下狮提隧道穿越断层破碎带施工技术

张晓亮

1 工程概况

下狮提隧道全长 1 845m，埋深一般在 20m～100m，断面开挖宽度为 14.38m，高度 12.49m，断面面积为 146.05m2，单面下坡，坡度为 0.5%。胡杓岭断裂(F1)位于广东省陆丰古寨断裂南西侧，断裂走向 300°～320°，长约 9 km。断裂带宽 10m，为破碎岩、断层角砾岩，硅质胶结，该断裂带在隧道 DK 298+845～DK 298+910段与线路相交。地表、地下水较发育。

2 主要施工技术

2.1 超前地质预报

本隧道采用 TSP地质预报与水平钻孔相结合的方式对断层破碎带进行预报。

在隧道两侧边墙布置爆破钻孔 23个，间距 1.5m，孔深 1.5m，孔径 40mm，孔口距隧底高 1.1m，所有炮眼与接收器的高度相同。接收器与第一个炮眼间距 15m，接收器孔深 2.0m，孔径50mm。 1号 ～10号孔装药 100 g，11号 ～23号孔装药 150 g，起爆前注水封闭炮口，布置完成后依次进行微震。

采用超前水平钻机在掌子面钻孔，共布置 5个钻孔，除中部钻孔沿隧道轴线施钻外，其余各孔均向外施钻，孔底超出开挖轮廓线外 5.0m，根据钻机钻孔的速度、推进力、扭矩等参数进行分析对比，判断探测范围内围岩性质、级别、地下水情况等，两次超前钻孔搭接长度不小于 5.0m。

2.2 超前预支护

在断层岩层中超前钻孔，打入小导管并压入具有胶凝性质的浆液，浆液在注浆压力的作用下呈脉状快速渗入破碎松散岩体中，并将其中的水分及空气排出，使松散破碎岩体胶结，形成具有一定强度和抗渗阻水能力的以浆胶为骨架的固结体，从而提高围岩的整体性、抗渗性及稳定性。使超前小导管与固结体形成一个具有一定强度的壳体，在壳体的保护下进行开挖支护施工。

采用 φ50mm双层注浆小导管进行超前支护，壁厚 5mm，长度 5.0m，环向间距 30 cm，水平投影搭接 1.5m以上。采用水泥砂浆进行注浆，浆液水灰比为 1∶1，注浆前要先进行压水试验，检查机械设备是否正常，管路连接是否正确，为加快注浆速度和发挥设备效率，可采用群管注浆。通过现场试验，确定拱脚终压为1.0MPa，拱腰 0.8MPa，拱顶 0.6MPa。注浆时从两侧拱脚向拱顶跳孔压注，以确保固结效果和控制注浆量。

2.3 开挖作业

该隧道采用比较成熟的三台阶七步法开挖，以机械开挖为主，必要时辅以弱爆破。三台阶七步法虽有较高的安全性，但其施工速度慢且有时需多次爆破开挖，这样对围岩的扰动较大，某种意义上来说又不利于围岩的稳定。因此断层破碎带的爆破除常规的缩短循环进尺，控制装药量外，关键是合理设计周边部位的钻眼，装药参数及装药结构，保证良好的成型，尽可能维护开挖轮廓线以外围岩的原始状态。其次应采用适当的掏槽形式、钻爆参数及起爆顺序。在该断层段施工时主要采用了如下的措施来最大限度减少爆破对围岩的影响:

1)将几种爆破技术综合运用，例如在拱顶采用光面爆破，边墙采用预裂爆破等;2)为避免震动效果的叠加作用，雷管最好跳段使用，间隔时间控制在 100ms左右;3)由于底板爆破引起的震动也较大，可将底板眼分成几个段分开起爆，以减少对围岩的影响。

2.4 堵排水作业

2.4.1 堵水

该断层部分地段受地表降水的影响，地下水较发育，隧道开挖可能引起地表水的流失，影响山上及山顶农作物的种植，因此要采取“以堵为主，限量排放”的原则，通过超前预注浆控制地下水流量，保证施工安全。注浆范围为开挖轮廓线外 3m，注浆循环长度 27m。注浆后很大部分的地下水被堵到开挖工作面以外，减少了开挖工作面的涌水量，对开挖、支护和掌子面的稳定以及抽水工作都发挥了极好的作用。

2.4.2 抽排水

由于该隧道断层带是下坡开挖，断层带位于隧道中部，排水距离远，高差大，这样对抽水的效果影响极大，因此为保证抽排水效果，本隧道抽水采用分级排水方案，每 250m设一级泵站，安设两趟 φ100mm抽水管路供施工时抽水，同时备用一趟 φ150 mm管道应急使用，且应备足备用抽水机，随时对设备进行更换维修，确保抽水工作正常化。

2.5 支护

加强支护及提高围岩整体稳定性是隧道通过断层破碎带最基本的施工要求，主要包括加厚混凝土的喷层厚度，加密加长锚杆，加强钢筋网，加密钢架间距，提高钢架强度和刚度等。

2.5.1 喷锚网联合支护

喷射混凝土是使钢架、锚杆及钢筋网组成统一受力整体的关键工序，它可以在围岩表面形成很薄的半刚性衬砌，并在短时间内达到平衡，从而把围岩本身变成一种有效的承重结构。喷射混凝土具有良好的抗爆破震动性能，可很好的防止坍塌的发生。

为保证后续工作的施工安全，首先应对断层范围内进行初喷混凝土施工，喷射厚度 5 cm，及时进行岩面封闭。之后对临近范围进行锚杆和钢筋网的施工，锚杆可采用 φ22砂浆锚杆，长度4.0m，间距 1.0m×1.0m，或适当加密，呈梅花形布置，可采用较大直径的钢筋来布设钢筋网片，网格间距 20 cm×20 cm，双层布置，与锚杆焊接牢，喷射混凝土后形成临时支护。

2.5.2 钢架支护

钢架支护是隧道通过断层破碎带必不可少的措施之一，钢架支护可以加强初期支护，减少围岩变形，并为超前支护提供可靠的支点。

在初喷混凝土完成后，立即架设钢拱架，钢架由工字钢及连接板焊接而成。钢架与初喷混凝土之间尽量密贴，但由于断层带围岩比较破碎，开挖面可能凹凸不平并有较大间隙，为使钢拱架充分发挥支撑作用，间隙需用混凝土块和钢板顶紧。钢架施工落底时应立即施作锁脚锚杆，必要时施作拱脚支撑，以防止钢架下沉变位。

3 监控量测

初期支护完成后，在拱顶、拱腰及内轨顶面标高 3.0m处埋设测点进行拱顶下沉及水平收敛观测。测试原件采用 φ12圆钢加工而成，长 25 cm，锚入初期支护 20 cm，外露 5 cm，以防震动影响量测效果。水平收敛采用 JSS30A数显型收敛仪进行测量。量测频率开始 6 h观测一次，然后根据变形量的减小而减少量测频率，根据量测结果及时调整工序及预留变形量、开挖进尺等，确保施工安全。该断层带净空收敛最大累计值 25mm，拱顶最大下沉值22mm。

4 支护补强

通过洞内观察，在环形开挖支护未落底时曾出现几处拱脚开裂，或落底后在拱墙连接处也出现了不同程度的开裂，为此需对开裂处的支护进行补强，采用的措施如下:沿裂缝于钢架两侧各补打两组中空锚杆注浆，并用钢筋将锚杆与钢架焊接为一牢固体后喷射混凝土，使其成为受力整体。采用补强措施后有效的控制了开裂，收敛观测也趋于正常。

还有一种情况要注意，当断层出现在侧部并开挖下部时，拱脚与边墙部分用 φ42mm小导管注浆加固，小导管长 4.5m，环向纵向间距 1.0m，靠近钢架处的小导管向下打入，并与钢架焊接，注浆后形成上部支护的拱座，又是下部边槽开挖的棚护，可有效的防止拱架下沉。

5 结语

断层破碎带一直是隧道施工的难点，也是易于出现安全事故的地段，需引起高度重视。本隧道断层破碎带施工能安全顺利通过的实践表明，超前地质预报是非常重要的一环，其准确性将直接影响到施工措施的制定及有效性;要认真分析超前支护中存在的不足，经过试验确定出最佳参数值，达到支护的效果;选择合理的隧道开挖方法是保证围岩整体稳定性以及避免大面积塌方的重要保证;初支紧跟，勤量测，有效控制了变形，确保了围岩的稳定和施工安全;施工面的地下水得到了严格的控制，随时保持施工面无积水，避免因地下水浸泡而产生的围岩变形及支护失稳。将上述措施合理结合和灵活运用而形成关键技术，对破碎围岩下隧道的施工具有普遍的适用性。

[1] 王亚军.观音堂隧道下穿连霍高速公路超前大管棚施工[J].山西建筑，2009，35(11):288-289.