高原隧道工程中穿越斷層破碎帶的施工技術(shù)

令狐克慶

摘 要：本文首先闡述了高原地質(zhì)條件對(duì)隧道工程施工的影響，進(jìn)而分析了斷層破碎帶與隧道工程的關(guān)系，并在此基礎(chǔ)上對(duì)高原隧道工程穿越斷層破碎帶的施工技術(shù)進(jìn)行研究。期望通過(guò)本文的研究能夠?qū)μ岣咚淼拦こ探ㄔO(shè)質(zhì)量有所幫助。

關(guān)鍵詞：高原 隧道 斷層破碎帶 施工技術(shù)

1.高原地質(zhì)條件對(duì)隧道工程施工的影響

高原地理環(huán)境對(duì)隧道工程的影響主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：其一，對(duì)隧道使用功能的影響。當(dāng)隧道穿越高原當(dāng)中的富水層或是巖溶裂隙發(fā)育地段時(shí)，若是防排水措施不當(dāng)，則會(huì)導(dǎo)致襯砌漏水，這樣一來(lái)不但會(huì)對(duì)隧道內(nèi)的通風(fēng)、照明、監(jiān)控等電氣設(shè)備的使用造成影響，而且在寒冷的冬季，還會(huì)使隧洞內(nèi)壁掛冰、路面結(jié)冰，運(yùn)營(yíng)條件會(huì)極度惡化，嚴(yán)重影響了隧道的使用功能；其二，會(huì)對(duì)隧道的襯砌結(jié)構(gòu)造成影響。在高原地區(qū)的隧道工程中，若是圍巖中的地下水未能及時(shí)排出，當(dāng)冬季來(lái)臨時(shí)，則會(huì)導(dǎo)致水體凍結(jié)，從而對(duì)隧道襯砌結(jié)構(gòu)帶來(lái)凍脹破壞，到夏季時(shí)凍結(jié)融化會(huì)使圍巖形成漿融圈，這種現(xiàn)象多出現(xiàn)在隧道的洞口位置處，這會(huì)對(duì)隧道的結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重破壞。所以在高原地區(qū)進(jìn)行隧道工程建設(shè)時(shí)，必須對(duì)各種影響施工的因素進(jìn)行綜合分析，并采取有效的措施加以解決處理，以此來(lái)確保隧道工程的整體施工質(zhì)量。

2.斷層破碎帶與隧道工程的關(guān)系

在對(duì)斷層破碎帶與隧道的關(guān)系進(jìn)行研究前，首先應(yīng)當(dāng)對(duì)斷層的基本類型加以明確，根據(jù)斷層兩盤相對(duì)位移的關(guān)系，大體上可將斷層分為以下三種類型：其一，正斷層。此類斷層主要是指沿著斷層巖石面的傾斜方向下盤相對(duì)上升，上盤下對(duì)下降的斷層。這類斷層的形成主要與張拉力和重力有關(guān)，其斷層面的傾角相對(duì)比較陡峭，斷層線以平直居多；其二，逆斷層。此類斷層具體是指下盤相對(duì)下降，上盤相對(duì)上升的斷層，多數(shù)都是在地殼擠壓作用下形成的，斷層的兩盤多數(shù)都處于閉合狀態(tài)；其三，平移斷層。此類斷層則是指兩盤沿著斷層走向發(fā)生相對(duì)位移，斷層面近乎于直立，傾角較陡，一般都是在地殼水平運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，在受剪切力的作用下而形成的。

2 . 1斷層破碎帶

斷層破碎帶主要是因?yàn)閿鄬觾杀P在相對(duì)滑動(dòng)的過(guò)程中，使兩側(cè)的巖層遭受擠壓作用而破碎，進(jìn)而形成的長(zhǎng)條狀且方向一致的破碎帶，它的寬度與巖石的性質(zhì)、斷層距離以及斷層性質(zhì)等因素有關(guān)。按照破碎帶中巖石的破碎程度可將之分為角礫巖、斷層泥、磨礫巖等幾種類型。

2 . 2斷層破碎帶與隧道的關(guān)系

當(dāng)隧道工程穿越斷層地段時(shí)，隧道施工難度的大小一般取決于斷層的性質(zhì)、破碎帶結(jié)構(gòu)中巖石的破碎程度、含水性以及斷層活動(dòng)性等因素。當(dāng)施工方法、機(jī)械設(shè)備等條件相差不大時(shí)，斷層破碎帶與隧道之間的關(guān)系直接影響施工難度和工期。通常情況下，當(dāng)隧道的軸線無(wú)限接近于垂直構(gòu)造的方向時(shí)，且斷層規(guī)模較小、寬度不大、含水量較低時(shí)，施工難度較小；如果隧道的軸線與構(gòu)造方向斜交或是平行時(shí)，隧道穿越破碎帶的長(zhǎng)度會(huì)隨之增大，并且會(huì)伴隨出現(xiàn)較為強(qiáng)大的側(cè)壓力，為了確保施工安全，此時(shí)必須對(duì)隧道支護(hù)體系進(jìn)行加強(qiáng)，并及時(shí)進(jìn)行封閉。

3.高原隧道工程穿越斷層破碎帶的施工技術(shù)

在高原隧道工程建設(shè)過(guò)程中，時(shí)常會(huì)遇到穿越斷層破碎帶的情況，為了確保隧道施工順利進(jìn)行，必須采取合理可行的施工技術(shù)，下面對(duì)此展開(kāi)詳細(xì)論述。

3 . 1施工方法

（1）超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。在隧道開(kāi)挖穿越斷層破碎帶時(shí)，常常會(huì)出現(xiàn)坍塌、突水等問(wèn)題，為了保證施工安全、有序進(jìn)行，應(yīng)當(dāng)在隧道施工過(guò)程中，采用超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。該方法是確保隧道穿越斷層破碎帶施工安全的有效途徑之一。應(yīng)當(dāng)對(duì)穿越斷層破碎帶的隧道進(jìn)行地質(zhì)調(diào)查，并按照隧道已有的勘察資料和隧洞內(nèi)開(kāi)挖作業(yè)面的地質(zhì)描述，借助相關(guān)工具，對(duì)作業(yè)面前方的地質(zhì)情況進(jìn)行推測(cè)，同時(shí)，在隧道開(kāi)挖的過(guò)程中依據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的實(shí)際情況進(jìn)行隨時(shí)補(bǔ)充，借此來(lái)了解即將穿越的破碎帶的位置、寬度等情況，制定有針對(duì)性的施工技術(shù)措施，確保施工順利進(jìn)行。

（2）加固圈。這里所指的加固圈就是利用超前小導(dǎo)管+水泥漿液在隧道拱部120度范圍內(nèi)的四周形成強(qiáng)度與厚度足夠的加固拱，借此來(lái)提高圍巖自身的承載能力和穩(wěn)定性。

（3）正臺(tái)階法。這是隧道穿越破碎帶時(shí)較為常用的一種開(kāi)挖方法，在開(kāi)挖過(guò)程中，要遵循短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)的開(kāi)挖原則，上下臺(tái)階的高度差應(yīng)當(dāng)合理，并采取左右交錯(cuò)的方式進(jìn)行開(kāi)挖。同時(shí)，要控制好兩個(gè)臺(tái)階之間的縱向距離，這樣有助于極早落底。此外，開(kāi)挖之后，要盡可能減少圍巖在外界環(huán)境中的暴露時(shí)間，及時(shí)進(jìn)行初期支護(hù)。

（4）初期支護(hù)。常用符合設(shè)計(jì)要求的混凝土對(duì)隧道掌子面進(jìn)行初噴封閉，隨后采用工字鋼制作鋼拱架，并在縱向上用鋼筋進(jìn)行連接。

3 . 2施工技術(shù)要點(diǎn)

（1）導(dǎo)管布設(shè)。在施工中，確保小導(dǎo)管的布設(shè)位置與角度符合設(shè)計(jì)要求是比較重要的環(huán)節(jié)，其橫斷面布置的情況如圖1所示。同時(shí)，可采取鉆孔打入法對(duì)小導(dǎo)管進(jìn)行施工。

（2）漿液施工。對(duì)于巖體破碎程度較為嚴(yán)重、裂隙較為發(fā)育、空隙較大的圍巖而言，采用超前預(yù)注漿的方法進(jìn)行施工存在一定的難度。在具體施工過(guò)程中，預(yù)防漿液大量流失、控制注漿液是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是確保加固圈安全、穩(wěn)定、可靠的有效途徑。小導(dǎo)管注漿操作的施工工序如圖2所示。

①注漿參數(shù)的合理確定。在工程沒(méi)有特殊要求的前提下，小導(dǎo)管施工的水泥漿液水灰比可以確定為0.8-1.0左右，水玻璃的濃度為30-35左右，兩者混合后的體積比為1：0.3-1：0.8，注漿壓力最小不得低于0.5MPa，最大不得超過(guò)2.0MPa。

②注漿準(zhǔn)備。在正式注漿前，應(yīng)當(dāng)先對(duì)注漿管路進(jìn)行認(rèn)真檢查，借此來(lái)確保管路通暢、機(jī)械性能良好。當(dāng)各項(xiàng)準(zhǔn)備工作全部完畢之后，應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)注漿試驗(yàn)，從而確定最佳的注漿參數(shù)，并以此為依據(jù)進(jìn)行施工。endprint

③注漿要點(diǎn)。采用液壓雙液注漿泵將預(yù)先配制好的漿液注入到小導(dǎo)管當(dāng)中，注漿可以采取兩次間歇的方式進(jìn)行。第一次注漿時(shí)，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)減少水灰比，并增加水玻璃的摻入量，注漿壓力應(yīng)當(dāng)控制在0.5-1.2MPa這一區(qū)間范圍內(nèi)，并在鉆孔內(nèi)有漿液流出時(shí)停止注漿，隨后間隔3-5h左右，進(jìn)行二次注漿。在第二次注漿時(shí)，應(yīng)當(dāng)將注漿壓力提高在1.5-2.0MPa，并在漿液注入量低于20L/10min時(shí)，停止注漿。

3 . 3監(jiān)控量測(cè)

隧道穿越斷層破碎帶的施工中，為了確保施工質(zhì)量，必須進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)，可將監(jiān)控的重點(diǎn)放在對(duì)拱頂下沉及周邊收斂上。對(duì)隧道開(kāi)挖作業(yè)面的觀測(cè)應(yīng)當(dāng)在每次開(kāi)挖完成后進(jìn)行，當(dāng)?shù)刭|(zhì)情況變化較小時(shí)，可每天觀測(cè)1次；初期支護(hù)至少每天觀測(cè)1次；水平收斂與拱頂下沉的量測(cè)可以采用相同的頻率，當(dāng)拱頂?shù)南鲁亮肯鄬?duì)較大時(shí)，除了要加強(qiáng)對(duì)拱頂下沉的量測(cè)之外，還應(yīng)當(dāng)對(duì)拱腰和基底進(jìn)行量測(cè)。

3 . 4施工注意事項(xiàng)

為了確保施工質(zhì)量，應(yīng)當(dāng)對(duì)如下事項(xiàng)加以注意：其一，在鉆孔前，應(yīng)當(dāng)對(duì)孔位進(jìn)行精確測(cè)定，并對(duì)每個(gè)測(cè)好的孔位進(jìn)行編號(hào)。在鉆孔時(shí)，為防止孔斜等情況的發(fā)生，可以采用測(cè)斜儀，并對(duì)小導(dǎo)管的打入方向進(jìn)行嚴(yán)格控制，同時(shí)，做好各個(gè)鉆孔的記錄。若是發(fā)現(xiàn)某個(gè)孔的誤差超過(guò)設(shè)計(jì)或是規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值時(shí)，必須及時(shí)進(jìn)行處理，如果終孔之后，仍然超限則應(yīng)當(dāng)采取注漿封孔的措施，并在其達(dá)到一定強(qiáng)度之后，在原位上重新鉆孔。其二，注漿時(shí)若是發(fā)現(xiàn)較大的空洞，應(yīng)當(dāng)先注入一定量的水泥漿液，或是混凝土，然后再進(jìn)行注漿。

4.結(jié)論

總而言之，在高原地區(qū)進(jìn)行隧道工程建設(shè)時(shí)，難免會(huì)遇到穿越斷層破碎帶的問(wèn)題，為了確保隧道施工安全、有序進(jìn)行，并保證施工質(zhì)量，應(yīng)當(dāng)采取合理可行的施工技術(shù)，并控制好施工質(zhì)量。只有這樣，才能使隧道工程按質(zhì)按量按時(shí)完整，也才能提高隧道的整體穩(wěn)定性，并延長(zhǎng)其使用壽命。

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