隧道穿越斷層破碎帶施工技術(shù)研究

文/彭宗鍇

1 前言

隧道施工過(guò)程中極易出現(xiàn)一些安全事故，而這些安全事故多是因觸及一些特殊的地質(zhì)，例如斷層破碎帶，顯然這種情況嚴(yán)重威脅著正常的工程施工。鑒于此，施工單位應(yīng)加強(qiáng)施工方式的科學(xué)選擇，在充分分析現(xiàn)實(shí)施工環(huán)境的條件下高質(zhì)量地推進(jìn)隧道施工，進(jìn)而最終達(dá)到的施工效果也會(huì)更為理想。

2 斷層破碎帶對(duì)隧道工程施工有著極大的影響

2.1 斷層破碎帶

當(dāng)斷層兩盤滑動(dòng)時(shí)會(huì)因巖層擠壓出現(xiàn)結(jié)構(gòu)破碎的情況。具體來(lái)看，主要包括以下三種情況：一是正斷層，受制拉力和重力的影響，主要呈現(xiàn)上盤相對(duì)下降而下盤相對(duì)上升的狀態(tài)；二是逆斷層，這是一種上盤上升而下盤下降的斷層結(jié)構(gòu)，通常是在水平擠壓以及重力等的共同作用下形成；三是平移斷層，其主要是在位移的條件下形成，且很少有垂直位移的情況[1]。

2.2 斷層破碎帶對(duì)隧道工程的影響

對(duì)于隧道工程施工來(lái)說(shuō)，應(yīng)精細(xì)分析斷層帶的地質(zhì)條件，在具體施工過(guò)程中可能遇到的困難多與斷層性質(zhì)和破碎帶結(jié)構(gòu)有著很大的關(guān)系，因此施工單位應(yīng)高度重視這方面的情況。一般情況下，隧道軸線與垂直構(gòu)造往往是一致的，相對(duì)來(lái)說(shuō)這樣條件下的斷層規(guī)模較小，且含水量并不充分，如此也就給具體的施工帶來(lái)了很大的便利性。

對(duì)于呈現(xiàn)為垂直情況的隧道結(jié)構(gòu)，相應(yīng)的破碎帶的長(zhǎng)度通常都比較長(zhǎng)，這樣就會(huì)對(duì)隧道的正常推進(jìn)造成較大的側(cè)向壓力。而要想高效地推進(jìn)施工，就應(yīng)立足現(xiàn)實(shí)的情況選擇最為適宜的施工方案，在高效的支護(hù)體系支持下推進(jìn)更為安全科學(xué)地施工[2]。

3 工程概況

本文所引述的案例是一處位于云南省區(qū)域內(nèi)的隧道工程，該工程施工范圍內(nèi)有大量的山川丘陵，總長(zhǎng)度為11512m。相應(yīng)的工程施工涉及的洞身結(jié)構(gòu)按照設(shè)計(jì)需要穿越10 余條斷層破碎帶，另外還包括高壓富水區(qū)等。該項(xiàng)目在前期勘察中發(fā)現(xiàn)由于地形條件相對(duì)負(fù)載，圍巖存在涌水、變形、巖爆等問(wèn)題，施工難度系數(shù)非常大，存在諸多安全風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題屬于一級(jí)高風(fēng)險(xiǎn)隧道項(xiàng)目。由于該隧道的獨(dú)頭通風(fēng)位置的距離比較長(zhǎng)，并且排煙的難度大，又因?yàn)榈匦问謴?fù)雜，不能在區(qū)域內(nèi)設(shè)置豎井、斜井等相關(guān)輔助設(shè)施，給工程開(kāi)展造成了很大影響。在綜合工程項(xiàng)目各個(gè)特征后，項(xiàng)目部門通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)的資料以及以往的工程經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)與責(zé)任單位商定后決定采取破碎帶施工技術(shù)對(duì)涉及的穿越斷層進(jìn)行施工，具體操作如下。

4 公路隧道斷層破碎帶施工技術(shù)

4.1 施工方案的合理選擇

要想更為安全高效地推進(jìn)斷層破碎帶部分的施工，施工人員應(yīng)根據(jù)斷層的現(xiàn)實(shí)情況靈活地調(diào)整施工方式，以確保相關(guān)施工的穩(wěn)定與高效。另外，需要注意的是，選擇施工方法時(shí)應(yīng)重點(diǎn)做好以下兩個(gè)方面的工作：明確斷層的具體性質(zhì)；認(rèn)真分析斷層區(qū)域相關(guān)施工人員以及施工設(shè)備等的運(yùn)行情況，以確保其在實(shí)際施工時(shí)發(fā)揮出最佳的效用。對(duì)于該部分的施工來(lái)說(shuō)，因涉及較多的斷層，應(yīng)選用較為特殊的爆破支護(hù)處理方式，例如通過(guò)全斷面開(kāi)挖光面爆破和鋼拱架支護(hù)的方式進(jìn)行，另外還應(yīng)落實(shí)好廢渣的及時(shí)清運(yùn)。

4.2 開(kāi)挖

對(duì)于隧道斷層破碎帶部分的施工來(lái)說(shuō)，要想更為高效地推進(jìn)后續(xù)的施工，就應(yīng)保證該部分的穩(wěn)定處理，且應(yīng)遵照以下處理原則：進(jìn)尺的長(zhǎng)度應(yīng)盡可能縮短，爆破的力度也應(yīng)盡量減弱，同時(shí)還應(yīng)加強(qiáng)支護(hù)的處理，而封閉處理也應(yīng)及早安排到位。相應(yīng)的挖設(shè)應(yīng)通過(guò)三層開(kāi)發(fā)的方式進(jìn)行，同時(shí)還應(yīng)落實(shí)好精細(xì)的監(jiān)測(cè)，這樣整個(gè)施工才會(huì)更為安全高效。這樣的一種開(kāi)挖方式一般應(yīng)在被分為三層的平臺(tái)上進(jìn)行，且應(yīng)通過(guò)氣腳式鑿巖機(jī)施工開(kāi)挖，開(kāi)挖的過(guò)程中應(yīng)確保運(yùn)輸?shù)谋憷＿M(jìn)行開(kāi)挖時(shí)，應(yīng)對(duì)斷層破碎區(qū)域進(jìn)行精細(xì)的設(shè)計(jì)，為挖設(shè)的高效推進(jìn)提供基礎(chǔ)的保障。

4.3 初期支護(hù)

完成以上處理以后，就應(yīng)逐步推進(jìn)支護(hù)施工，通過(guò)120a 工字鋼、徑向錨桿、鋼筋網(wǎng)等確保支護(hù)處理的穩(wěn)定與高效。而后進(jìn)行混凝土的噴射，進(jìn)而在堅(jiān)固支護(hù)圍巖的基礎(chǔ)上保障具體施工的安全與穩(wěn)定。

進(jìn)行斷層內(nèi)部挖設(shè)之前，應(yīng)落實(shí)好混凝土的噴射，同時(shí)還應(yīng)對(duì)除錨桿以外的其他部分進(jìn)行精細(xì)的清理，尤其是掌子面。由于斷層內(nèi)部圍巖較為脆弱，因此掌子面的清理應(yīng)通過(guò)混凝土等做好封閉工作。完成混凝土的噴射之后，即可進(jìn)行錨桿、鋼拱架的安裝和鋼筋網(wǎng)的鋪設(shè)，為高質(zhì)量的圍巖支護(hù)提供切實(shí)的保障。

對(duì)于鋼拱架的加工來(lái)說(shuō)，要想高效地推進(jìn)，一般應(yīng)在兩臺(tái)自制設(shè)備的條件下進(jìn)行，且應(yīng)保證具體操作的協(xié)調(diào)性。另外，還應(yīng)落實(shí)好具體操作過(guò)程中的靈活調(diào)整[3]。

通常情況下，工字鋼加工過(guò)程中極易出現(xiàn)自動(dòng)向前行駛的情況，這樣的情況多與被動(dòng)滾輪與主動(dòng)滾輪等形成的等邊三角形有關(guān)。需要注意的是，如果是兩臺(tái)電機(jī)共同運(yùn)行的情況，通常應(yīng)需要至少三人予以維護(hù)，如此相應(yīng)的加工處理才會(huì)更為穩(wěn)定高效。完成鋼架的加工以后就應(yīng)盡快噴射混凝土，這樣的操作一般應(yīng)通過(guò)槽噴法進(jìn)行，相應(yīng)的混凝土拌制也應(yīng)保證嚴(yán)謹(jǐn)精細(xì)。通常應(yīng)在隧道洞外進(jìn)行混凝土的拌制，而后通過(guò)自卸汽車來(lái)回運(yùn)輸，如此整個(gè)的施工即能達(dá)到較高的工作效率，而安全性上也能達(dá)到較為理想的狀態(tài)。

4.4 超前支護(hù)

該部分的處理一般應(yīng)通過(guò)長(zhǎng)度為5m 的熱軋無(wú)縫鋼管實(shí)施，保障止?jié){段的穩(wěn)定形成，導(dǎo)管前段應(yīng)落實(shí)好鉆孔處理，且應(yīng)保證各個(gè)點(diǎn)位的精細(xì)與合理。需要注意的是，支護(hù)時(shí)應(yīng)保證各導(dǎo)管件環(huán)向間距的適宜，應(yīng)使其處在40cm 之內(nèi)，水平搭接后的長(zhǎng)度不得超過(guò)1m。另外，鉆孔注漿也應(yīng)保證穩(wěn)定，相應(yīng)的壓力通常應(yīng)控制在0.5～1.0MPa。

4.5 裝碴及運(yùn)輸

最后，在裝碴時(shí)本工程主要采取60t 重的裝載機(jī)配合挖掘機(jī)工作，使其能夠?qū)φ谱用娴牟晔謇恚笫褂米孕镀噷⑾嚓P(guān)的廢棄材料運(yùn)輸?shù)绞┕?chǎng)地外的地點(diǎn)堆放。

5 施工注意事項(xiàng)

5.1 工序安排

對(duì)于斷層部分的處理來(lái)說(shuō)，應(yīng)嚴(yán)格遵照錨噴構(gòu)筑的處理方式，且應(yīng)保證施工的穩(wěn)定與安全。與此同時(shí)，還應(yīng)確保各個(gè)施工環(huán)節(jié)之間的協(xié)調(diào)性。每個(gè)環(huán)節(jié)都應(yīng)嚴(yán)格按照既定的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)推進(jìn)，切勿出現(xiàn)違規(guī)的不良情況，為斷層圍巖等部分的高質(zhì)量施工提供切實(shí)的保障。

5.2 初期支護(hù)要求

由于支護(hù)初期斷層內(nèi)部巖石較為脆弱，因此極易出現(xiàn)風(fēng)化的情況，鑒于此就應(yīng)落實(shí)好封閉處理。具體處理支護(hù)的過(guò)程中，應(yīng)高度重視圍巖形變的防控，在提升圍巖承載力的基礎(chǔ)上高效地推進(jìn)支護(hù)處理。這樣一來(lái)，后續(xù)的相關(guān)施工也能高效地推進(jìn)下去。此外，在初期支護(hù)的環(huán)節(jié)中，考慮到隧道巖層的安全性和穩(wěn)定性，主要采用錨桿支護(hù)+鋼板樁支護(hù)的方式進(jìn)行處理，并且在施工環(huán)節(jié)對(duì)技術(shù)工藝應(yīng)用的剛度進(jìn)行了測(cè)試，各方面安全系數(shù)均滿足工況需求[4]。

5.3 大變形的處理

對(duì)于施工時(shí)出現(xiàn)的變形問(wèn)題，應(yīng)立即停止掌子面的施工，且應(yīng)做好封閉和注漿等方面的精細(xì)處理。與此同時(shí)，還應(yīng)確保監(jiān)測(cè)等處理的實(shí)時(shí)性，在對(duì)地質(zhì)情況精細(xì)監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上高效地推進(jìn)工程施工。此外，對(duì)于施工中遇到的大斷層來(lái)說(shuō)，由于此類斷層含水量非常高，存在容易破損的情況，施工環(huán)節(jié)如不注意就會(huì)引起坍塌等安全事故[5]。因此，在項(xiàng)目施工之前，需要對(duì)端側(cè)的破損度、含水量進(jìn)行綜合探測(cè)，按照不同的情況選擇科學(xué)的支護(hù)方法，這對(duì)確保施工環(huán)境安全、加快整體工程項(xiàng)目的建設(shè)進(jìn)度和提供工程質(zhì)量奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，公路隧道工程施工確實(shí)有著很大的安全風(fēng)險(xiǎn)，而要穩(wěn)定高效地施工，就應(yīng)落實(shí)好前期的精細(xì)勘察，特別是地質(zhì)勘察，只有處理好這方面的工作，整個(gè)的工程施工才能高質(zhì)量地推進(jìn)下去。超前地質(zhì)預(yù)報(bào)對(duì)于勘察施工區(qū)域的地質(zhì)環(huán)境等有著顯著的功效，且能針對(duì)不同的地質(zhì)環(huán)境設(shè)計(jì)科學(xué)化的處理方案，因此可根據(jù)現(xiàn)實(shí)的情況靈活采用地質(zhì)勘測(cè)，這樣整個(gè)的施工推進(jìn)也會(huì)更為科學(xué)高效。本文對(duì)穿越斷層破碎帶技術(shù)工藝要點(diǎn)進(jìn)行了分析和研究，實(shí)踐證明，在該技術(shù)應(yīng)用時(shí)不僅需要對(duì)施工方案進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)還要按照項(xiàng)目需求，要求作業(yè)人員對(duì)施工工藝的技術(shù)要點(diǎn)嚴(yán)格控制，如此才能確保技術(shù)的作用可以全面發(fā)揮出來(lái)，達(dá)到隧道工程項(xiàng)目建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)要求。