F3斷層破碎帶。F3斷層破碎帶設計為Ⅱ類圍巖，F(xiàn)3斷層傾向北西，傾角70～75°，逆斷層，斷距5～10m，破碎帶寬1～2m。破碎帶角礫巖發(fā)育，巖性主要是泥巖、頁巖且夾薄層砂巖，節(jié)理、層理及裂隙發(fā)育，層面交錯，嚴重風化，呈大塊砌體狀，圍巖自穩(wěn)能力較差，難于成型。

在了解了這一地段的地質(zhì)構造后，根據(jù)我部施工能力和施工生產(chǎn)要素，秉承“管超前、嚴注漿、短進尺、弱爆破、強支護、快封閉、勤測量、速反饋”的施工原則，在拱部超前小導管預注漿固結圍巖的保護下，采用中隔墻法及強支護進行施工。

2 中隔墻法（單側壁導坑法）

為了控制隧道超欠挖及減少對圍巖的擾動，保證施工安全，對隧道斷層破碎帶的施工采用中隔墻法。開挖時嚴格控制爆破的裝藥量，遵循“短進尺、弱爆破”的施工原則，開挖進尺根據(jù)圍巖穩(wěn)定性確定為1～2榀型鋼拱的間距，即0.8～1.6m。在單側壁導坑施工中，按上下臺階法施工，上下臺階相距3m，左右側導坑錯開5m（根據(jù)圍巖的穩(wěn)定程度來確定施工臺階的長度）。施工工序如下圖：

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中隔墻法施工工藝流程圖

3 超前小管預注漿施工

3.1 超前小導管預注漿工藝的原理 主要是在破碎松散巖體中超前鉆孔，將小導管打入巖體，然后壓注膠凝性較強的漿液，受注漿壓力的作用，漿液呈脈狀迅速滲進松散的巖體內(nèi)部，巖體中的水分和空氣被漿液擠出，松散的巖體因此膠化，形成以漿膠為骨架的、具有一定抗?jié)B阻水能力及強度的固結體，增強了巖體穩(wěn)定性、抗?jié)B性、整體性，從而使固結體和超前小導管構成一個殼體，這樣形成的殼體具有一定強度，開挖支護施工就在殼體的保護下進行。

3.2 超前小導管預注漿設計 在拱部采用Ф42mm、壁厚4mm的熱軋無縫鋼管加工制成，長500cm，鋼管前端5cm加工成錐形，其前端395cm范圍內(nèi)的管壁四周鉆四排φ6mm壓漿孔，間距15cm交錯布置。小導管布設環(huán)向間距40cm，沿縱向每2.4m一環(huán)，外插角15°，手持風動鑿巖機鉆孔打入。小導管尾端焊接于型鋼鋼架上，每環(huán)小導管注漿完成并達到設計強度后，進行導坑開挖及初噴混凝土、架設鋼架支撐。

漿液采用水泥-水玻璃雙液漿，其參數(shù)為：水泥標號P.032.5；水泥漿水灰比1∶1；水玻璃濃度30Be；水玻璃模數(shù)2.4；注漿壓力0.5～1.1MPa。

注漿前噴射5～10cm厚混凝土封閉工作面，以防漏漿。水泥-水玻璃雙液漿的配合比根據(jù)現(xiàn)場試驗確定，以縮短漿液的膠化固結時間，控制漿液的擴散范圍。

3.3 施工要點

3.3.1 小導管加工：用Ф42mm、壁厚4mm的熱軋無縫鋼管加工制成，長500cm，鋼管前端5cm加工成錐形，其前端395cm范圍內(nèi)的管壁四周鉆四排Ф6mm壓漿孔，間距15cm交錯布置，以便于順利推進小導管，確保漿液能快速滲進破碎巖體中。

3.3.2 小導管的裝設：在破碎的巖體內(nèi)，可通過YT-28型風動鑿巖機直接推送小導管，碰到夾有堅硬巖石的部位，則先采用YT-28型風動鑿巖機鉆眼成孔再繼續(xù)推進。

施作小導管時，首先做好下列幾項工作：

第一，噴厚度為5～10厘米的混凝土封閉掌子面作為止?jié){墻，并準備注漿；

第二，對隧道中心線及高程進行測量，根據(jù)設計要求標出施作小導管的部位，前后誤差要控制在15mm的范圍內(nèi)；

第三，掛線定出隧道開挖斷面中心軸線，施作過程中采用鋼尺對鉆孔或推進小導管的方向進行檢查，將外插角控制在要求的范圍內(nèi)；

第四，施工順序為從兩側拱腳至拱腰向拱頂進行，為提前注漿留好作業(yè)空間。

3.3.3 注漿時采用SNS-140/150型注漿泵注漿，通過漿液攪拌桶制漿。為避免漿液由其它孔眼溢出，注漿時首先對所有止?jié){塞裝設在孔眼處，按兩側拱腳向拱頂?shù)捻樞蜃{。因為巖體孔隙不均勻，如果使固結破碎松散巖體滿足設計要求，確保開挖輪廓線外環(huán)狀巖體穩(wěn)定，保證最終形成殼體的強度和密實度，尤其是兩側拱腳的承載力以及注漿密實度滿足施工要求，因而采取注漿終壓（0.8～1.1MPa）和注漿量來對注漿質(zhì)量進行控制，拱腳的注漿終壓高于拱腰至拱頂。利用現(xiàn)場試驗測得拱腳、拱腰范圍和拱頂?shù)慕K壓分別是1.1MPa、0.8MPa、0.6Mpa。注漿過程中，應將相鄰的孔眼隔開，切忌連續(xù)注漿，以取得預期的固結效果，同時對注漿量進行有效的控制。

4 錨噴初期支護

4.1 初期支護參數(shù)系統(tǒng) 錨桿采用3.5m／根的HBC22N組合式錨桿，間距均為＠80×80cm，梅花型布置；拱墻設16B工字鋼拱，間距＠80cm，16B工字鋼拱每側拱腳設4m／根HBC22N組合式鎖口錨桿，按梅花型布置在型鋼拱的兩側，環(huán)向間距50cm；掛φ6.5鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格尺寸為＠15cm×15cm，噴射混凝土厚20cm。

中隔墻臨時支護采用16B工字型鋼拱，間距＠80cm，型鋼間用Φ22鋼筋聯(lián)接。采用1.0m／根的Φ22砂漿錨桿，間距＠80×80cm，并焊于中隔墻的工字鋼上，噴射混凝土厚8cm。

4.2 錨桿施工操作要點

4.2.1 錨桿孔位布設：根據(jù)施工規(guī)范，將孔位設置在初噴混凝土封閉圍巖后，做好標記；參照《公路隧道施工規(guī)范》控制錨桿孔位誤差。

4.2.2 鉆孔用YT—28型手持式風動鑿巖機鑿孔并清孔，應沿隧道周邊徑向進行鉆孔，錨桿孔應保持直線，確保錨入穩(wěn)定巖層的深度。

4.2.3 錨桿安裝：將安裝好錨頭的HBC22N組合式錨桿插入錨桿孔，錨頭上的倒刺立即將錨桿掛住。

4.2.4 在錨桿尾端安裝止?jié){塞、墊板和螺母。

4.2.5 注漿：將錨桿尾端與SNS-140/150型注漿機連接。開動注漿機壓注1：1水泥漿，摻水泥用量3％的38Be水玻璃。注漿的飽滿程度，是確保錨桿安裝質(zhì)量的關鍵，為了保證錨固質(zhì)量及改良圍巖結構，注漿終壓必須達到1.0Mpa。

4.3 掛鋪鋼筋網(wǎng)片

用φ6.5鋼筋掛設鋼筋網(wǎng)片，進行除銹處理后根據(jù)施工規(guī)范將鋼筋網(wǎng)片加工成100cm×200cm的網(wǎng)片。根據(jù)受噴面的起伏程度鋪設時網(wǎng)片，鋼筋必須安裝順直，緊貼初噴砼表面，和受噴面之間留3cm的保護層。片與系統(tǒng)錨桿和型鋼拱焊接牢固，以避免噴射過程中不移動。

4.4 型鋼拱支撐施工：型鋼拱按設計要求分節(jié)加工成型，型鋼拱分節(jié)間通過鋼板用螺栓聯(lián)接。

①型鋼拱嚴格按設計間距架立。

②為充分發(fā)揮型鋼拱的承載能力，首先要求型鋼拱必須在一個垂直面上且與線路方向垂直；其次，架立拱部型鋼拱時，嚴格控制左、右拱腳標高，以防拱架偏斜影響與邊墻型鋼拱架的圓順連接或侵入襯砌厚度內(nèi)。

③型鋼拱支撐與圍巖盡量靠近，但應留2～3cm間隙作混凝土保護層。當型鋼支撐和圍巖之間的間隙過大時應設同級混凝土墊塊，型鋼支撐與圍巖之間的間隙必須用噴射混凝土充填密實。因超挖，造成拱腳（墻腳）標高不足時，應設置鋼板或同級混凝土墊塊進行調(diào)整。邊墻型鋼拱底部必須置于基巖上，以防下沉變形。

④型鋼拱應與鋼筋網(wǎng)聯(lián)接，型鋼拱必須與錨桿焊接牢固，以保證型網(wǎng)拱、鋼筋網(wǎng)、噴射砼和錨桿與圍巖形成聯(lián)合受力結構。

4.5 噴射混凝土材料及機具的選定

4.5.1 噴射混凝土機具采用成都巖峰TK500濕噴機，噴混凝土采用濕噴。

4.5.2 水泥采用P.032.5普通硅酸鹽水泥；細骨料選用忠縣下渡口砂，砂率控制在52％，含泥量≤3％。

4.5.3 粗骨料采用規(guī)格為5～15mm的碎石，經(jīng)試驗部門選用石灰?guī)r生產(chǎn)的各項指標均達到設計要求的碎石。

4.5.4 速凝劑選用HZC-1液體型速凝劑，經(jīng)現(xiàn)場試驗，最佳摻量為水泥用量的10％，3min初凝，6min終凝，而且可大量減少回彈量。

4.5.5 水灰比：水灰比過大、過小都會使噴混凝土回彈量增加，浪費大量的材料；經(jīng)現(xiàn)場多次試驗確定，水灰比為0.45的混凝土噴射效果最佳。

4.5.6 為盡量避免圍巖長時間暴露，防止其進一步風化，開挖后先要初噴厚度為5cm的混凝土，然后對圍巖作封閉處理；裝設好型鋼拱和鋼筋網(wǎng)后，再噴射厚度為10cm的混凝土；最后根據(jù)設計要求完成下一環(huán)節(jié)的噴射。

施工要求：

①摻用HZC-1液體型速凝劑濕噴混凝土工藝，減小洞內(nèi)粉塵污染及回彈量。

②噴射前用高壓風將巖壁面的粉塵和雜物吹干凈，噴射混凝土嚴格按照試驗部門設計的施工配合比計量拌制，拌好后的混凝土運至噴射作業(yè)點再進行噴射。

③噴射作業(yè)分段、分片由下向上依次分層進行，先墻后拱。一次噴射厚度一般拱部為3～5cm，邊墻為6～8cm，每段長度為3～4m。為了加快混凝土強度的增長速度及提高混凝土的噴射效果，可提高作業(yè)環(huán)境溫度。

④噴頭與受噴面宜垂直，距離應與工作氣壓相適應，以0.6～1.2m為宜，噴頭呈螺旋形均勻緩慢移動，一般繞圈直徑在0.4m為宜。若有鋼筋網(wǎng)時，噴距可小于0.6m，噴射角度可稍偏一些；噴射混凝土應覆蓋鋼筋網(wǎng)2cm以上。噴射機的工作氣壓可控制在0.1～0.15Mpa。

5 監(jiān)控量測

初期支護完成后，在拱頂、起拱線及起拱線上300cm和邊墻腳上50cm處埋設測點進行拱頂下沉和水平收斂量測。

測試元件用φ12圓鋼加工而成，每根元件長25cm，錨入初期支護體內(nèi)20cm，外露5cm。水平收斂量測采用煤科總院北京中煤礦山工程有限公司研制的收斂儀進行觀測。量測頻率開始2h觀測1次，然后隨變形量的減小而減少量測次數(shù)，即4h、8h、16h、24h、48h、72h，144h。以量測結果為依據(jù)對施工工序、開挖進尺、預留變形量等進行調(diào)整，并作為施工活動的參考，確保施工安全。量測點每隔5m布設1組。經(jīng)量測，拱頂最大累計下沉量為10mm，水平最大累積收斂量為12mm。通過對斷層破碎帶采用中隔墻法施工、超前小導管預注漿支護和錨噴初期支護措施，且通過現(xiàn)場監(jiān)控量測得出以下結論：

①用中隔墻法施工可減小對圍巖的擾動，有效控制超欠挖，并讓圍巖先釋放一部分應力，消除應力集中，防止隧道坍塌。

②超前小導管預注漿支護，可以大量減少拱部圍巖的掉塊，保證了施工安全、質(zhì)量和進度。

③通過現(xiàn)場監(jiān)控量測反饋，將預留變形量由設計的20cm調(diào)至15cm，從而改變“寧超勿欠”的傳統(tǒng)觀點，樹立“少欠少超”的觀點。

6 結束語

通過隧道斷層破碎帶的施工實踐，采取上述施工技術，很好的控制了隧道圍巖的穩(wěn)定，達到了“保護圍巖、愛護圍巖”，不損傷或少損傷遺留圍巖的固有支護能力；增強圍巖的自支護能力。從而保證了隧道的施工安全、質(zhì)量和進度，并為今后隧道斷層破碎帶的施工積累了一些經(jīng)驗。