鐵路隧道穿越富水斷層破碎帶施工技術

張 松

（中鐵十九局集團第二工程有限公司，遼寧遼陽 111000）

0 引言

若鐵路隧道修建過程中需穿越富水斷層破碎帶，那么施工時需要對工程進行控制，可采取恰當的施工輔助條件增加施工成功率。常用方法：利用超前地質預報進行地質條件分析；利用監(jiān)控測量實時掌握施工具體環(huán)節(jié)；監(jiān)控整個施工過程。以富水斷層破碎帶的工程特點為切入點，探討施工要點。

1 工程概況

工程線路總長度19 649 m，其中有2個正線隧道，長度18.4 km，線路全長19.649 km。輔助坑道數量5個，總長度6.264 km。標段的總體工程量既有橋涵、隧道施工，又有軌道施工。工程中的隧道工程為建設重點與難點。首要的隧道工程為安定隧道，正洞總長度8.654 km，埋深最大距離0.88 km，最小埋深距離0.02 km。本隧道施工中設有3#和4#斜井，3#斜井長度2.228 km，4#斜井長度1.909 km。

2 富水斷層破碎帶特點

當隧道長度和工期較長時，很容易遇到地質相對復雜的施工情況。常見的不良地質包括富含地下水的斷層破碎帶，地層內巖體破碎，結構松散，主要類型為山角礫土、碎裂巖和斷層泥。破碎帶的構成成分較復雜，自穩(wěn)性能很差，富含地下水。上述內容給隧道的整體施工都帶來麻煩，若管理組織不當，會出現坍塌、冒水等施工危險[1]。

3 富水斷層破碎帶施工中易發(fā)生突泥突水事故的原因

富水斷層破碎帶容易出現突泥突水等災害的主要原因有3種：①沒有針對該地層的特點設置專門的施工方案，沒有采用恰當的施工輔助設備。②施工監(jiān)測不到位，沒有及時掌握水壓、水量等各項指標的變化，沒有相對應的應急預案。③坍塌事故發(fā)生時，在還未掌握具體情況的前提下就清除淤泥，恢復施工，引發(fā)大型的突泥突水災害事故。經多年的施工經驗證明，隧道的開挖與清除淤泥階段很容易出現突泥突水現象。

4 鐵路隧道穿越富水斷層破碎帶施工技術

4.1 加強超前地質預報

獲取超前地質預報可采用專門的測試工具，常見的有TSP超前地質預報儀和地質雷達預報。本工程中將兩者結合應用，在探測中發(fā)現圖紙標定的斷層帶前方，有一段（15～20）m的地段可能存有斷層帶。用水平地質鉆機驗證了猜測結果，結合地質素描的手段進行了地質勘測。綜合3種預測方式，完成本工程的超前地質預報，掌握了施工現場斷層帶的規(guī)模、地下水含量和巖層的構成等地質條件。

4.2 加強監(jiān)控量測

監(jiān)控量測可以觀測到施工中圍巖的變化情況和支護的狀態(tài)，設置監(jiān)測點時需根據施工現場的開挖支護作業(yè)的結果設立，也可根據需要增設監(jiān)測點。因其關系到整個隧道建設的安全控制，施工人員需高度重視。制定相應監(jiān)測方案，按照施工計劃，嚴格監(jiān)控施工現場圍巖和支護結構隨著施工的推進發(fā)生的變形情況，并記錄下監(jiān)控數據。每隔一段時間，需對檢測數據進行整理分析，統(tǒng)計對應項目的變化情況，報送給相關負責人。正常狀態(tài)下1周報送1次，特殊狀態(tài)下，可每天1次。

4.3 穿越富水斷層破碎帶主要施工方法

（1）超前帷幕注漿。注漿材料選用水泥水玻璃雙液漿或水泥漿液，按照從內圈到外圈的注漿順序進行施工。鑒于破碎帶施工時很容易產生塌孔的現象，需采用前進式注漿方式。30 m是每一循環(huán)需注漿的長度，同時要確保開挖距離達到25 m，預留出5 m的距離作為止?jié){巖盤。在第一循環(huán)內設置厚度為2 m的比漿墻，距離正洞襯砌開挖面0.5 m處的范圍為外輪廓。當注漿結束后，要檢查每個注漿孔的注漿情況并做好記錄。以數據為基礎分析注漿的效果，若注漿效果不達標，可進行取芯檢測再次驗證注漿結果，若也不達標可進行二次注漿[2]。圖1為超前帷幕注漿工藝。

圖1 超前帷幕注漿工藝

（2）超前管棚支護。隧道超前支護的形式有多種方式，常見的有A108 mm大管棚支護，A60 mm中管棚支護、小導管支護等，需要根據不同的施工地質條件靈活選用支護的形式。本工程的超前管棚支護形式操作如下。

首先借助于管棚鉆機設備的輔助，利用沖擊回旋鉆將套管插入巖層內，鉆進成孔時要借助于大扭矩回轉套管的幫助，這樣成孔的精度較高，深度也符合標準。使用液壓夾頭，便于固定或打開鉆具的絲扣，可減少人工的勞動強度。液動注水泵的使用可以為清潔管具、清洗殘渣帶來便利的施工條件。當管棚支護完成之后，才能進行隧道的開挖，但開挖的最大長度需控制在整個管棚總長度的0.9倍以內。若超出這一限定值，可重復進行管棚支護，直到隧道施工開挖穿越了破碎帶為止。部分作業(yè)施工見圖2。

圖2 超前管棚支護施工

（3）開挖及支護。本工程開挖時采用的方法是臺階法+臨時仰拱法，當開挖按循環(huán)進尺的形式進行時，可搭建臨時仰拱，與上臺階的施工錯開（3～5）m后，可同時同步進行下臺階的開挖。上臺階與下臺階的開挖，不論是從時間上還是從循環(huán)方式上都保持同步進行。在開挖操作之后，可采用噴錨支護，搭建支護鋼架，并將其與鋼筋網通過焊接的方式連為一個整體，及時設置鎖腳錨管。為增強鎖腳錨管的穩(wěn)固性能，對其進行灌漿，確保與拱架牢固地焊接在一起。

注意巖面的軟硬，對硬度較大的巖面可以采用高壓水清潔，對硬度較小，比較軟的巖面可采用高壓風，將附著在巖面上的雜質吹干凈。若有松動的巖體，可以手動敲除，當桿體很長時可切除多余的部分。經過上述步驟的處理，待確定整個巖面的干凈度符合標準之后，可進行噴硅施工。施工中要遵循先邊墻施工后拱部噴硅的原則，在終凝達到1 h之后方可進行復噴。注意混凝土噴射的回彈率需符合標準：邊墻回彈率要≤15%，拱部回彈率要≤25%。上述操作完成之后，要盡早錯位開挖仰拱，安裝鋼架，加快初期支護的閉合速度，注意整個仰拱體系穩(wěn)定性能。

5 施工效果分析

在整個隧道的破碎帶施工中要注意監(jiān)測的工作銜接需連貫，不可間斷。為了獲取更為準確的監(jiān)測數據，需在鋼架的連接板上高出0.4 m的距離處安裝監(jiān)控設備，在鋼架的兩側頂入相互對稱的鎖腳錨管（型號A42 mm），鎖腳錨管應與鋼架構成45°傾角，并對其進行焊接施工，以增強結構的穩(wěn)定性能。當監(jiān)測數據穩(wěn)定之后，要拆除I18鋼拱架，隨后進行掛網噴射混凝土封閉。置換鋼拱架的長度需達到6 m，一旦監(jiān)測結果顯示穩(wěn)定之后，即可執(zhí)行二襯施工。該環(huán)節(jié)的操作施工需采取安全措施：①使用人工+機械作業(yè)的方式來完成原鋼架的拆除工作，不能使用爆破作業(yè)，以免產生安全事故。②固定住鋼架腳，可以借助混凝土輔助施工，以固定鋼架腳的位置。③接觸初期支護時，需實時監(jiān)控周圍巖石的變化情況，若出現異常應停止操作，待恢復正常之后再恢復施工。

6 結束語

地鐵隧道修建過程中需穿過富水斷層破碎帶施工時，需堅守安全第一的理念。為避免出現事故，可采用超前支護手段輔助施工，不斷完善施工的標準，進而提升施工質量。這是個長久的研究課題，分析破碎帶不良地質下鐵路隧道施工的案例，可以為其他工程的修建提供參照。