超大斷層破碎帶隧洞施工技術(shù)

曹海波

摘 要：闡述了長沙引水工程23標(biāo)崔家沖特殊地質(zhì)處理工程在施工過程中對超大斷層破碎帶采取的處理措施，主要指出破碎帶的注漿機(jī)制。從破碎帶巖體注漿方案設(shè)計、注漿設(shè)備、長管棚及超前支護(hù)施工工藝、施工方法、施工技術(shù)措施和施工質(zhì)量控制等方面，系統(tǒng)研究了長沙引水及地質(zhì)環(huán)境崔家沖特殊地質(zhì)工程隧洞的破碎帶超前注漿技術(shù)、長管棚施工技術(shù)及超前支護(hù)技術(shù)等。

關(guān)鍵詞：隧道；超大破碎帶；注漿；長管棚；超前支護(hù)

長沙引水工程輸水隧洞全長43794m，于2006年3月開工，施工過程中建設(shè)方多次邀請國內(nèi)知名專家深入工程現(xiàn)場進(jìn)行施工指導(dǎo)，隧洞施工整體進(jìn)展順利。當(dāng)隧洞工程完成掘進(jìn)43686m，永久襯砌已完成41746m時，在砰山3#隧洞上游～崔家沖隧洞下游段，遇區(qū)域性高棱山壓扭性斷層F86，連續(xù)出現(xiàn)了多次涌水及塌方，致使尚差108m隧洞未能貫通，樁號里程為K42+412～K42+520。嚴(yán)重制約了引水工程建設(shè)進(jìn)度。該隧洞穿越區(qū)域性高棱山壓扭性斷層F86，破碎帶范圍大，結(jié)構(gòu)松散，地下水豐富，洞內(nèi)涌水量每天達(dá)9000m3，外水壓力最大水頭達(dá)100m，水文地質(zhì)條件惡劣，為世界上罕見的隧道施工中的大斷裂。

1 F86斷層地質(zhì)情況

F86斷層為區(qū)域性高棱山壓扭性斷層，具有延伸長、規(guī)模大的特點，基本沿近南北走向的崔家沖沖溝發(fā)育.現(xiàn)場踏勘該斷層延伸長25.0km左右，寬度100m左右，向北西和南東向延伸；其中北西向延伸穿過一山脊，南東沿沖溝延伸。

該斷層上盤出露在隧洞的樁號為K42+412，下盤出露在隧洞的樁號為K42+505～K42+507。產(chǎn)狀：N10°～20°W，NE（SW）∠85°～90°.擠壓強(qiáng)烈，破碎帶寬50～90m，破碎帶內(nèi)充填的物質(zhì)主要為黃褐色斷層板巖、砂質(zhì)板巖、炭質(zhì)板巖和糜棱巖碎塊等，主要為泥質(zhì)膠結(jié)，膠結(jié)較差，較松散，透水性強(qiáng)。與洞軸線交角63°～73°。

2 超前注漿

考慮到崔家沖隧洞斷層破碎帶的特點（分布、規(guī)模、工程力學(xué)特性等），參考國內(nèi)外多條水工隧洞的實際施工經(jīng)驗，分析認(rèn)為在隧洞不良地質(zhì)段超前加固，采用洞內(nèi)超前注漿。超前注漿主要目的是改善F86斷層內(nèi)松散介質(zhì)體的結(jié)構(gòu)條件，達(dá)到開挖不良地質(zhì)洞段松散體固結(jié)和止水效果。洞內(nèi)固結(jié)注漿加固范圍為隧洞及隧洞開挖輪廓線外5m圍巖，隧洞底部開挖輪廓線外3m圍巖，注漿孔布置為水平孔和散射斜向孔（保證隧洞開挖線外有不小于5m圍巖形成固結(jié)止水圈），漿液確定采用水泥水玻璃雙液漿液及環(huán)氧樹脂化學(xué)注漿漿液。崔家沖隧洞洞內(nèi)超前注漿孔布置圖見圖1。

3 注漿施工工藝

斷層破碎帶超前預(yù)注漿施工工藝。詳見圖2（轉(zhuǎn)P87）。

4 施工技術(shù)措施

1）注漿工作面開挖一次到位，并符合設(shè)計規(guī)范要求。

2）每個鉆孔設(shè)孔口管，在鉆孔中發(fā)現(xiàn)有大量泥沙從孔中涌出跡象時，及時退鉆，進(jìn)行頂水注漿，防止砂土顆粒的大量流失。

3）加強(qiáng)對止?jié){墻及作業(yè)面附近隧洞斷面的沉降變形監(jiān)測，必要的應(yīng)力檢測，確保注漿施工安全。

4）嚴(yán)格按擬定的鉆孔、注漿施工方案進(jìn)行實施。鉆孔方向、深度嚴(yán)格按設(shè)計要求進(jìn)行。孔口管的埋設(shè)要牢固、密實。

5）根據(jù)超前鉆孔探測，隨時測量水量及水壓，核實地質(zhì)情況。如與設(shè)計不符，及時向監(jiān)理工程師提出，以便迅速變更設(shè)計參數(shù)，調(diào)整施工方案。

6）如發(fā)生漿液竄孔，則停止注漿，立即在竄漿的孔上安裝球閥，再進(jìn)行注漿。當(dāng)注漿孔達(dá)到終孔標(biāo)準(zhǔn)時，則可以認(rèn)為竄漿孔同時也達(dá)到終孔標(biāo)準(zhǔn)。

7）施工過程中作好注漿施工記錄及各種檢查測量記錄，用于注漿分析。

8）注漿壓力由小逐漸調(diào)大，分級升壓。

5 注漿施工質(zhì)量控制

1）鉆孔過程中，如遇到鉆孔出水量明顯增加時，則停止鉆進(jìn)，盡量減少鉆注施工過程中水量排出，安設(shè)注漿管注漿。

2）注漿前先進(jìn)行注漿現(xiàn)場試驗，注漿參數(shù)通過現(xiàn)場試驗在實際施工中根據(jù)具體情況及時調(diào)整，以獲得較好的注漿加固效果。

3）配制漿液嚴(yán)格按照制漿要求按順序投料，不得隨意增減數(shù)量。水泥在倒入攪拌桶前去除雜物，在倒入口安裝濾網(wǎng)。

4）水泥漿攪拌好放入儲漿桶后，在吸漿過程中不停攪動，防止?jié){液離析，影響配比參數(shù)。

5）注漿泵吸漿頭用紗網(wǎng)包裹，并間隔一定時間提起吸漿頭晃動，防止?jié){液堵塞吸漿頭。

6）注漿管路連接完畢后，先壓水檢查注漿管路的密閉性，保證連接牢固，防止高壓下脫開對人員造成傷害。

7）注漿開始時，先打開進(jìn)漿閥，再關(guān)閉泄?jié){閥，注漿結(jié)束時，先打開泄?jié){閥，再關(guān)閉進(jìn)漿閥，待泄壓后拆卸注漿管路，以保證不堵管，不影響注漿質(zhì)量。

8）注漿過程中遇到突然停電時，立即用高壓水沖洗凈管內(nèi)的漿液。如停電時間較長時，注漿管和注漿泵拆下沖洗，將攪拌機(jī)中漿液放入儲漿桶后清洗攪拌機(jī)。

9）注漿過程中，若地層吸漿量很大，注漿壓力長時間不上升，可通過調(diào)整漿液配比，縮短漿液膠凝時間，以達(dá)到注漿目的。

10）注漿過程中，如注漿壓力突然上升，立即停止注漿工作，打開泄?jié){閥泄壓，查明原因后再決定該孔是否繼續(xù)注漿。如果是管路堵塞，清除故障后繼續(xù)注漿；如果管路未堵塞，繼續(xù)注漿時仍舊出現(xiàn)壓力突然上升，可結(jié)束該孔注漿。

11）注漿過程中，發(fā)生跑、漏漿現(xiàn)象嚴(yán)重時，可通過間歇注漿或通過調(diào)整漿液配比縮短凝膠時間的方法進(jìn)行封堵。如果發(fā)現(xiàn)效果不明顯，可暫停對該孔注漿。

12）注漿過程中，要保持注漿管路暢通，防止因管路堵塞而影響注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)的判斷。

13）嚴(yán)格按照設(shè)計的段長進(jìn)行分段注漿，不得任意延長分段長度；必要時可進(jìn)行重復(fù)注漿，以確保注漿質(zhì)量。嚴(yán)格進(jìn)行注漿效果檢查評定，符合要求時才能結(jié)束注漿作業(yè)。當(dāng)未達(dá)到注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)時，進(jìn)行補(bǔ)孔注漿。

14）注漿壓力從低到高逐漸加壓，但注漿壓力不得超過設(shè)計最大壓力，達(dá)到設(shè)計注漿量即可停止注漿，避免過多的擾動地層。

6 結(jié) 語

斷層破碎帶是隧洞開挖過程中常見的不良地質(zhì)現(xiàn)象。在多數(shù)情況下，斷層破碎帶是作為一個低強(qiáng)度、易變形、透水性大、抗水性差的軟弱帶存在的，與其他巖體在物理力學(xué)特性上具有顯著的差異。在斷層破碎帶地段進(jìn)行隧洞施工時，靠常規(guī)的隧洞施工技術(shù)和施工方法很難克服隧洞塌方、突水、突泥等地質(zhì)災(zāi)害。因此，施工除了遵守一般技術(shù)要求外，還應(yīng)采取針對性較強(qiáng)的輔助方法，而注漿即是目前主要的施工工法之一。通過研究長沙引水及水質(zhì)環(huán)境崔家沖特殊地質(zhì)工程隧洞108m長的斷層破碎帶，巖體中的注漿技術(shù)，主要成果總結(jié)如下： 理論研究了斷層破碎帶的注漿機(jī)制，指出破碎帶巖體注漿機(jī)制在崔家沖工作面，地層經(jīng)多次坍塌發(fā)生大規(guī)模泥石流，地層已成松散結(jié)構(gòu)，采用壓密注漿；砰山工作面，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖石破碎，滲水量大，采用劈裂注漿。從破碎帶巖體注漿方案設(shè)計、注漿設(shè)備，長管棚及超前支護(hù)施工工藝、施工方法、施工技術(shù)措施和施工質(zhì)量控制等方面，系統(tǒng)研究了長沙引水及水質(zhì)環(huán)境崔家沖特殊地質(zhì)工程隧洞的破碎帶超前注漿技術(shù)、長管棚施工技術(shù)及超前支護(hù)技術(shù)等。方案已經(jīng)應(yīng)用于工程實踐，取得了相當(dāng)好的效果。