隧道穿越斷層地帶施工技術(shù)

劉飛翔，彭學(xué)軍，湯 宇，凌 濤，劉曉凱，李 強(qiáng)

（中鐵五局集團(tuán)第一工程有限責(zé)任公司，湖南 長沙 410117）

1 工程概況

該標(biāo)段為新建鐵路興國至泉州線興寧段工程施工總價承包XQXN-3標(biāo)段，位于江西省贛州市寧都縣和于都縣兩縣境內(nèi)，起訖里程DK39+790.32～DK101+119.8，管段長度61.3km，主要施工內(nèi)容如下：路基23.64km，占管段線路長度的38.6%，橋梁18.952km，64座，占管段線路長度的30.9%，隧道18.708km，19條，占管段線路長度的30.5%，車站6座及相關(guān)大臨設(shè)施施工。

隧道全長18.708km，其中Ⅴ級圍巖6.722km，占35.9%；Ⅳ級圍巖6.286km，占33.6%；Ⅲ級圍巖2.590km，占13.8%，Ⅱ級圍巖3.110km，占16.7%。

2 斷層情況

區(qū)內(nèi)構(gòu)造運(yùn)動頻繁、強(qiáng)烈，構(gòu)造規(guī)模巨大多具造山運(yùn)動性質(zhì)，線路經(jīng)過的主要斷裂構(gòu)造為宜黃－寧都斷裂帶，該活動斷裂均為非全新活動斷裂，該標(biāo)段隧道通過的斷裂構(gòu)造統(tǒng)計(jì)如表1所示。

表1 XQXN-3標(biāo)斷層帶統(tǒng)計(jì)表

3 施工方案

斷層地帶圍巖松散，裂隙發(fā)育，容易造成坍塌、冒頂、突水、突泥等地質(zhì)災(zāi)害，影響工期目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。為此，在穿越斷層時，要加強(qiáng)過程控制，充分利用超前地質(zhì)預(yù)報、監(jiān)控量測等相關(guān)手段指導(dǎo)現(xiàn)場施工，對施工過程實(shí)行動態(tài)、全過程監(jiān)控。穿越斷層、圍巖破碎帶地段，采用超前導(dǎo)管注水泥漿通過[1-3]。

3.1 超前預(yù)報方案

一般隧道施工采用的超前地質(zhì)預(yù)報主要包括地質(zhì)素描法、TSP地震波法、地質(zhì)雷達(dá)、地質(zhì)水平鉆探四種方法，根據(jù)隧道穿越斷層帶圍巖的實(shí)際情況，采用其中一種或者幾種相結(jié)合的手段探測圍巖，認(rèn)真分析探測預(yù)報的信息，能夠?yàn)楝F(xiàn)場施工、決策提供依據(jù)，確保隧道施工安全[4-5]。

3.2 隧道開挖

（1）施工工藝。穿越斷層帶采用臺階法加臨時仰拱施工，如圖1所示。第一，開挖①部，施工①部臺階周邊的初期支護(hù)。先噴射40mm厚的混凝土，然后架立鋼架，鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)，鉆設(shè)徑向錨桿后繼續(xù)噴射混凝土至設(shè)計(jì)厚度，施作下一循環(huán)超前支護(hù)。第二，架設(shè)①部底部臨時橫撐，并噴混凝土（厚20cm）封閉臨時仰拱。第三，在滯后①部一段距離后，開挖②部，施作邊墻初期支護(hù)先噴射40mm厚的混凝土，接長鋼架，鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)，鉆設(shè)徑向錨桿后繼續(xù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度。第四，在滯后于②部一段距離后，開挖③部，施作隧底噴混凝土。第五，在滯后于③部一段距離后，灌筑 部仰拱及邊墻基礎(chǔ)。第六，灌筑仰拱填充 部至設(shè)計(jì)高度。第七，施工防排水工程，一次性灌筑 部（拱墻）襯砌。

（2）爆破設(shè)計(jì)。由于斷層帶圍巖較為破碎，易發(fā)生塌方、涌水突泥等地質(zhì)災(zāi)害，因此應(yīng)盡可能減少爆破對圍巖擾動，減少塌方概率，為隧道快速施工創(chuàng)造條件。鉆爆器材選用：采用2號巖石乳化炸藥。選擇合理時間段差：為避免爆破震動疊加，雷管采用跳段使用，時差控制在100ms左右。循環(huán)進(jìn)尺：斷層帶應(yīng)嚴(yán)格控制循環(huán)進(jìn)尺，一般根據(jù)地質(zhì)條件及單榀鋼架間距確定，循環(huán)進(jìn)尺可控制在0.7～0.8m。鉆眼設(shè)計(jì)：根據(jù)斷層地帶圍巖的特點(diǎn)合理選擇周邊眼間距及周邊眼的最小抵抗線，輔助炮眼交錯均勻布置，周邊炮眼與輔助炮眼眼底在同一垂直面上，掏槽眼加深20cm。嚴(yán)格控制周邊眼裝藥量，間隔裝藥，使藥量沿炮眼全長均勻分布。周邊眼選用低密度、低爆速、低猛度的炸藥。

3.3 洞身管棚

穿越斷層帶拱部采用Φ89mm管棚支護(hù)，壁厚6mm，單根長度為10m，環(huán)向間距為0.4m，縱向一環(huán)間距為6.0m[6]。漿液采用水泥漿或水泥砂漿，當(dāng)圍巖破碎，地下水發(fā)育時，為調(diào)凝需要，可部分采用水泥-水玻璃雙液漿，要求漿液強(qiáng)度不小于M10，漿液水灰比值為0.5～2，注漿壓力為0.5～1.0MPa，施工時先設(shè)置漿液配比，采用水泥砂漿時砂必須先經(jīng)過篩分，以保證砂漿的流動性，確保注漿效果。Φ89mm鋼管管壁須鉆注漿孔，孔徑為10～16mm，孔間距為10～20cm，呈梅花型布置，前端加工成錐形，尾部長度不小于100cm作為不鉆孔的止?jié){段。

圖1 臺階法加臨時仰拱示意圖（單位：cm）

3.4 錨桿

穿越斷層帶包含Φ22mm組合中空錨桿，拱部梅花型布置，單根長3.0m，間距1.2m×1.0m（環(huán)向×縱向）；Φ22mm砂漿錨桿，邊墻梅花型布置，單根長3.0m，間距1.2m×1.0m（環(huán)向×縱向）；Φ25玻璃纖維錨桿，上臺階梅花型布置，單根長6.0m，縱向3.0m一循環(huán)，間距1.2m×1.0m（環(huán)向×縱向）。

3.5 鋼架

穿越斷層帶型鋼鋼架采用Ⅰ18工字鋼，全環(huán)布設(shè)；型鋼鋼架在開挖初噴砼4cm后架設(shè)，并復(fù)噴砼將鋼架覆蓋，其保護(hù)層厚度不小于3cm；拱墻鋼架架設(shè)時定位鋼筋采用HRB400Φ16mm鋼筋，Φ16mm定位鋼筋每個單元均勻設(shè)置2處，每處長1m。并于拱腳及邊墻腳位置設(shè)鎖腳錨管，每處2根（一根Φ42mm、一根Φ76mm鋼化管），每環(huán)共8根，每根長度為4m；鋼架腳必須放在牢固的基礎(chǔ)上，必要時用砼回填基底。

3.6 噴砼

上臺階臨時仰拱采用C25噴射砼，噴砼厚5cm。初期支護(hù)采用C25噴射砼，拱部、邊墻及仰拱均為25cm。為減少回彈，改善施工作業(yè)環(huán)境，噴射砼采用濕噴技術(shù)。砼按設(shè)計(jì)配合比計(jì)量，砂石料采用強(qiáng)制式拌和機(jī)攪拌均勻后再拌制砼。在軟巖、淋水地段，為了確保洞體穩(wěn)定，噴射作業(yè)緊跟開挖作業(yè)面，混凝土終凝到下一循環(huán)爆破作業(yè)時間不小于3h。

3.7 超前注漿

如果斷層及其破碎帶段存在高壓富水區(qū)，且規(guī)模較大，則有可能涌水、突水，如果巖體結(jié)構(gòu)性能又軟弱，那么開挖后易導(dǎo)致掌支面失穩(wěn)誘發(fā)突水、突泥，此時可采取超前周邊注漿和開挖后局部徑向注漿（洞周5m）措施進(jìn)行針對性堵水，并根據(jù)開挖提示情況確認(rèn)注漿段落及注漿范圍。

3.8 其他措施

斷層帶圍巖不穩(wěn)定，開挖過程中可采取如下安全措施：（1）施作超前管棚。嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)及規(guī)范要求管超前、嚴(yán)注漿。（2）鎖腳錨管。鎖腳錨桿（管）必須按照設(shè)計(jì)要求嚴(yán)格施作，端頭與型鋼腳趾焊接牢固，防止型鋼松動，必要時應(yīng)增加數(shù)量及長度，嚴(yán)格注漿。（3）系統(tǒng)錨桿施作。按照設(shè)計(jì)要求數(shù)量及長度，嚴(yán)格控制間距及錨桿施工質(zhì)量，嚴(yán)格注漿。

4 結(jié)束語

新建鐵路興國至泉州線興寧段工程施工總價承包XQXN-3標(biāo)段6個隧道共有9個斷層，共計(jì)約360m。根據(jù)地質(zhì)特點(diǎn)，采用超前地質(zhì)預(yù)報+臺階法+臨時仰拱+超前注漿+初期支護(hù)的方式進(jìn)行圍巖加固，有效保證了隧道開挖安全。