近水庫鐵路隧道穿越F4斷層施工與監(jiān)測(cè)分析

冉 萬 云

(中鐵上海局第一工程有限公司，安徽 蕪湖 241000)

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近水庫鐵路隧道穿越F4斷層施工與監(jiān)測(cè)分析

冉 萬 云

(中鐵上海局第一工程有限公司，安徽 蕪湖 241000)

以近水庫穿越F4斷層的湯山鐵路隧道為背景，闡述了斷層的工程地質(zhì)及水文地質(zhì)特征，提出了富水?dāng)鄬訔l件下超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、加固圈3 m超前預(yù)注漿、洞身長(zhǎng)管棚及三臺(tái)階四步開挖方法相結(jié)合的隧道施工方案；因隧道近水庫，二次襯砌施工中加強(qiáng)防水措施；對(duì)隧道穿越斷層破碎帶過程中隧道洞內(nèi)變形和地表沉降進(jìn)行了詳細(xì)監(jiān)測(cè)與分析，驗(yàn)證了隧道穿越F4斷層施工控制方案的合理性。研究結(jié)果表明：斷層破碎帶影響范圍內(nèi)，該施工方案較好的控制了隧道變形，后期變形不明顯；斷層破碎帶影響范圍外，因未采用該施工方案，受斷層破碎帶圍巖質(zhì)量、進(jìn)口斜井雙重施工等因素的影響，隧道短期變形和長(zhǎng)期變形均較大，在遠(yuǎn)離貫通斷面80 m左右范圍內(nèi)，應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，適當(dāng)時(shí)輔以相應(yīng)的施工控制措施。

隧道工程；F4斷層；施工；監(jiān)測(cè)

0 引 言

斷層破碎帶隧道設(shè)計(jì)和施工是山嶺隧道面臨的一大難題。目前國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者已經(jīng)對(duì)公路、鐵路隧道穿越斷層破碎帶進(jìn)行了研究，在隧道穿越斷層破碎帶的施工技術(shù)方面形成了一定的經(jīng)驗(yàn)積累。在國(guó)內(nèi)鐵路隧道穿越斷層破碎帶方面，最具典型的工程實(shí)踐為烏鞘嶺隧道，圍繞該隧道眾多研究人員從施工技術(shù)、理論分析、數(shù)值模擬以及監(jiān)控量測(cè)等角度開展了廣泛研究，取得了豐富的成果，如：劉志春等[1]結(jié)合烏鞘嶺隧道F4斷層，針對(duì)復(fù)雜應(yīng)力軟巖大變形隧道的特點(diǎn)，采用監(jiān)控量測(cè)手段對(duì)圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜合分析，對(duì)開挖后的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性做出分析判斷及采取相應(yīng)措施；趙旭峰等[2]通過對(duì)烏鞘嶺隧道F7斷層帶軟弱圍巖進(jìn)行大變形力學(xué)特性分析，探討了其力學(xué)機(jī)理及其影響因素，從而采取了相應(yīng)的工程控制措施；李國(guó)良等[3]針對(duì)復(fù)雜應(yīng)力條件下隧道變形控制，提出選擇合理斷面形狀、預(yù)留合理變形量、多重支護(hù)及適當(dāng)提高襯砌剛度的柔性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，短臺(tái)階或超短臺(tái)階快開挖、快支護(hù)、快封閉和襯砌適時(shí)施工的施工技術(shù)；雷軍等[4]對(duì)烏鞘嶺隧道F7斷層區(qū)圍巖及支護(hù)襯砌結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和變形進(jìn)行了監(jiān)測(cè)與分析，基于監(jiān)測(cè)結(jié)果，提出了穿越斷層區(qū)的動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案及改進(jìn)施工措施。除烏鞘嶺隧道外，也有其他斷層破碎帶隧道方面的研究工作，孫雪蓮等[5]對(duì)大別山隧道穿越Fd7富水大斷層進(jìn)行了監(jiān)測(cè)分析，并給予了數(shù)據(jù)的回歸預(yù)測(cè)分析；孫國(guó)慶[6]對(duì)鐵路隧道穿越F11高壓富水?dāng)鄬訔l件下注漿設(shè)計(jì)與施工技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)探討分析；王學(xué)忠[7]分析了斷層破碎帶鐵路隧道施工控制措施，并結(jié)合實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，得出了隧道沉降和水平變形的指數(shù)變形規(guī)律；李翔等[8]從圍巖巖性特點(diǎn)、巖體結(jié)構(gòu)特征、多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)疊加及地下水共同作用等幾個(gè)方面, 探討了隧道大變形的原因和機(jī)制，并闡述了后期施工中采取的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)支護(hù)、注漿加固、增設(shè)臨擋護(hù)墻等處理對(duì)策。

目前，對(duì)鐵路隧道穿越斷層破碎帶的研究較少，尤其是在富水條件下可供借鑒與參考的經(jīng)驗(yàn)很少，需要進(jìn)行進(jìn)一步研究。筆者以近水庫穿越F4斷層的湯山鐵路隧道為背景，提出了相應(yīng)的隧道施工方案，此外，以隧道變形監(jiān)測(cè)結(jié)果驗(yàn)證了隧道穿越F4斷層施工控制方案的合理性，得出了隧道變形隨開挖面進(jìn)展的變化規(guī)律。

1 工程概況

湯村隧道起訖里程為DK14+380～DK24+025，全長(zhǎng)9 645 m，于金華市嶺下鎮(zhèn)蓮花塘村附近進(jìn)洞，穿越牧羊崗、楊梅峽、上鋪等高地，出口于武義縣湯村，接武義北站，總體呈NW-SE向展布。隧道地質(zhì)復(fù)雜，洞身范圍巖體主要是火山噴溢巖，巖性為侏羅系上統(tǒng)(J3)流紋斑巖、侏羅系上統(tǒng)(J3)西山頭組巖屑凝灰?guī)r，紫紅色～灰紫色，巖質(zhì)較堅(jiān)硬，巖體較完整。節(jié)理裂隙較發(fā)育，斷層十分發(fā)育，直接影響隧道的斷層有18條，其中F4斷層影響最大，其正常涌水量達(dá)416 m3/d。隧道分進(jìn)口、1#斜井、2#斜井、3#斜井共7個(gè)掌子面進(jìn)行施工，具體平面布置如圖1，其中F4斷層處于進(jìn)口和1#斜井之間。

圖1 湯村隧道平面布置

2 F4斷層地質(zhì)特征及施工難點(diǎn)

2.1 F4斷層工程與水文地質(zhì)特征

F4斷層縱斷面和地質(zhì)平面情況如圖2。F4斷層在地表于DK16+660處與線路相交，夾角約為58°，斷層地表特征明顯，發(fā)育呈U字形溝谷，谷中泉水、水塘線狀分布。溝谷下游為三汶塘水庫，水域面積約為2.5 km2，深約為20 m，平面形態(tài)略呈瓜子狀，長(zhǎng)軸正南向，水庫邊緣距離隧道洞身218 m，相對(duì)位置關(guān)系見圖3。

圖2 F4斷層情況示意

圖3 隧道與臨近水庫相對(duì)位置關(guān)系

斷層陡壁舒緩波狀，延伸較遠(yuǎn)，局部見石英巖，并含有CaF2碎塊。推測(cè)為先張后壓性斷層，產(chǎn)狀260°∠75°。本圍巖段隧道埋深淺，鉆孔抽水試驗(yàn)淺部滲透系數(shù)達(dá)48.7 m/d，受地表水補(bǔ)給的可能性很大。物探資料顯示，斷層影響帶寬約220 m，電阻率一般為100～300 Ω·m，推測(cè)斷層富水性較強(qiáng)。據(jù)鉆孔揭示，埋深15～17 m處巖芯破碎，糜棱巖化，受斷層影響，其上下兩側(cè)巖體較破碎。

根據(jù)鉆孔抽水試驗(yàn)結(jié)果，鉆孔揭露15～17 m遇承壓含水層，巖體破碎，裂隙發(fā)育，以孔口為零點(diǎn)，承壓水頭高2.0 m，下部基巖完整致密，揭露至22.6～24.6 m遇第二含水層，巖石裂隙稍發(fā)育，套管封閉第一含水層后，測(cè)量水頭標(biāo)高127.9 m。鉆孔位于F4斷層所在的山間溝谷谷底，地下水補(bǔ)給源較高，具承壓水特性。地面以下15～17 m滲透系數(shù)達(dá)48.8 m/d，正常涌水量達(dá)416 m3/d，該斷層破碎影響帶導(dǎo)水性較好。

2.2 施工難點(diǎn)

湯村隧道施工過程中有以下幾個(gè)難點(diǎn)：①屬于長(zhǎng)大隧道，全長(zhǎng)9 645 m，未加寬段斷面凈空有效面積為92 m2；②技術(shù)含量高，質(zhì)量要求嚴(yán)、標(biāo)準(zhǔn)高，工程要求設(shè)計(jì)速度目標(biāo)值為基礎(chǔ)設(shè)施250 km/h，還須預(yù)留進(jìn)一步提速條件，主體結(jié)構(gòu)使用壽命期限為100 a，混凝土耐久性要求高；③隧道要求滿足一級(jí)防水標(biāo)準(zhǔn)，要求高，施工時(shí)須采取先進(jìn)的施工方案、施工材料、工藝和方法，確保滿足P10防水標(biāo)準(zhǔn)；④F4斷層水文地質(zhì)條件差，受F4斷層帶影響，其正常涌水量達(dá)416 m3/d，最淺埋深僅為24 m，地表溝谷常年有水，且溝谷延伸遠(yuǎn)，匯水面積大，此外，線路左側(cè)100 m處建有三汶塘水庫，隧道施工開挖過程滲水、涌水及坍塌風(fēng)險(xiǎn)高。

3 穿越F4斷層施工控制措施

3.1 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

通過TSP超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、超前鉆探和地質(zhì)素描3種地質(zhì)預(yù)報(bào)手段綜合探測(cè)巖石的完整程度、涌水壓力和涌水量。

3.1.1 TSP超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

2012年12月9日對(duì)開挖掌子面(DK16+770斷面)進(jìn)行了TSP地質(zhì)探測(cè)，接收器位于DK16+830斷面，設(shè)計(jì)24炮，2個(gè)接收器接收。通過試驗(yàn)，確定采用藥量為100～150 g乳化炸藥。數(shù)據(jù)采集時(shí)采用X-Y-Z三分量接收，采樣間隔62.5 μs，記錄長(zhǎng)度451.125 ms(7 218采樣數(shù))。實(shí)際激發(fā)18炮，其中17炮記錄的數(shù)據(jù)合格，可用于數(shù)據(jù)的處理和解釋TSP地質(zhì)預(yù)報(bào)顯示前方圍巖總體上以中～弱風(fēng)化凝灰?guī)r為主，巖體破碎，節(jié)理發(fā)育，具體探測(cè)結(jié)果列于表1。DK16+646～DK16+642段可能為F4斷層帶與隧道正洞相交里程段，在后續(xù)施工至DK16+665時(shí)，再次進(jìn)行TSP預(yù)報(bào)，并與DK16+770斷面結(jié)果對(duì)比驗(yàn)證。

表1 圍巖探測(cè)結(jié)果

3.1.2 超前水平鉆

超前水平鉆是一種重要超前地質(zhì)預(yù)報(bào)手段，鉆探每循環(huán)鉆孔長(zhǎng)度不低于30 m，連續(xù)預(yù)報(bào)前后兩循環(huán)孔重疊5～8 m。施工至DK16+665時(shí)，上臺(tái)階進(jìn)行超前水平鉆探，鉆孔數(shù)量為2孔，具體布置如圖4。為防止超前水平鉆穿透斷層帶富水層導(dǎo)致涌水發(fā)生，超前水平鉆(直徑Φ89 mm)施工前，用Φ108 mm鉆頭鉆取3 m深的孔并埋設(shè)外徑Φ108 mm長(zhǎng)3 m帶連接法蘭的孔口管(圖5)。孔口管要保證管身與孔壁連接牢固不透水，孔口管外壁與巖體間隙采用注水泥漿進(jìn)行封閉，且在施工過程中保證孔口管的水平位置。

圖4 超前水平鉆孔位布置

圖5 孔口管埋設(shè)示意

除上述兩種手段外，施工中輔助以地質(zhì)素描，詳細(xì)描述掌子面圍巖情況，及時(shí)驗(yàn)證加固圈超前預(yù)注漿的效果，掌握圍巖情況，針對(duì)圍巖情況及時(shí)的采取應(yīng)對(duì)措施，防止圍巖節(jié)理因爆破松動(dòng)導(dǎo)致地下水連通發(fā)生大量出水等其他意外地質(zhì)情況。此外，當(dāng)TSP與超前水平鉆揭示前方圍巖含水情況結(jié)果不相符時(shí)，增加紅外線探水作為補(bǔ)充和印證措施。

3.2 加固圈3 m超前預(yù)注漿

為防止大量滲水，提前5 m于DK16+665處進(jìn)行加固圈3 m超前預(yù)注漿(圖6)，施工步驟如下：

圖6 加固圈3 m超前預(yù)注漿正面

第1步：通過TSP超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、地質(zhì)雷達(dá)和超前鉆探，探測(cè)掌子面前方圍巖地質(zhì)及水文情況。

第2步：為防止未注漿段地下水涌向作業(yè)面及注漿時(shí)跑漿，注漿起始處掌子面設(shè)置平底型C20混凝土止?jié){墻，厚度為1.0 m。

第3步：注漿孔采用管棚鉆機(jī)鉆孔，與超前水平鉆相同的方法施作孔口管，每一循環(huán)注漿長(zhǎng)度為27 m，開挖24 m，保留3 m止?jié){巖盤；注漿孔按孔底間距3 m布置，每一循環(huán)共設(shè)5環(huán)79個(gè)注漿孔；注漿孔開孔直徑不小于110 mm，終孔直徑不小于91 mm，孔口鋼管采用Ф108 mm、壁厚5 mm的熱軋無縫鋼，管長(zhǎng)3 m。

第4步：注漿采用灰漿機(jī)拌制漿液，壓漿機(jī)進(jìn)行注漿，注漿管上安裝壓力表，以此量測(cè)地下水壓力值，以便確定各種注漿參數(shù)。

第5步：鉆孔和注漿，順序應(yīng)由外向內(nèi)，同一圈孔間隔施工，形成的平底型止?jié){墻如圖7。鉆進(jìn)過程中遇涌水或因巖層破碎造成卡鉆時(shí)，應(yīng)停止鉆進(jìn),進(jìn)行注漿掃孔后再進(jìn)行鉆進(jìn)。

圖7 平底型止?jié){墻縱剖面

3.3 洞身長(zhǎng)管棚施工

洞身超前管棚起到加固巖體，降低隧道坍塌冒頂?shù)鹊刭|(zhì)風(fēng)險(xiǎn)的作用。洞身超前管棚布置方式如圖8，隧道開挖至DK16+660時(shí)，先施工導(dǎo)向鋼架以保證管棚施工空間位置準(zhǔn)確；然后由兩側(cè)向中心鉆孔，由低到高；再打入管棚，將鋼花管裝入奇數(shù)號(hào)鉆孔內(nèi)，鋼花管注漿完成后打入偶數(shù)號(hào)孔，以觀察注漿效果；最后對(duì)鋼花管進(jìn)行注漿，其中鋼管最外端焊接Φ25 mm鋼管并安裝閥門，作為注漿連接段。注漿參數(shù)如下：注漿配比為水灰1∶1，漿液攪拌時(shí)間不小于3 min，注漿開始時(shí)保持較小壓力及較慢速度，注漿量達(dá)到設(shè)計(jì)量的1/3(0.12 m3)后再逐漸增大壓力和注漿速度。

圖8 洞身超前管棚布置

3.4 斷層帶三臺(tái)階四步開挖及二襯

3.4.1 隧道施工工序

洞身段超前長(zhǎng)管棚支護(hù)施工完成后進(jìn)行暗洞洞身開挖。F4斷層帶DK16+660～600段采用三臺(tái)階四步法開挖進(jìn)洞(圖9、圖10)，開挖順序?yàn)樯吓_(tái)階左側(cè)部分-上臺(tái)階右側(cè)部分、中臺(tái)階、下臺(tái)階，仰拱及時(shí)跟進(jìn)。開挖采用小型挖機(jī)，人工配合施工，每循環(huán)進(jìn)尺0.6 m。

圖9 三臺(tái)階四步法施工工序

圖10 三臺(tái)階四步法縱向示意

為防止爆破震動(dòng)擾動(dòng)圍巖造成破壞性影響，隧道開挖爆破采用弱爆破組織施工。隧道上臺(tái)階每次開挖1榀鋼架間距(0.6 m)，中、下臺(tái)階每次開挖2榀鋼架間距(1.2 m)。三臺(tái)階四步開挖法詳細(xì)施工步驟如下：

第1步(細(xì)分為5小步)：①利用上一循環(huán)架立的鋼架施作隧道超前支護(hù)；②弱爆破開挖上臺(tái)階左側(cè)部分；③施作初期支護(hù)，初噴4 cm厚混凝土，架立初期支護(hù)鋼架，并設(shè)置鎖腳錨管；④底部及側(cè)面鋪設(shè)I18輕型工字鋼臨時(shí)鋼架，底部噴20 cm混凝土，施作臨時(shí)仰拱，必要時(shí)封閉掌子面；⑤鉆設(shè)系統(tǒng)錨桿后復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度。

第2步：在滯后上臺(tái)階左側(cè)一段距離后，弱爆破開挖上臺(tái)階右側(cè)，后續(xù)施工與第1步③～⑤小步相同。

第3步：①滯后于上臺(tái)階右側(cè)部分一段距離后，弱爆破開挖中臺(tái)階；②周邊部分初噴4 cm厚混凝土，架立初期支護(hù)鋼架，并設(shè)鎖腳錨桿；③底部噴8 cm混凝土，施作臨時(shí)仰拱；④鉆設(shè)系統(tǒng)錨桿后復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度。

第4步：①滯后于中臺(tái)階一段距離后，弱爆破開挖下臺(tái)階；②初噴4cm厚混凝土，架立初期支護(hù)鋼架，并設(shè)鎖腳錨桿；③隧道底周邊部分噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度。

第5步：分次灌注下臺(tái)階仰拱及隧道填充。

第6步：基于監(jiān)控量測(cè)結(jié)果，待初期支護(hù)收斂后，利用襯砌模板臺(tái)車一次性澆筑二次襯砌。

3.4.2 二次襯砌施作

開挖至DK16+665里程后，施作3 m加固圈超前預(yù)注漿時(shí)，二襯保持正常施工，確保掌子面進(jìn)入Ⅴ級(jí)圍巖時(shí)二襯距掌子面距離不超過70 m。在開挖完成待拱頂沉降及水平收斂穩(wěn)定后，對(duì)初支面及滲漏水進(jìn)行處理，施作防排水系統(tǒng)，利用12 m襯砌模板臺(tái)車澆筑二襯混凝土。

滲漏水處理方面采取以下措施：點(diǎn)狀滲水采用加密排水板引排至縱向排水盲管；股狀水采用埋設(shè)Φ80 mm PVC管引排至縱向排水盲管；若出水量大，無法進(jìn)行引排，采取徑向注漿進(jìn)行封堵。防排水系統(tǒng)(圖11)施作程序?yàn)椋簰炫潘濉佋O(shè)土工布→鋪設(shè)防水板→安裝縱向打孔波紋管→人工敷設(shè)無砂混凝土→安裝橫向排水管→封閉排水系統(tǒng)。

圖11 防排水系統(tǒng)示意

F4斷層影響帶由于富含水，二襯施工過程中防排水施工質(zhì)量控制尤其重要，初支面平順，土工布及防水板搭接滿足規(guī)范要求，防水板焊接采用雙縫并且防水板搭接寬度﹥15 cm，無砂混凝土施作合格，含水地段在二襯施工縫兩側(cè)1 m位置增設(shè)環(huán)向排水板，確保防排水施工質(zhì)量及施工縫位置不滲水。

4 監(jiān)控量測(cè)

隧道穿越F4斷層段圍巖為Ⅴ級(jí)，最淺埋深僅為24 m，故監(jiān)控量測(cè)需同時(shí)進(jìn)行洞內(nèi)圍巖變形和地表沉降監(jiān)測(cè)。

4.1 監(jiān)控量測(cè)布置方式

4.1.1 洞內(nèi)變形

DK16+660～600為Ⅴ級(jí)圍巖，洞內(nèi)圍巖變形監(jiān)測(cè)布置如圖12，每斷面上臺(tái)階布置3個(gè)測(cè)點(diǎn)，中臺(tái)階布置2個(gè)。共監(jiān)測(cè)1組拱頂沉降和2組水平收斂，每5 m設(shè)1組監(jiān)測(cè)斷面。

圖12 洞內(nèi)圍巖變形監(jiān)測(cè)布置

隧道圍巖變形速率有明顯減緩趨勢(shì)，且水平收斂速度<0.2 mm/d，拱頂相對(duì)下沉速度<0.15 mm/d時(shí)判定圍巖變形基本穩(wěn)定。當(dāng)隧道拱頂下沉、水平收斂速率達(dá)到5 mm/d或位移累計(jì)達(dá)100 mm時(shí)，應(yīng)暫停掘進(jìn)，及時(shí)分析原因，采取處理措施。

4.1.2 地表沉降

地表沉降與洞內(nèi)監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置在同一斷面內(nèi)，橫斷面方向地表下沉量測(cè)的測(cè)點(diǎn)間隔5 m，每一斷面內(nèi)設(shè)11個(gè)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)布置見圖13。地表沉降量測(cè)在開挖工作面前方H+h(隧道埋深+隧道高度)處開始，直到襯砌結(jié)構(gòu)封閉，沉降基本停止為止。

圖13 地表沉降監(jiān)測(cè)布置

4.2 測(cè)試數(shù)據(jù)分析

湯村隧道穿越F4斷層是從進(jìn)口和斜井兩個(gè)方向同時(shí)進(jìn)行的：2013年9月13日隧道進(jìn)口方向開挖至DK16+456，斜井方向則開挖至DK16+575斷面；2013年9月22日進(jìn)口方向開挖至DK16+533斷面，斜井方向開挖至DK16+539斷面；2013年9月23日進(jìn)口方向與斜井方向在DK16+533斷面貫通。由于測(cè)試數(shù)據(jù)量很大，故筆者選取拱頂下沉為研究對(duì)象，選擇不同的里程區(qū)段：遠(yuǎn)離斷層區(qū)段DK15+900～DK16+540和斷層影響區(qū)段DK16+540～DK 16+ 735，對(duì)穿越F4斷層前后隧道變形情況進(jìn)行詳細(xì)分析。

4.2.1 遠(yuǎn)離斷層區(qū)段

DK15+900～DK16+540為遠(yuǎn)離斷層區(qū)段，區(qū)段內(nèi)圍巖等級(jí)屬于Ⅱ和Ⅲ級(jí)(靠近斷層方向部分為Ⅲ級(jí))，監(jiān)測(cè)斷面以每隔50，30 m方式布置。該區(qū)段內(nèi)部分監(jiān)測(cè)斷面拱頂下沉與開挖面進(jìn)展關(guān)系曲線如圖14，因隧道在DK16+533斷面貫通，圖14(c)的DK16+450、485斷面后期和圖14(d)的DK16+520斷面測(cè)值為隨時(shí)間變化的測(cè)值。

圖14 遠(yuǎn)離斷層區(qū)段拱頂下沉隨開挖面進(jìn)展關(guān)系曲線

從圖14可見，遠(yuǎn)離斷層區(qū)段隧道變形隨開挖面向斷層方向進(jìn)展，前期拱頂下沉以近似線性形式增大；開挖面距監(jiān)測(cè)斷面一定距離后，開挖影響變小，拱頂下沉趨于穩(wěn)定，在隧道變形曲線上呈小幅度的波動(dòng)狀態(tài)；各個(gè)監(jiān)測(cè)斷面拱頂下沉測(cè)值均在3.5 mm范圍內(nèi)，說明圍巖變形處于安全狀態(tài)。當(dāng)開挖面接近DK16+533斷面時(shí)，斜井方向開挖面亦接近該斷面，圖14(c)中斷面拱頂下沉受到雙重影響；當(dāng)9月23日進(jìn)口與斜井開挖面DK16+533斷面貫通后，DK16+450、DK16+485斷面拱頂下沉變形曲線表現(xiàn)為隨時(shí)間以較大速率增大，DK16+520斷面拱頂下沉亦隨時(shí)間以較大速率增大，原因是隧道施工使得斷層帶破碎圍巖質(zhì)量進(jìn)一步變差，雖然隧道貫通后施工停止，但是拱頂下沉仍然隨時(shí)間以較大速率增大?；谝陨戏治隹芍寒?dāng)開挖至斷層破碎帶后，受斷層破碎帶圍巖質(zhì)量、進(jìn)口斜井雙重施工等因素的影響，在遠(yuǎn)離貫通斷面80 m左右范圍內(nèi)，應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，適當(dāng)輔以相應(yīng)的施工控制措施。

4.2.2 斷層影響區(qū)段

DK16+540～740為斷層影響區(qū)段，該區(qū)段內(nèi)圍巖等級(jí)為Ⅳ和Ⅴ級(jí)(斷層帶為Ⅴ級(jí)，兩側(cè)為Ⅳ級(jí))，監(jiān)測(cè)斷面以每隔10 m和5 m方式設(shè)置。DK16+540～600段內(nèi)各監(jiān)測(cè)斷面拱頂下沉?xí)r程關(guān)系曲線如圖15，各監(jiān)測(cè)斷面在進(jìn)口斜井于DK16+533斷面貫通前已開始監(jiān)測(cè)，反映在拱頂沉降時(shí)程曲線中初始測(cè)值不為0。

圖15 DK16+540～DK16+600段拱頂下沉?xí)r程曲線

從圖15可見，Ⅳ級(jí)圍巖段因隧道貫通施工產(chǎn)生了一定的變形，但因?yàn)榍拔闹懈魇┕た刂拼胧┑膶?shí)施，減小了圍巖質(zhì)量破壞程度；有效控制了隧道變形，后期變形隨時(shí)間變化較小，始終在2.0 mm范圍內(nèi)。

DK16+600～DK16+740段內(nèi)各監(jiān)測(cè)斷面變形穩(wěn)定時(shí)拱頂下沉沿隧道縱向分布如圖16，從圖16可見該Ⅴ級(jí)圍巖段隧道變形得到了很好地控制，隧道穿越F4斷層為安全狀態(tài)。

圖16 DK16+600～DK16+740段拱頂下沉縱向分布曲線

5 結(jié) 論

1)以近水庫穿越F4斷層的湯山鐵路隧道為背景，提出了穿越富水?dāng)鄬訔l件下超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、加固圈3 m超前預(yù)注漿、洞身長(zhǎng)管棚及三臺(tái)階四步開挖方法結(jié)合的隧道施工控制方案，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果表明該方案能很好地控制隧道穿越F4斷層變形，保證隧道安全施工。

2)隧道穿越斷層破碎帶開挖過程中具有很強(qiáng)的突發(fā)性和破壞性，同時(shí)也具有一定的規(guī)律性，施工中應(yīng)充分發(fā)揮新奧法施工的優(yōu)點(diǎn)，以監(jiān)控量測(cè)反饋數(shù)據(jù)為依據(jù)，分析產(chǎn)生圍巖變形的真實(shí)原因，以采取相應(yīng)的治理措施。

3)貫通斷面雖不在斷層破碎帶范圍內(nèi)，但兩方向的雙重施工對(duì)距貫通面較近的斷面變形影響較大，尤其是貫通之后變形隨時(shí)間變化較大，為保證隧道施工安全，需加強(qiáng)監(jiān)測(cè)并及時(shí)輔助以相應(yīng)的施工控制措施。

[1] 劉志春,李文江,孫明磊.烏鞘嶺隧道F4斷層區(qū)段監(jiān)控量測(cè)綜合分析[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2006,25(7):1502-1511. Liu Zhichun,Li Wenjiang,Sun Minglei.Monitoring and comprehensive analysis in F4 section of Wuqiaoling tunnel [J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2006,25(7):1502-1511.

[2] 趙旭峰,王春苗.烏鞘嶺隧道F7軟弱斷層大變形控制技術(shù)[J].施工技術(shù),2006,35(2):62-64. Zhao Xufeng,Wang Chunmiao.Control technology of large deformation of Wushaoling tunnel F7 soft faultage[J].Construction Technology,2006,35(2):62-64.

[3] 李國(guó)良,朱永全.烏鞘嶺隧道高低應(yīng)力軟弱圍巖大變形控制技術(shù)[J].鐵道工程學(xué)報(bào),2008(3):54-59. Li Guoliang,Zhu Yongquan.Control technology of large deformation of highland stressed weak rock in Wushaoling tunnel [J].Journal of Railway Engineering Society,2008(3):54-59.

[4] 雷軍,張金柱,林傳年.烏鞘嶺特長(zhǎng)隧道復(fù)雜地質(zhì)條件下斷層帶應(yīng)力及變形現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)分析[J].巖土力學(xué),2008,29(5):1367-1371. Lei Jun,Zhang Jinzhu,Lin Chuannian.Analysis of stress and deformation site-monitoring in fault zone of Wushaoling tunnel under complex geological condition [J].Rock Mechanics,2008,29(5):1367-1371.

[5] 孫雪蓮,金美海.高速鐵路隧道穿越富水大斷層施工監(jiān)控分析研究[J].鐵道建設(shè),2008(12):43-46. Sun Xuelian,Jin Meihai.Monitoring and analysis in water-rich large fault of high-speed railway tunnel [J].Railway Engineering,2008(12):43-46.

[6] 孫國(guó)慶.齊岳山隧道F11高壓富水?dāng)鄬幼{設(shè)計(jì)與施工技術(shù)探討[J].隧道建設(shè),2010,30(3):304-308. Sun Guoqing.Discussion on design and execution of grouting for F11 high-pressure and water-rich fault of Qiyueshan tunnel [J].Tunnel Construction,2010,30(3):304-308.

[7] 王學(xué)忠.霞浦隧道在斷層破碎帶中的施工技術(shù)[J].隧道建設(shè),2010,30(5):573-576. Wang Xuezhong.Control technology of fault and fracture section of Xiapu railway tunnel [J].Tunnel Construction,2010,30(5):573-576.

[8] 李翔,劉占峰.張集鐵路舊堡隧道斷層破碎帶初期支護(hù)大變形原因分析及治理措施[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2014,58(5):109-112. Li Xiang,Liu Zhanfeng.Reason analysis and treatment measures of large deformation of primary support of Jiubao tunnel on Zhangjiakou-Jining railway when passing through fault fracture zone [J].Railway Standard Design,2014,58(5):109-112.

Construction and Monitoring of Railway Tunnel Adjacent to Reservoir through F4 Fault

Ran Wanyun

(The First Civil Engineering Co., Ltd.,CREC Shanghai Group, Wuhu 241000, Anhui, China)

Based on the engineering practice of Tangshan railway tunnel through F4 fault adjacent to reservoir, the engineering geology and hydrogeology characteristics were discussed in detail. The tunnel construction control measures such as advanced geology prediction in water-rich fault condition, 3 m advanced pre-grouting of reinforcement zone, long pipe shed support as well as three-bench and four-step excavation method were proposed. Because the tunnel was adjacent to the reservoir, the waterproof measures should be strengthened in the construction process of secondary lining. Besides, the tunnel deformation and surface displacement caused by the construction in F4 fault fracture were monitored and analyzed in detail. The construction control scheme for passing through F4 fault was verified based on the tunnel deformation analysis. The research results indicate that the tunnel deformation is well controlled by the proposed construction scheme in the range of F4 fault zone and the later deformation is not apparent; and the proposed construction scheme is not used outside of F4 fault zone, and the short-term and later deformation of tunnel is larger with the influence of surrounding rock quality of fault zone and the double construction of imported inclined shaft. In 80 m range of passing-through section, the tunnel deformation should be monitored in time and taken with some suitable construction control measures.

tunnel engineering; F4 fault; construction;monitor

10.3969/j.issn.1674-0696.2015.06.07

2014-11-05；

2015-01-08

冉萬云(1972—)，男，重慶人，工程師，主要從事鐵路隧道施工與管理工作。E-mail：389840001@qq.com。

U455.49;TU43

A

1674-0696(2015)06-037-06