隧道斷層破碎帶滲水處理技術(shù)探討

劉靜濤

中鐵隧道集團(tuán)有限公司杭州公司

隧道斷層破碎帶滲水處理技術(shù)探討

劉靜濤

中鐵隧道集團(tuán)有限公司杭州公司

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，社會(huì)建設(shè)的不斷推進(jìn)，交通隧道的建設(shè)問題也越來越受到重視。本文以金溫鐵路油竹隧道為切入點(diǎn)，就山嶺隧道斷層破碎帶的滲水處理技術(shù)，進(jìn)行細(xì)致的探討研究，期望為山嶺隧道處理斷層破碎帶滲水問題提供幫助。

山嶺隧道；斷層破碎帶；滲水處理技術(shù)

1 斷層破碎帶概況

油竹隧道為雙線I級鐵路隧道，設(shè)計(jì)時(shí)速250km/h，設(shè)計(jì)長度4835.55m，起訖里程為DK149+560.72～DK154+396.27。隧道總體地質(zhì)條件較差,有F2斷層2處，F(xiàn)3、F4斷層各1處。F2斷層在DK152+207處與隧道相交，夾角約64°，中線右側(cè)見有斷層痕跡，地貌為一溝谷，谷寬約10～15m，常年有水，斷面較粗糙，具張扭性，產(chǎn)狀110°∠85°。F3斷層在DK153+275處與隧道相交，夾角約85°，具張扭性，產(chǎn)狀136°∠ 73°，地表寬度約8m，地表地貌為一沖溝，溝底寬約4m，水深約0.3m，常年流水。F4斷層在DK153+338處與隧道相交，夾角約26°，具張扭性，產(chǎn)狀18°∠ 80°，地表發(fā)育一沖溝，溝底寬約3m，水深約0.2m，常年流水。斷層帶節(jié)理發(fā)育，巖體破碎，透水性較好，地下水發(fā)育。

2 隧道滲涌水特征

隧道會(huì)產(chǎn)生裂縫是受多種因素影響的，比如說巖性和褶皺的構(gòu)造都會(huì)造成不同程度的裂縫，砂巖和泥石的裂縫也是大不相同，同一個(gè)砂巖層上的裂縫是相通的，同時(shí)，砂巖的剛性是也比較強(qiáng)，它所產(chǎn)生的裂縫連通性也比較好,從而砂巖成為相對的含水層。而泥巖卻是相反，它的特點(diǎn)是具有軟塑性,產(chǎn)生的裂縫大都是細(xì)而密的,含水導(dǎo)水性差,因此它就成為了隔水層。

3 隧道裂隙滲水的成因與特點(diǎn)研究

砂巖和泥巖二者之間會(huì)組成含水層或者是隔水層，每一層巖層的裂縫都需要承擔(dān)來自斷層的重力，這樣一來，裂縫中的地下水才會(huì)向下流動(dòng)。而F2、F3、F4本身的構(gòu)造類型就屬于斷層，它的上層是砂巖夾泥巖混合特質(zhì)，當(dāng)外部降雨時(shí)，雨水通過地表向下滲入，給斷層進(jìn)行補(bǔ)給，致使地下水從巖石的裂縫中流出，發(fā)生隧道涌水現(xiàn)象。

4 斷層破碎帶滲水處理技術(shù)方法

斷層施工組織不當(dāng)或管理不規(guī)范，容易造成坍塌、冒頂、突水、突泥等地質(zhì)災(zāi)害，嚴(yán)重影響工期及安全質(zhì)量，在穿越斷層施工過程中，要加強(qiáng)過程控制，充分利用超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、監(jiān)控量測等輔助手段獲取開挖面前方的地質(zhì)信息，加強(qiáng)超前支護(hù)，施工方案也要隨時(shí)的調(diào)整，找到最合適的施工方案，對施工過程施行動(dòng)態(tài)、全過程監(jiān)控，避免發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害，保證隧道安全順利施工。

4.1 支護(hù)加固措施：

對F2、F3、F4斷層采用Ⅳb型復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)，三臺(tái)階法開挖施工。

①支護(hù)措施應(yīng)用超前小導(dǎo)管注漿來進(jìn)行加固，縱向距離把握在每環(huán)三米左右。選擇鋼管時(shí)，外徑控制在四十毫米左右，壁厚在三毫米左右，總長度不長于五米為最佳。之后對鋼管孔口注漿，孔徑為6～8mm左右，孔間距15cm，布置時(shí)按照梅花形來布置，鋼管的前部分加工成錐形，尾部的長度不小于三十厘米，這樣就形成非常好的止?jié){段。在注漿時(shí)還需注意水灰比的比率，要求為0.5-1，水泥型號采用525號普通硅酸鹽水泥，注漿壓力控制在0.5～1.0Mpa，具體根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況來確定。如果破碎帶的涌水量非常大，我們需要采取針對性的措施。

②嚴(yán)格按設(shè)計(jì)采用三臺(tái)階法開挖施工。

③拱、墻采用25cm厚噴C30纖維砼、網(wǎng)格為20cm×20cm的ф 6鋼筋網(wǎng)、3.5m長ф25*7帶排氣裝置注漿錨桿和ф22砂漿錨桿進(jìn)行錨噴網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)，并用I18型鋼鋼架加強(qiáng)，間距0.8米/榀。

④設(shè)置仰拱，使環(huán)形封閉。仰拱采用25cm厚C25噴射砼支護(hù)，并用I18型鋼鋼架加強(qiáng)，間距0.8米/榀。

⑤二次襯砌采用Ⅳb型襯砌結(jié)構(gòu)。拱、墻采用40cm厚C35纖維砼，仰拱采用45cm厚C35纖維砼。

4.2 加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

用TSP地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)或地質(zhì)雷達(dá)探測到的可能斷層帶以及設(shè)計(jì)圖紙標(biāo)定的斷層里程前五米左右采用水平地質(zhì)鉆機(jī)對地層進(jìn)行超前鉆探，與此同時(shí)也可以用紅外線探水儀來進(jìn)一步確定含水量。

4.2.1 超前地質(zhì)鉆孔探測預(yù)報(bào)：在開挖斷面的中部和周邊施鉆5個(gè)孔，均水平施鉆。鉆孔位置：中部1個(gè)，周邊4個(gè)。

4.2.2 紅外線探水：在斷層每開挖15～30m，對開挖面前方施作一次紅外線探水，對地下水情況進(jìn)行預(yù)報(bào)。

4.3 加強(qiáng)監(jiān)控量測

4.3.1 地表監(jiān)測：監(jiān)測的對象主要有:水溫、水壓、水質(zhì)變化以及天氣情況。監(jiān)測方法主要就是記錄和實(shí)地考察以及攝影拍照等。

4.3.2 地表沉降量測：若淺埋地段存在斷層區(qū)，應(yīng)該注重地表沉降的觀測。縱向沿隧道走向埋設(shè)混凝土樁及水平基準(zhǔn)點(diǎn)，其斷面布置與洞內(nèi)拱頂下沉、凈空水平收斂斷面布置相同，每個(gè)地表下沉量測斷面上測點(diǎn)橫向間距為2～5m。開挖隧道時(shí)，及時(shí)繪測下沉位移與時(shí)間關(guān)系的圖像以及與距離的圖像，在測地表沉降量時(shí)必須采用水準(zhǔn)儀來檢測，才能保證檢測結(jié)果的精準(zhǔn)性。

4.3.3 洞內(nèi)監(jiān)測：拱頂沉降和水平收斂拱頂下沉測點(diǎn)和凈空變化（圍巖收斂）測點(diǎn)布置在同一斷面，斷層帶每5m布設(shè)一個(gè)斷面，拱頂下沉測點(diǎn)原則上布置在拱頂軸線附近。

4.3.4 量測數(shù)據(jù)的處理與應(yīng)用：拱頂下沉、凈空收斂的位移量，繪制時(shí)態(tài)曲線。地表沉降值，繪制縱向和橫向時(shí)態(tài)曲線。

4.4 監(jiān)測結(jié)果分析處理

⑴在分析數(shù)據(jù)時(shí)，可根據(jù)散點(diǎn)圖進(jìn)行回歸分析，并將回歸分析得出的變形值與允許變形值比較，從而確定下一步施工采取的措施。

⑵根據(jù)位移變化速度判別

凈空變化速度持續(xù)大于5.0mm/d時(shí)，圍巖處于急劇變形狀態(tài)，應(yīng)加強(qiáng)初期支護(hù)。水平收斂（拱腳附近）速度小于0.2mm/d，拱頂下沉速度小于0.15mm/d，圍巖基本達(dá)到穩(wěn)定。

4.5 加強(qiáng)施工過程控制

強(qiáng)化開挖及支護(hù)的過程控制，隧道穿越斷層時(shí)設(shè)計(jì)采用三臺(tái)階開挖，施工時(shí)嚴(yán)格執(zhí)行。

Ⅳ級圍巖三臺(tái)階開挖橫斷面圖

4.5.1 ⑴隧道超前支護(hù)部分用鋼架支護(hù)。⑵弱爆破開挖①部。⑶施作①部導(dǎo)坑周邊的初期支護(hù)，即初噴4cm厚C30纖維混凝土，架立Ⅰ18型鋼鋼架，鋪設(shè)φ6鋼筋網(wǎng)，并打設(shè)Φ50鎖腳鋼管。

4.5.2 ⑴在滯后①部一段距離后，弱爆破開挖②部。⑵導(dǎo)坑周邊部分初噴4cm厚C30纖維混凝土，架立Ⅰ18型鋼鋼架，鋪設(shè)φ6鋼筋網(wǎng)，并打設(shè)Φ50鎖腳鋼管。⑶鉆設(shè)3.5m長徑向錨桿后復(fù)噴至設(shè)計(jì)厚度。

4.5.3 ⑴在滯后于②部一段距離后，弱爆破開挖③部。⑵初噴4cm厚C30纖維混凝土，架立Ⅰ18型鋼鋼架，鋪設(shè)φ6鋼筋網(wǎng)，并打設(shè)Φ50鎖腳鋼管。⑶隧底周邊部分噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度。

4.5.4 根據(jù)監(jiān)控量測結(jié)果分析，待初期支護(hù)收斂后，利用襯砌模板臺(tái)車一次性灌筑Ⅴ部拱墻二次襯砌。

4.5.5 掌子面徑向注漿：鋼架安裝完成后，開始徑向鉆孔，進(jìn)行徑向注漿。徑向注漿作為穿越斷層的一種重要輔助措施，有固結(jié)圍巖、降低圍巖孔隙率、止水的作用，因此，要嚴(yán)格注漿施工程序，重視注漿效果的檢查，可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整注漿參數(shù)，確保注漿效果。

4.5.6 超前預(yù)注漿：當(dāng)?shù)刭|(zhì)預(yù)報(bào)探測到斷層、巖溶區(qū)內(nèi)含水量較大、有溶洞、水包、泥包時(shí)應(yīng)對前方地層采取超前深孔注漿，固結(jié)巖層，確保安全通過。

5 結(jié)束語

綜上所述，在隧道施工過程中，遇到斷層破碎帶滲水問題時(shí)若不及時(shí)采取補(bǔ)救措施，就會(huì)引發(fā)周圍斷層出現(xiàn)一系列變化，從而使巖石穩(wěn)定性降低，使施工危險(xiǎn)系數(shù)增大，造成安全隱患事故的發(fā)生，同時(shí)巖石結(jié)構(gòu)發(fā)生變化后，強(qiáng)度及承載力都有所下降，對隧道工程的整體質(zhì)量帶來不利影響。另外，隧道周圍長期滲水也會(huì)給周邊自然環(huán)境帶來影響。因此，我們需要在施工過程中制定科學(xué)合理的施工方法與應(yīng)對措施，保證隧道施工安全，也為以后運(yùn)營安全提供強(qiáng)有力的保障。

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10.16767/j.cnki.10-1213/tu.2017.12.114