大跨径隧道穿越地质断层关键施工技术研究

大跨径隧道穿越地质断层关键施工技术研究

刘斐

中交四公局第五工程有限公司四川省康定市626000

摘要：文章以中交第四公路工程局有限公司承建的跑马山2#隧道工程施工为例，分析其三车道大跨径隧道穿越地质断层时，地质断层会对公路隧道工程施工造成不利影响甚至严重的危害，因此就针对此地段的软弱围岩特征提出下列施工技术工艺和要求，以供相关行业人士借鉴参考。

关键词：大跨径公路隧道；地质断层；施工技术

一、地质情况

跑马山2号隧道穿越的F20上游断裂为一压扭性断裂，属鲜水河断裂南东延伸部分，呈北北西-南南东走向，长约8公里，切割二迭系和折多塘岩体。断层面倾向东，倾角约70°。断层标志表现为地层破碎，构造不连续，沿断裂温泉发育，航片上线形图像反应比较清楚。断裂的上盘地层称作二叠系未分统（P）地层绢云母石英片岩，灰绿色绿泥石片岩，灰白色大理岩，深灰色结晶灰岩，炭质板岩，在基岩出露出露处测得其产状75°∠67°；下盘地层为大理岩及印支-燕山期（γβ5）花岗岩。

跑马山2号隧道出口右洞穿越F20上游断层桩号为K16+880-K17+035段，隧道埋深26.63米至78.12米。设计围岩等级V级，衬砌类型为K5aj、K5a、K5b型，超前支护类型为φ42双层超前小导管。

现场实际揭露围岩为石英片岩，地质构造影响程度严重，地质结构面平均间距0.2-0.6米，具有明显的位移痕迹；围岩较破碎，渗水量10～25L/min。

二、断层带施工技术

1.地质超前预报

为了在施工初级弄清楚隧道断层及其地质的详细情况，就将地质的超前预报设计为其中一道工序，以便为隧道的安全施工提供可靠的依据。

地质超前预报探测

地质预报资料：

（1）本次跑马山2号隧道出口端右洞超前地质预报结论如下（以面向掌子面方向为准）：1、K16+918～K16+916（0-2m）；结合相关信息推断出，该段围岩情况与掌子面所揭露围岩情况基本一致，无明显变化。

（2）K16+916～K16+888（2-30m）；电磁波回波信号以均匀的中低频信号为主，同相轴时断时续，信号高低频率变化较快，波形较为杂乱规律性差。结合相关信息初步推断该段围岩裂隙发育，岩体完整性较差。其中K16+906～K16+904、K16+898～K16+896、K16+892～K16+890处同相轴较连续，低频信号突出，局部幅值较强，推测以上段围岩局部可能存在夹层发育，夹层间可能泥质填充或裂隙水较发育，建议施工时严格控制推进尺，密切关注掌子面围岩变化情况及出水状况，及时支护，必要时加强支护，做好防排水措施，谨慎掘进。

3.超前支护

通过地质预报工序和超前钻孔过程推断出来的隧道断层的实际情况，不能够直接进行注浆导管的搭设以及普通钻孔，否则很容易引起塌孔事故，因此进行锚杆或者导管的安装比较困难。为确保隧道施工的安全性，在隧道开挖之前先设计一个长度为4.5m的双层的φ42注浆小导管起到超前的支护作用。浆液比例为水泥·水玻璃：水＝1:0.6:0.4。

为了确保开挖施工过程中围岩的稳定性，在每一排的超强铺杆之间打设6米长的φ42超前导管，进行补充超前注浆。注浆同超前锚杆，注浆压力根据围岩情况确定，一般不小于1.0MPa，以保证达到劈裂注浆效果，使开挖钱外侧形成厚约0.8m-1.0m的保护壳体。

4.隧道开挖及初期支护

施工顺序为：自进式锚杆和小导管注浆加固→开挖环形拱部→拱部初期支护→开挖核心土→下断面一侧开挖→边墙初期支护→下断面另一侧开挖→边墙初期支护→封闭仰拱。

（1）开挖。隧道断层的围岩属于第四系的全新统角砾，其岩体属于极其容易破碎的一种，其掌子面的稳定性非常的差。在隧道施工的过程中，通过超短的台阶程扇形的开挖并留取核心土的工艺技术，并严格控制进尺，确保每循环进尺不能够超过0.6米。隧道开挖施工完成以后马上对掌子面及其暴露的岩体进行初喷4cm厚C20的混凝土进行封闭。在进行施工的时候，先使用风枪上断的环行部分进行开挖，等施作初期的支护施工完成以后，再进行核心土的开挖。施工过程中必须严格控制其台阶的长度，确保台阶长度不得超过10米。当下断面进行施工的时候必须采取单侧施工的方式，以便减小对围岩的扰动影响，可以有效增加岩体的稳定性，确保隧道的安全施工。

(2）φ42注浆小导管。采用长度为4m的φ42注浆小导管，间距为0.8mx0.8m，梅花形布置。按照施工设计的要求制定出锚杆的孔位，并利用YT-28型凿岩机按照设计要求将孔位钻至合适的深度，并用高压风将孔位清理干净后检验其深度，孔位深度检验合格后将杆体插入，并按照设计要求装入锚杆，且在锚杆的末尾部位安装好垫板和螺母。利用注浆泵通过锚杆尾部的注浆管从下到上注入水泥砂浆，并用搅拌机搅拌均匀。浆液的配合比是通过现场的试验来进行确定的，等注浆的压力符合施工设计要求的时候就可以拧紧垫板螺母，就完成了整个锚杆的施工工作。

(3）钢架支撑。全断面设I22b型钢拱架。安装时需要将钢拱架与隧道轴线保持垂直状态且确保其稳定性，必要的话可以在拱脚挖槽的地方设置槽钢，以此来增加基底的承载能力。钢架安装以后依据实际情况及时对其施加锁脚锚杆，且相邻两拱架之间加设纵向连接钢筋，以此来提高其稳定系数。当钢架架设完工以后与系统的锚杆进行焊接，保证其牢固性。

(4）钢筋网、喷射硅支护。设计形式为全断面挂网。其钢筋网的直径为φ8cm，其间距为20cmx20cm，喷射棍凝土厚22cm，强度等级为C20。在施工现场需要将钢筋网事先制作成网片然后再应用到施工当中，安装钢拱架之前需要将其挂设在初喷吐面上，并且环向和纵向搭接的长度要大于20厘米,且与锚杆与钢拱架连结牢固。喷射1昆凝土采用湿喷工艺，湿喷险使用强制式拌和机分次投料拌和，在拌和站集中拌制，必须严格按照事先设计好的配合比配料，并采用湿喷机进行湿喷吐作业，喷射吐采用分段、分块、自下而上的顺序进行。喷射险终凝2h后进行喷水养护，养护时间要在14天以上；喷射吐后距下次开挖爆破时间间隔要大于4h。

(5）仰拱施工。仰拱紧跟下断面施工，间距不得大于15米，为提高施工进度，减少工序干扰，仰拱采用钢栈桥施工工艺。

5.围岩监控测量。所谓围岩监控测量就是针对围岩在施工过程中的变化情况及其支护施工情况进行测量，以便更加切实地确保围岩的稳定性及其支护施工结构的可靠性等的安全检测信息，可以作为对施工安全事故或者险情进行有效调整与优化支护设计和施工技术的重要依据。对围岩监控测量所得的数据进行科学地分析与整理之后并将结果及时地反馈到围岩的施工当中，以便更好地提高围岩施工的安全性、经济性以及优质高效性等。为了在围岩监控测量中获取最佳的精准数据信息，测量过程中需要在沿着隧道的纵向每十个布点设置一个断面，每个隧道的横断面位置在拱顶、拱腰以及边墙（左右侧各1个）位置处布置五个测量点，加大测量频率，并绘制时态曲线图，同时及时分析反馈。

隧道监控量测点位布置示意

采取上述一系列措施后，各项变形指标均在控制范围内，措施成效良好。

参考文献：

[1]王鹏飞.大跨度公路隧道穿越断层破碎带施工技术[J].价值工程,2015,34(16):68-71.

[2]张伟喜.乌鲁木齐地铁1号线穿越活动地质断层的技术措施[J].都市快轨交通,2017,30(2):58-62.

[3]赵莉,翁贤杰.隧道穿越富水断层破碎带施工技术研究[J].江西建材,2018(4):147-147.