双线铁路隧道连续穿越断层施工技术

双线铁路隧道连续穿越断层施工技术

杨,飞

四川省铁路建设有限公司

摘要：通过将软弱破碎围岩开挖进尺合理优化，采用适合围岩特点的短台阶施工工法，并围绕该施工方法对超前支护措施及其他施工辅助措施进行调整，在确保施工安全、质量达标的基础上提高施工进度。进度提升反过来又加快了初期支护闭环的速度，减少了在软弱围岩隧道中的初期支护收敛变形，改变了以往复杂地质隧道施工安全风险高、施工投资大、进度慢等不利因素。结合XX隧道施工实例，研究了复杂地质条件频繁穿越断层隧道的施工技术要点和主要技术参数。

关键词：复杂地质   断层    快速施工    软岩

1.工程概况

XX隧道全长5550m，起于甘庄坝子，终于元江县西边，洞身最大埋深约255m，穿越10条断层、甘庄背斜；其中1条活动断裂。DK98+600~DK99+120为隧道浅埋段，埋深60m~75m，本隧设1座横洞，位于线路左侧，与正洞相交于DK100+850，与大里程方向夹角82，最大埋深约256m。

隧区属构造侵蚀低中山地貌。区内群山连绵，山间沟渠纵横，地面高程1136～670m，相对高差小于500m。自然坡度一般5°～40°，局部稍陡近直立。地表植被发育，多为松林或杂木，平缓处被垦为旱地。

地表上覆第四系全新统人工填土（Q4ml）细角砾土，滑坡堆积层（Q4del）粉质黏土，细角砾土、粗角砾土；坡洪积层（Q4dl+pl）软黏土、粉质黏土、碎石土，坡残积层（Q4dl+el）粉质黏土、细角砾土、粗角砾土；下伏基岩为侏罗系下统冯家河组（Jlf）泥岩夹细砂岩，三叠系上统火把冲组（T3h）砾岩夹砂岩、黏土岩、炭质页岩、页岩及煤层，前震旦系鹅头厂组（Pte）板岩夹白云岩、砂岩，昆阳群大龙口组（Pt1d)）白云岩、灰岩夹板岩，黑山头组（Pt1hs）粉砂质泥岩夹砂岩。

2.工程特点

XX隧道穿越多个断层，地质结构复杂，具体地质情况详见表1，同时也是全线8座工期极高风险隧道之一。由于云南地区地质变化频繁，软岩较多，综合各种围岩情况，选择一种稳定快速的施工方案，对确保施工安全及工期目标的实现均具有较为重要的意义，同时具有很大的推广价值。

3.施工方案

3.1施工方案选定

在实际施工过程中，通过一般的隧道施工技术，软弱破碎围岩每循环开挖进尺为0.6m（1榀钢架间距），最多可实现3个循环即1.8m的日进度指标，施工速度较慢，导致仰拱初支约20天才能闭环。XX隧道的初支日变形一般为1~5cm，累计变形可达15~60cm。初支侵限、开裂、换拱等情况经常发生，无法达到安全高效的施工要求。由于隧道循环作业的特点，每日能够达到的作业循环数是有限的，单循环进尺较少，结果就是初支闭环时间过长，反而违背的软岩施工初支早闭环的原则。

通过试验段施工总结，总体上采用短台阶一次开挖2榀间距的施工方案，超前支护等辅助措施围岩该方案进行调整，在确保安全、稳定的前提下加快施工进度。

3.2施工工艺流程

上、中台阶机械或弱爆破开挖，挖掘机将渣扒至下台阶，上、中台阶进行支护，下台阶开挖、出渣；上、中台阶喷锚，下台阶支护；下台阶喷锚，上、中台阶开挖，如此进行循环作业。

采用平行作业、同步推进、部分工序交叉的原则组织施工，实现每日至少2个循环，4榀钢架间距进尺的进度指标。

3.3隧道开挖支护方案动态调整

采用超前水平钻、TSP、地质雷达、瞬变电磁、地质素描、加深炮孔相结合的综合超前地质预报方法，精准预判前方地质情况，选用合理的支护措施。

根据开挖揭示围岩情况及监控量测数据，通过调整钢架型号、增加连接筋、加大加长锁脚等方法，在初支变形收敛可控的前提下采用不同的钢架间距。将一次开挖进尺固定为2榀钢架间距，进一步提高单循环进尺。

一般仰拱距离掌子面35m，按日均3.2m的掘进指标计算，从上台阶开挖到仰拱初支闭环理论时间仅为11天。

3.3.1软岩短台阶开挖技术

   一是要将下台阶作为主要作业区域，尤其是出渣作业必须在下台阶平台上完成；二是根据超前地质预报及开挖揭示围岩产状进行稳定性评价，决定是否预留核心土及调整台阶高度；三是根据围岩破碎程度合理调整中台阶长度，原则上围岩越破碎台阶长度越短，中层状围岩居多时可适当增加台阶长度。

3.3.2软岩初期支护变形收敛控制技术

Ⅴ级围岩一般的加强措施为采用I20b型钢钢架，0.6m间距，针对不同的围岩，应采取试验段先行的办法确定最优支护参数。如果收敛较大，可采取加强钢架的措施，进一步使用I22b、I25b型钢钢架控制变形。如果沉降较大，可采取加强锁脚的措施，进一步使用Ф60、Ф76、Ф89无缝钢管作为锁脚锚管并注浆加固。

设置2组锁脚，先于上台阶钢架拱脚上1.5m高度处施作一组锁脚，待该榀钢架避让开核心土后，于上台阶钢架拱脚上30cm高度处施作第二组锁脚。由于围岩软弱，锁脚锚管必须注浆才能发挥较好的效果。为减少施工干扰，可每天或两天一次对已经施作的锁脚集中注浆加固。极破碎、软弱围岩采用Ф42系统锚管代替系统锚杆。

3.4破碎围岩超前支护技术

为实现Ⅴ级围岩一次开挖进尺达到2榀钢架间距，对超前支护措施进行加强。采用的超前支护措施必须与开挖进尺相匹配。对于较为破碎、软弱的围岩，超前支护宜在设计的基础上加密打设，并应在喷射混凝土对初支封闭后施作超前支护，能够有效降低拱顶掉块、溜塌的风险。0.6m钢架间距会造成小导管打设角度过大的问题，可调整该榀钢架间距至0.8m以上以满足角度要求。

破碎围岩自身的整体性很差，导致超前小导管对围岩有切割作用，施工时要严格控制超前小导管或中管棚的外插角，一般为3～5°，避免人为造成较大超挖。

4.施工工效分析

对比传统工法45m/月进度指标，采用新工法后可实现月进尺80m以上，平均增加进尺35m/月。35m×7万元/m=245万元，按材料占比50%估算，在相同的管理费、人工费、机械使用费情况下，可节省122.5万元/月。扣除激励考核费用后，共节省费用约100万元/月，经济效益明显。

5.结论与建议

XX隧道自实施本技术以来，将软岩隧道日平均进尺从1.8m提高到3.2m，加快了施工进度。将软岩隧道初支闭环时间从20天减少至11天，极大的缩短了初期支护变形收敛的时间。本文提出了软弱围岩隧道快速施工比慢速施工更为安全、施工质量更好的理念。将下台阶作为主要机械设备作业区域，最大可能的降低不同部位、不同工序之间的施工干扰，如此才能实现三个台阶平行推进、部分工序交叉作业。通过合理调整台阶高度，避免因掌子面前方围岩溜塌造成超前支护悬空失效。减少整修施工通道所用的时间，提高工效。采用试验段先行的办法，优化了初期支护参数，改善了由于钢架变形造成初期支护整体受力状况进一步恶化的情况，降低了隧道初期支护大变形及隧道“关门”的风险。提高了超前支护效果，减少了隧道拱部溜塌、掉块。

XX隧道在连续穿越多条断层过程中，现场通过实施本技术，未发生任何安全质量问题，各项指标满足设计和规范要求，加快了施工进度。在工期紧、任务重的严峻形势下为项目实现总体工期目标做出了突出贡献。在全线安全生产分析会上多次受到业主、设计、监理单位的表扬，对其他标段隧道软弱围岩施工有很强的借鉴和推广作用。

参考文献

[1] 王晓佳。 复杂地质条件下铁路隧道施工关键技术分析[J]. 工程建设与设计，2017,（06）：146-147.

[2]《隧道设计理论与方法》,人民交通出版社，2019.

[3]《高速铁路路基工程施工技术指南》（铁建设〔2010〕241号）, 北京:中国铁道出版社，2010.

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