全風化斷層破碎帶隧道施工技術探討

付開進

（成自鐵路有限責任公司，四川 成都 610095）

0 引言

隧道工程施工經(jīng)常性遇到全風化斷層破碎帶，這種地段的建筑工程受地質要素影響極為顯著，較差的穩(wěn)定性增加了工程施工難度和安全隱患。就全風化斷層破碎帶隧道施工技術而言，最為關鍵的便是施工技術的選擇與工藝處理，若是處理措施不當，會在很大程度上造成巖體穩(wěn)定性下降，甚至出現(xiàn)塌方等危險現(xiàn)象[1]。所以，在全風化斷層破碎帶隧道施工期間，選擇合適的處理工藝，優(yōu)化施工管理方法已經(jīng)成為隧道工程施工的重點和難點，須高度重視。本文基于全風化斷層破碎帶隧道施工現(xiàn)狀，分析關鍵施工技術要點，深化全風化斷層破碎帶隧道施工質量，保證順利開展隧道施工。

1 全風化斷層破碎帶對隧道產(chǎn)生的影響

隧道工程貫穿全風化斷層破碎帶時，由于隧道外巖體自身穩(wěn)定性差，開挖中極易產(chǎn)生坍塌，同時會對隧道結構產(chǎn)生擠壓，隧道施工中不僅要考慮巖體坍塌對作業(yè)人員人身安全產(chǎn)生的威脅，還要全面考量巖體對隧道工程結構產(chǎn)生的破壞影響。

隧道工程周圍巖體會因為全風化斷層破碎帶而受到影響，施工階段要針對全風化斷層破碎帶妥善處理各項施工要點，其中最為突出的是全風化斷層破碎帶寬度應不小于施工安全及隧道結構受力的實際寬度；再者，全風化斷層破碎帶位置時常出現(xiàn)涌水或黏土化特征，在具體施工期間應妥善處理好涌砂、涌水等問題，有效保證隧道支護體系性能及圍巖穩(wěn)定性；另外，全風化斷層破碎帶的其他特點、規(guī)模及組合方式等，都會影響隧道工程質量。

2 全風化斷層破碎帶隧道施工技術的選擇

2.1 破碎帶寬度較小的隧道施工

在全風化斷層破碎帶地質環(huán)境下組織隧道工程施工，首先要確定破碎帶寬度，若監(jiān)測到破碎帶寬度較小（30m內(nèi)），為巖體內(nèi)局部全風化破碎，表示該區(qū)域范圍內(nèi)具有較大的巖石塊，且?guī)r石塊處于堅硬與完整狀態(tài)。實施隧道工程期間，如斷層內(nèi)為富水區(qū)，則首先考慮適度排水和止水措施，選擇應用一般施工方法即可順利完成施工目標，避免施工期間多次更換不同的施工技術。比如，將每次循環(huán)開挖進尺的長度縮短，提高臨時鋼架支撐體系安裝速度與效率，并快速采用噴射混凝土封閉鋼架支撐形成完整的臨時受力體系[2]。

選擇使用常規(guī)支護技術做好前期階段支護工作，陸續(xù)進行后續(xù)施工工序相關操作。采取混凝土加厚措施對全風化斷層破碎帶進行加固支護，繼而提高隧道安全性能。

2.2 破碎帶寬度一般的隧道施工

若監(jiān)測到全風化斷層破碎帶寬度一般（30～60m)，其施工難度比較小寬度的斷層要大很多，選擇與應用施工技術時，其流程和技術手段也同樣會變得復雜多樣。導致這種現(xiàn)象的原因是全風化斷層破碎帶的巖石總體上比較破碎，施工開始前要采取科學的勘查技術手段充分調(diào)查和了解地質情況，按照施工要求與施工目標，制定合理化施工方案。在選擇合適的施工技術以后，再組織實施，只有保障每個環(huán)節(jié)質量監(jiān)管到位，提升施工管理力度，才能實現(xiàn)理想的施工效果。

在實施隧道工程的時候要充分做好前期準備工作，制定施工質量問題預防方案，以科學合理的防護技術手段貫徹落實安全施工措施。隧道開挖前，如斷層內(nèi)為富水區(qū)，則首先考慮適度排水和止水措施，再利用超前小導管將水泥漿注入隧道周邊一定范圍巖體內(nèi)實現(xiàn)破碎巖體超前固結。開挖中，可通過合理的分部開挖斷面及開挖順序選用，并采取鋼架、鋼筋網(wǎng)、噴射加厚混凝土、加密加長超前錨桿、加密加長徑向錨桿等臨時支撐體系和巖體加固措施，實現(xiàn)隧道施工質量及安全保障。

2.3 破碎帶寬度較大的隧道施工

若監(jiān)測到全風化斷層破碎帶寬度較大（推薦值大于60m），其施工難度會更復雜，在實際施工階段所使用的技術手段也并不簡單，要求綜合運用多種工藝手段和施工技術共同完成施工，但是必須要與現(xiàn)場實際情況有機結合。由于全風化斷層破碎帶寬度較大，巖體的形態(tài)會變得松散和破碎，甚至于可能存在流塑狀。如斷層內(nèi)為富水區(qū)，則首先考慮適度排水，工程實施階段考慮先對隧道穿越的一定范圍巖體實施整體注漿止水或預加固，再合理搭建實施開挖所需的超前管棚，在開挖期間，結合現(xiàn)場巖質及預加固效果情況，合理選用分部斷面開挖方式、開挖順序及循環(huán)開挖進尺，并對分部開挖斷面配以臨時仰拱等臨時加固措施，逐步實現(xiàn)隧道全斷面臨時支撐體系封閉成環(huán)，同時需考慮選用每次開挖鋼架超前支護半斷面和注漿管棚的方式實現(xiàn)。在全風化斷層破碎帶寬度較大的區(qū)域范圍內(nèi)施工，理應在管棚支護下先將上半斷面進行挖掘，當鋼拱架、鋼筋網(wǎng)、徑向錨桿以及噴射混凝土等初期支護結構具備完整的支護功能以后，再次深度挖掘管棚支護下方位置。

2.4 破碎帶裸露地表時的隧道施工

當全風化斷層破碎帶裸露在地表時，在組織施工期間首先要做好地表水預防工作，預加固隧道，通過應用淺埋暗挖施工技術防治水患災害。全風化斷層破碎帶完全暴露在自然環(huán)境中，若遭遇強降雨天氣便會被大水淹沒，甚至被摧毀，導致隧道不能正常通行，嚴重情況下會造成人員傷亡。所以，在實際施工期間需落實并靈活應用淺埋施工技術，該技術手段包含地表注漿加固、地表錨桿、地表排水槽等。通過對地表注漿管、砂漿錨桿的管（桿）間距離、分布形態(tài)、深度和直徑等基本參數(shù)進行控制，充分考慮隧道施工受影響的地表范圍及注漿加固質量，真正地做好水害預防和控制工作，保證全風化斷層破碎帶隧道工程施工安全，同時確保隧道工程竣工后能夠安全使用[3]。

3 全風化斷層破碎帶隧道施工技術要點

3.1 隧道超前支護施工

開挖隧道工程后其周圍區(qū)域的巖石結構穩(wěn)定性會大幅度下降，對比分析其他相同類型的隧道工程，在全風化斷層破碎帶隧道工程施工中，要求充分利用圍巖預注漿方式將周圍地層進行加固處理，而后選用管棚超前支護手段在隧道拱部一定范圍開挖線外提高穩(wěn)定性，然后陸續(xù)推進開挖施工。

超前預支護技術有管棚支護和水平旋噴等技術手段，在隧道工程施工時作為輔助手段，可有效提升全風化斷層破碎帶地層區(qū)域施工安全性。預支護期間，斷層破碎帶處于全風化狀態(tài)，地層壓力會顯著增加，當管棚支護形成后，管棚和管棚注漿會將周邊一定范圍全風化狀態(tài)巖層形成整體的受力體系。所以，選擇應用管棚支護手段可強化對前方地層預支護的力度[4]。

注漿加固后，可在隧道工程拱部位置大約150°范圍內(nèi)完成管棚支護打設，鉆孔工作結束后要及時清除內(nèi)部雜亂物品，同時將鋼管放入其中。利用絲扣將管棚進行連接固定，將設定好配比的水泥漿注入管內(nèi)，將地層與管壁之間的空隙進行填充，確保管棚與地層之間牢固粘結[5]。

3.2 注漿加固

隧道工程注漿加固前期要按照工藝要求制備水泥漿，嚴格遵守水灰比標準，利用水玻璃將水泥漿稀釋，注漿期間，當注漿量下降的時候壓力會隨之上升，若注漿壓力值不超過1.5MPa時，要適當降低注漿泵注漿流量，提升壓力值；若注漿壓力值超過1.5MPa，要即刻停止注漿工作并拔出注漿管。在該環(huán)節(jié)中為了避免鄰近的注漿孔出現(xiàn)漿液互串的問題，注漿過程中需要及時調(diào)整注漿施工步驟，嚴格控制注漿質量影響因素。

3.3 開挖施工

全風化斷層破碎帶穩(wěn)定性很差，在進行開挖的時候地層壓力會隨著開挖推進增加，開挖時可選擇應用六步CRD開挖方式展開，減少一次開挖面積，以此保證隧道施工具有良好的安全性。

（1）開挖施工確定應用預留核心土環(huán)形開挖技術，控制臺階施工長度宜為2~3m，當環(huán)形開挖完成后，及時完成巖面初次噴射混凝土封面，緊接著搭建鋼拱架和臨時仰拱鋼架，牢固安裝鎖腳錨管并完成管內(nèi)注漿，張掛好鋼筋網(wǎng)。最后分批次噴射設定配比的混凝土材料直至厚度達到設定值，使支護結構形成環(huán)形封閉體系。開挖進尺需按逐榀開挖逐榀封閉成環(huán)控制。

（2）結合巖層巖質、全風化程度及含水量合理選用鋼拱架型號和鎖腳鋼管直徑及長度，鋼拱架一般選擇在工20～工28之間;鎖腳鋼管直徑一般選用42mm或50mm,長度一般選用4～5m之間。

（3）隧道臺階開挖需嚴格按照設計的臺階開挖順序陸續(xù)組織施工，開挖進尺控制在每次一榀范圍，上一榀需預留下一榀鋼筋網(wǎng)片搭接長度，確保鋼架支護能形成整體受力體系，同時每個相鄰臺階需錯開施工。

（4）混凝土噴射作業(yè)期間，要及時對上部分已開挖搭接位置進行分次補噴至設計厚度。

（5）按照設計六步CRD開挖方式逐步完成每部分斷面開挖直至隧道全部斷面開挖完成，最后實施隧道鋼架支護的仰拱鋼架安裝封閉，需逐榀拆除中間臨時鋼架支撐,逐榀安裝隧道仰拱鋼架封閉成環(huán)，及時安裝鎖腳鋼管和掛設鋼筋網(wǎng)片，最后分次噴射混凝土至設計厚度形成整體的隧道支護受力體系。

（6）結合隧道開挖安全距離要求，當開挖長度達一定距離后需及時實施隧道二次襯砌混凝土完成隧道永久受力體系，一般在35～45m之間時，需及時組織隧道二次襯砌施工，施工采取分段依次推進，分段長度一般為10～12m，特別注意隧道二次襯砌緊跟管理[6]。

4 全風化斷層破碎帶隧道施工注意事項

4.1 靈活選擇和應用輔助工法

隧道工程具體施工階段經(jīng)常性地面臨大規(guī)模的全風化斷層破碎帶，嚴重破碎的巖層結構勢必會為施工安全帶來嚴峻挑戰(zhàn)，豐富的地下水資源也會降低周圍巖層穩(wěn)定性。開挖期間若沒有選擇合適的輔助工法，皆有可能出現(xiàn)隧道坍塌等安全事故，造成施工人員人身安全和財產(chǎn)安全損失。對此，在隧道施工前期階段要及時組織專業(yè)技術人員展開深入分析研究，提出科學的支護管理方案，強化施工安全性。

4.2 合理處理大變形巖層

隧道開挖施工中，當監(jiān)測出現(xiàn)巖層大變形時要即刻停工，并迅速撤離作業(yè)人員，加強變形監(jiān)測，將監(jiān)測的數(shù)據(jù)信息及時反饋給相關人員，結合監(jiān)測反饋數(shù)據(jù)，組織相關技術專家開展處理方案研究。當變形速率及變形值持續(xù)增大，可考慮將已開挖隧道進行回填或在鋼架支護體系內(nèi)加設臨時支撐，以維系支護體系穩(wěn)定后，封閉掌子面，按研究確定的變形處理方案及時組織實施變形處理。在處理過程中，還需及時結合監(jiān)測結果實時調(diào)整處理方案，確保隧道大變形段施工的安全和質量。

4.3 明確施工工序

按照CRD開挖法，需嚴格按照設計分部斷面開挖、分工序施工順序開展隧道施工，同時做好相鄰斷面及上下工序的穩(wěn)固、高效銜接，遵守上道工序不合格絕不進行下道工序原則，強化圍巖穩(wěn)定性監(jiān)測，保證各工序施工質量，提升隧道施工安全性[7]。

5 結束語

常規(guī)全風化斷層破碎帶隧道工程施工，地層具有極差穩(wěn)定性，經(jīng)常性地出現(xiàn)超限、變形等問題，開挖期間會增大安全壓力，要求必須綜合考慮巖質、巖層走向、含水量、作業(yè)時間等綜合因素，及時研究調(diào)整施工方案，以保障施工安全性。本文論述施工的基礎技術要點，從超前支護和具體施工環(huán)節(jié)兩個方面展開，并從輔助工法、大變形巖層、初期支護要求以及施工工序安排等角度探討施工注意事項，旨在為保障隧道施工安全性和質量提供方法與策略。