闸门坳隧道F1 断层施工探讨

■陈鲤辉

(福建省第一公路工程公司，泉州 362000)

1 工程概况

闸门坳隧道位于广西桂林市荔浦县大塘镇闸门坳村西南约1.5km 处，隧道设计形式为分离式隧道，全长660m；隧道净宽10.75m，建筑界限净高5.0m，洞门采用削竹式洞门。隧道平面全部位于直线上，纵断面位于纵坡为1.9%直线坡上。

隧址区属构造-剥蚀低山地貌，地形起伏较大，山坡较陡，自然坡度25～30°，局部达35～45°，山脊平缓；受区域地质构造影响，进口及洞身断层发育地段见后期侵入的花岗岩体分布，出口段褶皱、断层活动均较发育。地质勘探共发现断裂构造2 条，断裂特征多为挤压破碎，应力中心多见糜棱岩化。

F1 断层穿越左线隧道起始桩号为ZK35+510—ZK35+395，长度115m。该断层南东向，倾角70°，延伸长度较长，断层性状为压扭性稳定断层，断层带宽度40m，断层透水性较差，为阻水断层，与隧道交角37°，岩体破碎，岩体完整系数为0.38—0.46，自稳能力差。带内岩石受力挤压变质，褐铁矿化较普遍，局部糜棱岩化，岩体破碎，节理裂隙发育，富水性一般。物探资料显示该段电阻率相对较低。[BQ]＜250，围岩级别为ⅴ级。

隧道断层均采用S6 型复合衬砌断面，采用防水混凝土，防水等级不小于P8，全环设I20 型钢支护，钢架间距1 榀/0.5m,拱部采用Φ42mm 超前小导管注水泥浆液加固围岩并止水，小导管采用外径42mm、厚3.5mm 的热轧无缝钢管，钢管长3.5m，环向间距35cm，外插角5°至10°。

2 断层破碎带处理原则

按照锚喷构筑法原理组织施工，稳扎稳打、步步为营、防塌为主，即少扰动围岩和超前预支护，充分发挥围岩的自稳能力，尽早封闭成环，形成一个整体受力结构，加强监控量测及信息反馈，指导施工。

(1)施工中坚持遵循“管超前、预注浆、短进尺、强支护、快封闭、勤量测”的施工原则。

(2)利用“超前钻孔”等手段探明前方断层地带的情况。

(3)加强超前注浆等预加固、堵水措施，改良地层。采用超前小导管注浆、钢架、网喷混凝土及支护手段，构成强支护体系，仰拱及时支护成环，并及时组织衬砌施工。

(4)根据位移量测结果，评价支护的可靠性和围岩的稳定状态，及时调整支护参数，确保施工安全。

3 断层破碎带施工超前地质预报

3.1 长距离的超前探孔

进入断层影响带前，采用TSP203 进行长距离宏观控制超前地质预报，根据预报成果合理调整施工方法及支护参数。如地下水丰富，采用30m 中距离超前地质探孔预报。

布孔方式如图1 布设，采用地质钻机深30m,每次开挖25m,预留5m 作为止浆墙，如出现强压力水或泥浆，预示前方可能有岩溶或地下水通道，应加密探孔布置，待水压降至常压时，采取注浆阻水后，经检测各孔水流量符合以下判定标准中可进行开挖施工条件时方可进行开挖，否则暂停开挖。

图1 长距离超前探孔布置图

超前支护施作完毕，若岩体较完整，有自稳能力，断层的破裂岩、角砾岩次生胶结较好，强度较高，块裂状岩体结构紧密时，采用台阶开挖，台阶长度4～6m；若岩体较破碎，自稳能力很差，则采用两台阶环形预留核心土法施工，台阶长度3～5m，上台阶采用环形开挖预留核心土开挖，下台阶左右错开紧跟；如围岩极其破碎、松软掉块，地下水丰富，可采用三台阶或三台阶+临时仰拱法施工。开挖采用风镐或弱爆破，循环进尺控制在0.5～0.6m。以减小对周围岩体的扰动。

3.2 短距离超前探孔

为了探明断层前方含水量情况，在施工过程中要对围岩除进行TSP203 超前地质预报外，还要采取长、短相结合的超前地质探孔，对超前地质成果进一步确认与核查，确保施工安全。

布设方式如图2 所示，采用人工风钻打眼，断层施工时，必须全程短距离每班超前钻眼预报，钻眼深度不得小于2 倍循环进尺并不得小于3.5m,钻眼布置在大垮以上1m、两侧边墙出和拱顶处。

图2 短距离超前探孔布置图(单位：cm)

根据超前钻孔探水的结果，分别采取不同的措施进行下一循环工作，当探水孔有4 孔出水且总水量大于10m3/h 时，采用全断面堵水注浆；当总水量小于10m3/h时但个别孔出水量大于2m3/h 时，采用局部堵水注浆；当6 孔出水量均小于2m3/h 且总出水量小于10m3/h 时，进入下一循环施工(钻孔探水结果判定依据关宝树所著《隧道工程施工要点集(第二版)》)。

施工探水钻孔后，测量各孔出水量，记录各孔出水位置、水量、水压等，当总水量小于10m3/h 时但个别孔出水量大于2m3/h 时，报告业主、设计代表，确定注浆方案。

注浆材料采用水泥—水玻璃双液浆液，水泥为PO32.5 普通硅酸盐水泥，水灰比0.6～1.1，水玻璃浓度30～40Be，水泥浆与水玻璃体积比1∶0.5，凝胶时间根据现场情况确定。

注浆范围为在出水通道范围内，隧道开挖轮廓线以外5～6m，单孔注浆有效扩散半径R=3.6m，注浆结束最终压力为净水压力的2～3 倍。

注浆后，当总出水量小于2m3/h 且一处出水量小于0.6m3/h，即可结束注浆。

根据现场钻孔所揭示的地质状况，结合注浆过程中P-Q-t 曲线分析，选择可能出现的薄弱环节进行钻孔检查。检查孔应不塌孔、不涌砂，单孔涌水量应小于0.2L/min.m。若达不到预期效果，则将检查孔作为注浆孔进行注浆，注浆结束后再钻孔进行效果检查，直至达到设计要求。必要时可取芯检查。

4 断层破碎带施工方法

4.1 超前小导管施工

小导管环向间距35cm ，采用Φ42mm×3.5mm 的热轧钢管，钢管长度为3.5m，外插角5°至10°,尾部支撑于钢架上，每排小导管纵向搭接长度不小于1m。为便于超前小导管插入岩体内，钢管前端作成尖锥状，尾部焊上箍筋，小导管的安设采用钻孔打入法，钻孔直径比钢管直径大3～5mm，用钻机顶入，顶入长度不小于钢管长度的90%，小导管安设后封堵孔口，必要时在小导管附近及工作面喷射混凝土，防止工作面坍塌。隧道开挖长度小于小导管的注浆长度，预留部分作下一循环的止浆墙。注浆采用水泥浆液，水灰比1∶1，注浆压力为0.5～1.0MPa。注浆过程中要随时观察注浆压力及注浆量的变化，分析注浆情况，防止堵管、跑管、漏浆，做好注浆记录，以便分析注浆效果。小导管尾部焊接Φ8mm 钢筋加劲箍，末端安装止浆阀，防止注浆时孔口跑浆，注浆结束后应利用止浆阀保持孔内压力，直至浆液完全凝固，止浆阀应保证能承受最大灌浆压力和出水压力，可以与灌浆管路连接。注浆效果要求达到开挖后拱部基本无渗漏水、无坍塌。

4.2 开挖及初期支护

(1)选择施工方法。根据掌子面揭开的围岩情况确定采用两台阶环形预留核心土法施工，台阶长度3～5m，上台阶采用环形开挖预留核心土开挖，下台阶左右错开紧跟。

(2)开挖及运输。开挖前检查注浆质量，如不合格应进行补注。

洞身开挖主要工序：采用自制台架、人工手持YT-28 型风动凿岩机进行打眼，人工装药，浅眼弱爆破辅以人工风镐开挖，挖掘机扒渣，两台装载机配自卸汽车进行出渣。爆破时严格控制装药量，塑料导爆管非电毫秒雷管起爆，毫秒微差有序起爆。

上断面用挖土机扒完渣后，下断面出渣和上断面立拱同时进行，出渣时间最好控制在上断面立拱和打锚杆的时间以内。然后，下断面立拱，上断面喷浆，下断面喷浆时，上断面视情况就可以进行开挖准备工作或开始开挖。开挖循环进尺控制在0.5～0.6m 内。

(3)初期支护。开挖完应立即初喷4～5cm 喷射混凝土，使其在开挖后围岩面形成一层由围岩和初喷混凝土组成的壳体柔性结构，可以保证一定时间段内施工的安全。喷射前先检查开挖断面净空尺寸，对开挖面的危石进行清除，并设专人随时观察围岩变化情况，当受喷面有涌水、淋水、集中出水点时，先进行引排水处理，并用高压风吹净岩面。初喷要及时且喷射密实，不得在支护与围岩间留有空隙。实践证明，重视初喷对隧道的安全施工有很重要的意义。初喷混凝土后，施作锚杆、挂钢筋网，立I20 型工字钢架，复喷混凝土。

钢拱架间距0.5m，要求每单元钢架间用高强螺栓连接牢固，每榀钢架垂直度到位，钢拱架的必须安设在稳固基岩上，拱脚开挖超深时，加设混凝土垫块。超挖超大时，拱背垫填混凝土垫块，以便抵住围岩，控制其变形的进一步发展。两榀钢架间用Φ22mm 钢筋拉杆纵向连接牢固，环向间距1m。钢架安装好后，用定位锚杆锁固固定，防止其发生移位。超挖部分用喷混凝土回填密实，禁止用石块、木楔、背柴等填塞。

开挖初喷后，尽快钻孔、安设锚杆，然后复喷至设计厚度。锚杆原材料规格、长度、直径符合设计要求，锚杆杆体除油污、除锈。锚杆采用Φ25mm 中空注浆锚杆，长度为4.0m，梅花形布置在拱墙上，环纵向间距为1.0m×0.50m；中空式注浆锚杆钻孔成孔后，先插入杆体并安装止浆塞和孔口垫板，插入排气管，然后采用HFV-5D 型注浆机注浆，待水泥浆终凝后扭紧固定孔口垫板的螺栓。

拱墙挂设Φ8mm 钢筋网，网格为15cm*15cm，在洞外分片制作，安装时按设计及规范要求进行搭接。钢筋网与锚杆和钢架绑扎连接(或点焊焊接)牢固。喷混凝土时，减小喷头至受喷面距离和风压，以减少钢筋网振动，降低回弹。钢筋网喷混凝土保护层厚度不小于2cm。

初期支护混凝土采用C20 湿喷混凝土，厚度为28cm，全环喷射混凝土。

喷射混凝土前检查开挖断面净空尺寸，如有欠挖及时处理后再喷混凝土。在不良地质地段，设专人随时观察围岩变化情况，当受喷面有涌水、淋水、集中出水点时，先进行引排水处理。

下断面开挖后，及时进行仰拱初期支护，使初期支护结构及早成环。

4.3 二次衬砌

仰拱初期支护施工完毕后，及时进行仰拱、仰拱填充、衬砌作业。

F2 断层破碎带均采用S6 衬砌断面C30 钢筋混凝土土、混凝土抗渗等级不低于P8，在二次衬砌与初期支护之间铺设防水层，衬砌变形缝设膨胀止水条，施工缝设橡胶止水带。

4.4 施工监测

为及时掌握围岩和支护的动态，以便采取相应的技术措施，断层带施工时应加强隧道监控量测，按设计要求进行布点观测，并及时将观测数据进行分析，指导施工。

断层监控量测内容包括洞内外观察、净空水平收敛量测、拱顶下沉量测。隧道量测断面测点布置为，三个拱顶下沉点和两条净空水平收敛量测线组成一个量测断面，纵向间距5～10m。拱顶下沉量测采用水平仪测量，净空收敛量测采用道坑收敛计测量，及时对量测数据分析，并指导施工，量测频率应符合规范要求。采用的仪器有精密水准仪、塔尺、挂尺量测、数显式收敛计、地质罗盘。

5 断层破碎带施工体会

(1)在施工中贯彻“不塌就是进度”的思想。在软弱围岩中的施工方法必须稳妥可靠，在保证不塌的原则下再考虑加快施工进度。选定初期支护参数贯彻“宁强勿弱”的思想，由于对岩体工程性质的认识很难恰如其分，对于介于两级围岩之间的按偏高的围岩级别进行初期支护。

(2)应加强断层施工中的监控量测工作，做到信息化施工。对变形超限的初期支护要及时进行加固并修正下一步支护参数。

(3)在施工中应严格施工纪律，施工方案一经讨论确定，操作人员必须严格执行，不得私自变动。严格的施工纪律，合理的工序安排，先进的施工工艺，严肃的管理制度是一套防塌的有效手段。

总之，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。闸门坳隧道F1 断层破碎带的施工实践表明，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其有效性；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坍塌的重要保证；可靠的支护方式及小导管注浆措施是断层破碎带隧道施工的灵魂所在，具有特别重要的地位。此外，小型塌方的判断和及时处理也是破碎带隧道施工的重要措施。将上述措施合理地结合和灵活运用而形成关键技术，对破碎围岩条件下的隧道施工具有普遍的适应性。