公路隧道穿越地質(zhì)活斷層掘進(jìn)施工技術(shù)

李勝義

(中鐵二十局集團(tuán)有限公司 陜西西安 710016)

1 工程概況

漳縣隧道位于甘肅省漳縣，為左右分離式雙洞隧道，左線起訖里程ZK26＋240～ZK28＋927.5，全長2 687.5 m；右線起訖里程YK26＋210～YK28＋936，全長2 726 m。隧址為祁連褶皺系與西秦嶺褶皺系交界的西秦嶺北緣，在構(gòu)造上屬鄂爾多斯臺地。隧道最大埋深245 m，最小埋深194.5 m，在K26＋900～K27＋060段以66°大角度與西秦嶺北緣斷裂帶F4斷層相交，施工難度極大，安全風(fēng)險(xiǎn)極高，也是全線的重難點(diǎn)控制性工程。

2 斷層地質(zhì)構(gòu)造與特性

2.1 斷層地質(zhì)情況

西秦嶺北緣斷裂是我國境內(nèi)六條板塊拼接帶之一，屬主體北傾的古板塊縫合帶，是我國西部具有區(qū)域地質(zhì)地貌劃分意義的斷塊邊界斷裂帶，地震活動強(qiáng)烈，是主要地震帶之一，屬區(qū)域性活動性斷裂。該斷裂帶主要由6條自然次級斷裂以左階羽列而成，其早期為一條壓性斷裂，第四紀(jì)晚更新世及全新世以來，成為以區(qū)域性左旋走滑為主兼具正斷分量的發(fā)展斷裂帶[1]。

其F4(漳縣-康勿里)斷層走向280°～290°，傾向195°，傾角65°，為正斷層，上盤巖性以上第三系(N)強(qiáng)～中風(fēng)化砂質(zhì)泥巖為主，下盤巖性以上泥盆～下石炭系(D3-C1)強(qiáng)～中風(fēng)化砂質(zhì)泥巖為主，斷層沿線斷崖、陡坎發(fā)育，左旋錯斷、地震遺跡較多。斷層活動性較強(qiáng)，新活動明顯，總體為左旋走滑，水平滑動速率為3.1 mm/a(Q4)，垂直滑動速率0.4 mm/a(Q4)，2013年岷縣漳縣6.6級地震發(fā)生前，設(shè)在跨F4斷層處四店觀測場測得震前形變達(dá)往期平均值的6～7倍。西秦嶺北緣斷裂帶其他幾個斷層歷史上大地震比比皆是，但以F4斷層活動誘發(fā)大地震的歷史記錄缺乏，因此該段層為易發(fā)強(qiáng)震的危險(xiǎn)區(qū)[2]。

隧址處F4斷層地表位于山體沖溝段，橫跨線路方向，溝深5～10 m，整體呈V字形，坡口寬10～16 m。對斷層地質(zhì)構(gòu)造、發(fā)育情況、圍巖特性、穩(wěn)定情況、地下水情況等進(jìn)行調(diào)查勘探，斷層破碎帶寬度約為110 m，下盤探孔揭示在距地表223 m位置為強(qiáng)風(fēng)化灰?guī)r伴有部分泥質(zhì)砂巖，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，有一定強(qiáng)度，整體呈碎狀結(jié)構(gòu)，完整性較差；上盤探孔揭示在距地表238 m位置為風(fēng)化泥巖，整體呈角礫碎石狀結(jié)構(gòu)，極為破碎、松散，失水后極易崩解呈碎屑狀，完整性較差，強(qiáng)度極低，基本無自穩(wěn)能力。通過對斷層破碎帶附近(K26＋800～K27＋105)進(jìn)行定量計(jì)算結(jié)合地形地貌定性分析，地應(yīng)力極高，主要由區(qū)域斷裂引起。斷層上盤、下盤及斷層破碎帶探孔均揭露地下水位較高，埋深為69 m、25 m、30.6 m，主要以基巖裂隙水狀態(tài)存在，通過大氣降水入滲法和地下徑流模數(shù)法計(jì)算隧道最大涌水量為3 600 m3/d。

2.2 斷層工程特性

活斷層變形來自斷層粘滑或蠕滑，危害性比較大且進(jìn)行工程處理困難。該斷層表現(xiàn)為正斷層兼具左旋走滑性質(zhì)，正斷層活動變形主要集中于上盤，表現(xiàn)為地面變形強(qiáng)烈，巖性破碎，最大主應(yīng)力近乎垂直，最小主應(yīng)力近乎水平。走滑斷層活動變形主要來自斷層面兩側(cè)相對水平運(yùn)動，最大或最小主應(yīng)力均近乎水平，最大剪應(yīng)力面是其近于直立的斷層面。左旋活動變形表現(xiàn)為斷層上下盤做相對逆時針旋轉(zhuǎn)。由于該斷層具有復(fù)合性，主應(yīng)力方向由不同水平和垂直分量合成，位移矢量也多由不同傾滑、走滑分量合成，實(shí)際應(yīng)力場更加復(fù)雜，圍巖應(yīng)力高。經(jīng)測量最大水平主應(yīng)力7.64～8.97 MPa，方位為N64°E，最小水平主應(yīng)力 6.43 ～6.74 MPa，巖體原位抗拉強(qiáng)度0.96 MPa，單軸飽和抗壓強(qiáng)度Rc為4.0 MPa，天然最大主應(yīng)力σ為2.23～2.60 MPa，Rc與σ比值小于4，屬極高應(yīng)力。

因斷層構(gòu)造作用，圍巖強(qiáng)度和穩(wěn)定性降低，壓縮性增大，巖體完整性較差，自穩(wěn)能力較弱，隧道側(cè)壁及拱頂易產(chǎn)生坍塌。有關(guān)研究表明在隧道穿越斷層掘進(jìn)過程中，主應(yīng)力隨開挖長度呈線形變化，邊墻處主應(yīng)力最大，主要范圍在斷層破碎帶內(nèi)[3]。拱頂下沉位移也較大，主要體現(xiàn)在斷層前10 m至斷層后30 m掘進(jìn)過程中。由于該斷層面滑移性狀極不穩(wěn)定，在施工中易發(fā)生較大沉降，掘進(jìn)時易發(fā)生坍塌或冒頂，加之?dāng)鄬悠扑閹r性軟弱，在高地應(yīng)力作用下洞壁巖體會產(chǎn)生位移，且持續(xù)時間長，成洞較差，極易產(chǎn)生塌方并伴有洞底隆起，因此穿越該斷層時邊墻和拱頂處發(fā)生坍塌的可能性最大，需要重點(diǎn)防范。斷層破碎帶是地下水的良好通道，斷層節(jié)理裂隙發(fā)育，易富集形成儲水帶，加之砂質(zhì)泥巖、泥巖等軟巖遇水易軟化，開挖時會以涌流狀出現(xiàn)，局部可能出現(xiàn)突水、涌水、涌泥等災(zāi)害[4]。

3 施工方案制定

3.1 方案制定原則

(1)鑒于隧道斷層位置為反坡掘進(jìn)地段，故安排在旱季施工，降低反坡排水量，減少滲流水補(bǔ)給。斷層開挖前先完成臨近段二次模筑砼襯砌，增強(qiáng)洞身穩(wěn)定，提高風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對能力。

(2)采用帷幕注漿、管棚、超前小導(dǎo)管等超前支護(hù)，增強(qiáng)斷層破碎帶圍巖穩(wěn)定性，改善最大主應(yīng)力和最大剪應(yīng)力方向受力條件，減小圍巖沉降和變形，預(yù)防拱頂和邊墻坍塌[5]。采用超前注漿和徑向注漿等措施填充圍巖裂隙，固結(jié)斷層破碎帶，形成洞周承載圈，提高圍巖強(qiáng)度和抵抗變形能力，降低透水率，減小斷層破碎帶涌水塌方風(fēng)險(xiǎn)。

(3)充分考慮斷層破碎帶圍巖變形，利用圍巖自承能力，開挖斷面采用曲邊墻拱形斷面，拱部為單心半圓，側(cè)墻為大半徑圓弧，仰拱與側(cè)墻間采用小半徑圓弧連接。

(4)根據(jù)斷層地質(zhì)和工程特性采用“短進(jìn)尺、短臺階、強(qiáng)支護(hù)、早成環(huán)”原則，根據(jù)斷層滑移速率每20 m設(shè)置一道變形縫并適當(dāng)擴(kuò)大開挖內(nèi)輪廓，采用短臺階法或側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖，減小一次性開挖面積，縮短暴露時間。初支采用強(qiáng)度高、剛度大的工字鋼拱架，輔以中空錨桿、網(wǎng)噴砼聯(lián)合支護(hù)，緊隨開挖施作及時封閉成受力環(huán)。針對高地應(yīng)力和軟巖圍巖，采用加大預(yù)留沉降量，雙層型鋼拱架加臨時鋼支撐、可伸縮鋼支撐加強(qiáng)支護(hù)；采用讓壓錨桿分散圍巖壓力，同時“邊支邊讓，先柔后剛”，通過對圍巖變形讓壓增大變形約束能力，控制軟巖大變形，提升支護(hù)強(qiáng)度，提高斷層處洞身長期穩(wěn)定性；采用斷面后注漿固結(jié)富水軟弱圍巖[6]。

3.2 開挖支護(hù)方案

(1)采用地質(zhì)調(diào)查分析、遠(yuǎn)近距離物探、鉆孔驗(yàn)證等綜合方法進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)測預(yù)報(bào)。

(2)根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)實(shí)施超前加固。當(dāng)圍巖含水量較小時(單孔水流量Q<2 m3/h且總水量Q<10 m3/h)，采用超前小導(dǎo)管，防止開挖面坍塌。

當(dāng)圍巖不能穩(wěn)定時，采用洞內(nèi)自進(jìn)式管棚及超前小導(dǎo)管預(yù)加固[7]。管棚桿體可作為注漿通道快速加固斷層軟弱破碎圍巖。管棚止?jié){塞能保持較強(qiáng)注漿壓力，有利于充分填充空隙，固結(jié)破碎巖體。并通過管口封堵墊板、螺母，可將深層圍巖應(yīng)力均勻傳遞至洞壁圍巖上，達(dá)到與圍巖互為支護(hù)的目的。管棚注漿采用隔孔注漿結(jié)合稀、濃漿反復(fù)交替方式，擠出臨近孔位裂隙水提高漿液擴(kuò)散半徑，半徑不小于0.5 m。

當(dāng)前方地層含水量較大(單孔水流量Q>2 m3/h且總水量Q>10 m3/h)或出現(xiàn)較大滲水、突水，采用全斷面超前帷幕注漿加固止水。如遇富水帶，總水量Q<10 m3/h，但個別單孔水流量Q>2 m3/h時，采取局部超前注漿。通過帷幕注漿擠出開挖斷面及其周邊圍巖裂隙水，充填圍巖裂隙并固結(jié)成一體，形成止水帷幕。根據(jù)該斷層地質(zhì)，帷幕注漿目標(biāo)為漿液擴(kuò)散半徑不小于2 m(注漿前壓水試驗(yàn)確定圍巖滲透參數(shù)以調(diào)制漿液)，漿液填充率不小于80%(按總注漿量反算)，檢查孔取芯率大于80%，加固體抗壓強(qiáng)度不小于3 MPa，巖體RQD指標(biāo)達(dá)到75～80。開挖后洞壁大面積滲水淋水以及富水量大、軟巖大變形地段，增加開挖斷面和基底環(huán)向注漿固結(jié)加固，注漿填充率不小于8%，單點(diǎn)壓水試驗(yàn)檢查透水率不大于2 Lu。

(3)根據(jù)位移管理等級確定施工狀態(tài)、開挖方法和支護(hù)參數(shù)。當(dāng)沉降變形量在0～30 cm時，采用三臺階預(yù)留核心土法開挖，φ42小導(dǎo)管徑向注漿、R25中空注漿錨桿、22b型鋼拱架及網(wǎng)噴早強(qiáng)砼支護(hù)。當(dāng)沉降變形量在30～60 cm時，采用三臺階臨時仰拱法開挖，φ42小導(dǎo)管徑向注漿、RZW25C型讓壓錨桿、雙層 20a型鋼拱架、18臨時鋼支撐及網(wǎng)噴早強(qiáng)砼支護(hù)。當(dāng)沉降變形量在60～100 cm時，采用單側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖，φ42小導(dǎo)管徑向注漿、RZJ32型讓壓錨桿、36U可伸縮和 22a型雙層鋼拱架及網(wǎng)噴早強(qiáng)砼支護(hù)。小導(dǎo)管徑向注漿漿液擴(kuò)散半徑為0.75～1 m。開挖后拱部及邊墻沉降收斂嚴(yán)重時，可增加臨時仰拱支護(hù)或大拱腳支撐、加強(qiáng)鎖腳錨固等措施進(jìn)行支護(hù)加強(qiáng)，控制變形[8]。中空錨桿采用可記憶止?jié){塞，把注漿相關(guān)參數(shù)如孔口壓力、注漿量、注漿日期等儲存起來，注漿結(jié)束后采集數(shù)據(jù)判斷注漿是否達(dá)到要求[9]。

4 斷層施工技術(shù)

4.1 準(zhǔn)備工作

掘進(jìn)至F4斷層影響帶前，對斷層原地表進(jìn)行警戒標(biāo)識，并對洞頂沖溝、黃土陷穴做防水處理。進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，做好三種支護(hù)方案和反坡排水材料、設(shè)備及人員準(zhǔn)備工作，隨時做好應(yīng)變準(zhǔn)備。

4.2 地質(zhì)超前預(yù)測預(yù)報(bào)

(1)地質(zhì)調(diào)查分析:每個循環(huán)開挖后對地質(zhì)構(gòu)造、巖性、結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀、地下水出露位置及出水量等進(jìn)行地質(zhì)素描。

(2)遠(yuǎn)近距離物探:當(dāng)掌子面開挖至K26＋770里程時進(jìn)行TSP探測，預(yù)報(bào)長度100 m，開挖80 m后進(jìn)行第二次預(yù)報(bào)，通過預(yù)報(bào)基本掌握斷層破碎帶位置及規(guī)模等情況。在遠(yuǎn)距離物探基礎(chǔ)上，采用瞬變電磁儀精確探測前方斷層破碎帶地下水富集情況，每次探測30 m搭接10 m；采用地質(zhì)雷達(dá)探測前方巖體破碎程度及空洞，每次探測30 m搭接10 m。

(3)鉆孔驗(yàn)證:采用超前鉆探方式對預(yù)報(bào)情況進(jìn)行直觀驗(yàn)證，精確掌握前方圍巖情況，在斷面拱部及左、右側(cè)分別布置3個探孔，每次鉆探20～30 m搭接10 m。若掌子面出水較大，則結(jié)合出水點(diǎn)布孔，兼作泄水孔使用。鉆探過程對鉆進(jìn)速度、取芯情況、出水位置、流量、水壓、水溫等進(jìn)行詳細(xì)記錄[10]。取芯后及時整理數(shù)據(jù)，分析圍巖情況。

4.3 超前預(yù)加固

(1)超前小導(dǎo)管預(yù)加固

超前小導(dǎo)管采用φ60×5 mm鋼花管，長度300 cm，環(huán)向間距40 cm，縱向每180 cm(三榀拱架)施作一環(huán)，垂直于開挖斷面環(huán)向布設(shè)，布設(shè)范圍為拱部126°，外插角10°～15°并嚴(yán)格控制，掌子面采用φ8 mm鋼筋網(wǎng)片、20 cm厚C25噴射砼封閉。注1∶1水泥漿，注漿量1.59 m3/環(huán)，注漿壓力0.5～1.0 MPa，可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際進(jìn)行調(diào)整。小導(dǎo)管尾部安裝止?jié){閥，以確保注漿效果。采用隔孔注漿，由低壓逐級增至高壓，當(dāng)壓力超出警戒壓力后換孔注漿[11]。注漿過程中隨時觀察注漿壓力及注漿量變化，做好注漿記錄，以便分析注漿效果。

(2)自進(jìn)式管棚加超前小導(dǎo)管施工

自進(jìn)式管棚鉆桿采用φ76×9.5 mm，長度15 m，環(huán)向間距40 cm，仰角2°，根據(jù)每根管棚中心線、高程、仰角安裝軌道及鉆機(jī)，由奇數(shù)孔開始鉆進(jìn)，再到偶數(shù)孔鉆進(jìn)。奇數(shù)孔第一根鉆桿均采用3 m長，偶數(shù)孔第一根均采用4 m長。管棚注漿前先注壓清水清理管道并測試壓力值，一切正常后拌制1∶1水泥漿，漿液內(nèi)摻5%水玻璃，濃度35 Be′，模數(shù)2.4，攪拌均勻后過網(wǎng)濾篩注漿。

掌子面開挖前施作超前小導(dǎo)管，進(jìn)一步加強(qiáng)拱部圍巖穩(wěn)定性，小導(dǎo)管采用φ42×4 mm鋼花管，外插角10°～15°，環(huán)向間距35 cm(根據(jù)情況調(diào)整)。變形沉降量30～60 cm時，長度采用350 cm，縱向每200 cm(兩榀拱架)施作一環(huán)。變形沉降量達(dá)到60～100 cm時，長度采用300 cm，縱向每180 cm(三榀拱架)施作一環(huán)。遇圍巖松散度較大時，環(huán)向間距按照20 cm布置。小導(dǎo)管內(nèi)注1∶1水泥漿液。

施工控制要點(diǎn):①管棚注漿初壓0.5～1.0 MPa，終壓2.0 MPa，完成后用M10砂漿填充管體，保證管棚整體剛度。②嚴(yán)格控制管棚注漿速度，保持穩(wěn)定注漿壓力，并根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整漿液，確保擴(kuò)散半徑足夠。③超前小導(dǎo)管避開管棚交錯打設(shè)，確保管棚和超前小導(dǎo)管結(jié)合效果。超前小導(dǎo)管注漿壓力控制在0.5～2.0 MPa。

(3)超前帷幕注漿

全斷面超前帷幕注漿加固范圍為開挖輪廓線以外6 m，注漿段長度為30 m，每段注漿孔按三環(huán)布設(shè)。1＃環(huán)設(shè)置20個，孔深12 m，孔間距150 cm；2＃環(huán)設(shè)置20個，孔深20 m，孔間距120 cm；3＃環(huán)設(shè)置18個，孔深30 m，孔間距80 cm。每環(huán)孔號按從左至右順序編排，止?jié){墻采用50 cm厚C25砼，按照上臺階→中臺階→下臺階順序施作。施作中下臺階止?jié){墻時，為防止掌子面垮塌，將中下臺階核心土挖成斜面。徑向注漿小導(dǎo)管采用φ42×4 mm鋼管，長度500 cm，環(huán)向間距100 cm，斜插角45°，縱向每2榀施作一環(huán)，梅花形布置。漿液采用1∶1水泥漿液，添加5%的水玻璃，注漿壓力0.5～2.5 MPa，注漿量12.5 m3/環(huán)。

采取局部超前注漿加固范圍為隧道開挖輪廓線外4.5 m，注漿孔布置根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況確定。

注漿孔開孔直徑115 mm，終孔直徑75 mm。成孔注漿采用分段前進(jìn)式注漿，每鉆進(jìn)5～7 m即開始注漿，達(dá)到要求后開始下一階段鉆進(jìn)注漿。漿液采用水泥-水玻璃雙液漿，水泥與水玻璃(體積比)在0.6～1 之間，水灰比0.8∶1 ～1∶1，水玻璃濃度35 Be′，注漿終壓3～4 MPa。每循環(huán)開挖24 m，保留6 m止?jié){巖盤。

施工控制要點(diǎn):①鉆孔前止?jié){墻砼強(qiáng)度須達(dá)75%，鉆桿與設(shè)計(jì)孔中心線吻合，孔深偏差≤1/40孔深。②作好鉆孔過程記錄，包括孔號、進(jìn)尺、起止時間、巖石裂隙發(fā)育情況、出現(xiàn)涌水的位置、涌水量和涌水壓力等，通過后序孔檢查前序孔注漿效果、調(diào)整注漿參數(shù)。③拌和按順序加料，水、水泥、水玻璃誤差≤5%，外加劑誤差≤1%，漿液中外加劑未完全溶解不得加入水泥，摻有速凝劑的水泥漿必須在30 min內(nèi)用完。④當(dāng)水壓一般時鉆孔采用機(jī)械膨脹式止?jié){塞，當(dāng)水壓很高時須在孔口管上安裝止?jié){閥。⑤壓水試驗(yàn)過程應(yīng)詳細(xì)記錄，測試地層滲透性能以確定注漿配合比。⑥注漿采用先外圈后內(nèi)圈、先上臺階后下臺階、先無水孔后有水孔地逐步加密注漿。遇水即注漿，再掃孔再注漿，直至設(shè)計(jì)孔深。采取反復(fù)注入、稀漿與濃漿交替注入、壓力控制與注漿量控制相結(jié)合的措施[12]，初始壓力為1.2倍靜水壓力，注漿時間根據(jù)漿量注入速度靈活調(diào)整。⑦注漿時須保證凝膠時間的準(zhǔn)確性，單孔注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，壓力逐步升高至設(shè)計(jì)終壓，P-t曲線呈上升趨勢，Q-t曲線呈下降趨勢，繼續(xù)注漿10 min以上，結(jié)束時進(jìn)漿量小于5 L/min。全段結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，所有注漿孔均符合單孔結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，預(yù)測涌水量小于3 m3/m/d，有效注入范圍大于設(shè)計(jì)值。

注漿效果檢查:除達(dá)到注漿加固目標(biāo)外，對檢查孔進(jìn)行注漿檢查。當(dāng)壓力上升很快且進(jìn)漿量很小，1.0 MPa壓水檢查吸水量小于2 L/m/min；檢查孔成孔好，無流泥、塌孔現(xiàn)象，漿液充填飽滿，涌水量小于0.2 L/m/min，取芯率大于80%；注漿異常區(qū)經(jīng)抽查符合要求，視為注漿合格。

4.4 開挖支護(hù)

(1)三臺階預(yù)留核心土法

開挖采用人工配合機(jī)械，嚴(yán)禁爆破，每循環(huán)進(jìn)尺60 cm，變形量按照30 cm預(yù)留，若沉降收斂較大時根據(jù)情況調(diào)整。先開挖上臺階環(huán)形導(dǎo)坑并預(yù)留核心土，開挖后及時進(jìn)行初噴→施作中空錨桿→鋪掛鋼筋網(wǎng)片→架立鋼拱架→打設(shè)鎖腳小導(dǎo)管→施作徑向注漿小導(dǎo)管→噴射砼封閉→中空錨桿及徑向小導(dǎo)管注漿，再依次開挖中臺階左、右側(cè)壁導(dǎo)坑和核心土，最后開挖下臺階左、右側(cè)壁導(dǎo)坑和核心土。

施工控制要點(diǎn):①預(yù)留核心土長度3～5 m，面積不得小于上半斷面的50%，初支緊跟開挖面，上部初支基本穩(wěn)定后才能開挖下部。②中、下臺階初支雙側(cè)交錯施工，避免上部初支兩側(cè)拱腳同時懸空，每次落底長度不小于3 m。③拱架應(yīng)置于牢固基礎(chǔ)之上，必要時采用砼墊塊或托梁。鎖腳鋼管緊貼拱架垂直向下30°～45°打設(shè)，注漿提高鎖腳處圍巖強(qiáng)度，確保拱架穩(wěn)定。④初支完成后及時施作仰拱封閉成環(huán)，仰拱和仰拱回填須錯開50 cm，每循環(huán)長度不大于3 m，全幅一次性澆筑，確保整體穩(wěn)定性，具體參數(shù)見表1。

表1 三臺階預(yù)留核心土開挖法支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)

(2)三臺階臨時仰拱法

采用人工配合機(jī)械開挖，每循環(huán)進(jìn)尺1 m。臨時仰拱采用10 cm厚C25噴射砼，并增設(shè)豎向臨時鋼支撐。施工流程為:上臺階環(huán)型導(dǎo)坑開挖及初支并預(yù)留豎向臨時鋼支撐連接板→中臺階左側(cè)導(dǎo)坑開挖及初支→中臺階右側(cè)導(dǎo)坑及核心土開挖，臨時仰拱、豎向臨時鋼支撐和初支施工→下臺階左側(cè)導(dǎo)坑開挖及初支→下臺階右側(cè)導(dǎo)坑及核心土開挖、初支施工及豎向臨時鋼支撐落底→仰拱施工及仰拱填充封閉成環(huán)、拆除垂直豎撐。

隧道拱部和邊墻預(yù)留變形量30～60 cm，根據(jù)監(jiān)控量測和數(shù)理分析計(jì)算綜合確定，仰拱預(yù)留變形量根據(jù)實(shí)際變形調(diào)整。內(nèi)外層拱架錯開布設(shè)，拱架縱向連接采用 18槽鋼。錨桿采用外錨段讓壓型錨桿，梅花形布設(shè)，根據(jù)巖層產(chǎn)狀設(shè)置錨桿方向和位置，與巖層面間距不大于3 cm，讓壓力不小于90 kN，桿體極限拉力不小于180 kN，讓壓量根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)確定，具體參數(shù)見表2。

表2 三臺階臨時仰拱法支護(hù)參數(shù)

(3)單側(cè)壁導(dǎo)坑法

采用人工配合機(jī)械開挖，每循環(huán)進(jìn)尺60 cm。施工流程為:開挖左側(cè)上導(dǎo)坑→左側(cè)上導(dǎo)坑拱部初支、上導(dǎo)坑單側(cè)壁臨時初支及臨時仰拱支護(hù)→開挖左側(cè)下導(dǎo)坑、下導(dǎo)坑單側(cè)壁臨時初支→左側(cè)下導(dǎo)坑初支→開挖右側(cè)上導(dǎo)坑→右側(cè)上導(dǎo)坑拱部初支及臨時仰拱支護(hù)→開挖右側(cè)下導(dǎo)坑→右側(cè)下導(dǎo)坑初支。

隧道拱部和邊墻預(yù)留變形量60～100 cm，根據(jù)監(jiān)控量測和數(shù)理分析計(jì)算綜合確定，仰拱預(yù)留變形量根據(jù)實(shí)際變形調(diào)整。先行導(dǎo)坑初支基本穩(wěn)定后進(jìn)行后行導(dǎo)坑開挖，第一層拱架采用36U可伸縮鋼拱架，第二層拱架采用 22a型鋼拱架，兩層拱架交錯布置，第一層達(dá)到伸縮位置后再施作第二層，拱架縱向采用槽鋼連接。徑向注漿分級施作，變形量30～60 cm時施作一次，變形接近穩(wěn)定時再施作一次。錨桿采用自進(jìn)式中空注漿讓壓型錨桿，讓壓力不小于120 kN，桿體極限拉力不小于290 kN，讓壓量根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)確定，具體參數(shù)見表3。

表3 單側(cè)壁導(dǎo)坑法支護(hù)參數(shù)

(4)開挖后周邊注漿

開挖后周邊注漿加固范圍為隧道開挖輪廓線外5 m，注漿管采用5.2 m長φ46鋼管，縱向間距15 cm，梅花形布置，注漿孔與隧道軸線呈60°夾角，孔深4.5 m，隧底注漿根據(jù)涌水量、圍巖破碎程度靈活設(shè)置。

當(dāng)以堵水為主時，采用水泥-水玻璃雙液漿，體積比 1∶0.6 ～1∶1，水玻璃濃度35 Be′，模數(shù) 2.6 ～2.8，當(dāng)以加固圍巖為主時則采用純水泥漿。每環(huán)注漿量47.6 m3，按填充率8%考慮。

對于一個注漿段，注漿順序從兩邊到中間，分兩序隔排施工，對于同一排孔則按由上至下順序進(jìn)行。一般情況下均采用全孔一次注漿，當(dāng)成孔性較差時應(yīng)分兩段采用前進(jìn)式注漿。注漿壓力1.0 MPa，采用純壓式灌漿。第一序孔按注漿量控制，達(dá)到或接近擬定注漿量時結(jié)束；第二序孔按注漿壓力控制，達(dá)到設(shè)計(jì)注漿壓力后，注漿量逐漸減少，最終小于1 L/min，并持續(xù)10 min以上，結(jié)束注漿。

(5)監(jiān)控量測

初支完成后，及時布設(shè)沉降觀測點(diǎn)和凈空收斂觀測點(diǎn)，每個斷面布設(shè)5個點(diǎn)。沉降觀測點(diǎn)設(shè)置在拱頂軸線附近，收斂點(diǎn)對稱布設(shè)在起拱線位置和左右側(cè)邊墻上?？v向每5 m一道，確保上、中臺階各有一條水平收斂測線，實(shí)時監(jiān)控初支沉降收斂情況，以便及時采取防護(hù)措施和調(diào)整支護(hù)參數(shù)。

5 結(jié)束語

針對漳縣隧道F4活動斷層，通過綜合地質(zhì)預(yù)測預(yù)報(bào)探明斷層巖體狀況，采用小導(dǎo)管、管棚、帷幕注漿等超前支護(hù)措施固結(jié)加固斷層破碎帶，針對不同沉降收斂變形采用三臺階預(yù)留核心土法、三臺階臨時仰拱法、單側(cè)壁導(dǎo)坑法等開挖支護(hù)方案，采用徑向注漿強(qiáng)化加固效果，順利掘進(jìn)通過。下一步將繼續(xù)加強(qiáng)斷層活動、圍巖穩(wěn)定程度和支護(hù)結(jié)構(gòu)可靠性等安全信息監(jiān)測工作，并對襯砌受力變形數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，驗(yàn)證支護(hù)和襯砌實(shí)施效果，為今后類似地質(zhì)隧道設(shè)計(jì)與施工提供參數(shù)依據(jù)和施工經(jīng)驗(yàn)。