隧道断层破碎围岩段施工控制技术研究

■鲍庆伟 ■中国中铁九局集团有限公司，吉林 吉林 132000

隧道是公路、铁路工程中的重要组成部分，在道路建设进程不断加快的情况下，隧道工程的数量也在不断增加。在开挖及修建隧道的过程中通常会遇到断层破碎地段，隧道中的断层及破碎围岩可对整个工程的稳定性产生影响，如处理不善将可能引起隧道塌方等安全事故［1］。本文结合实践经验对隧道断层及破碎围岩段的施工技术进行了探讨，旨在提高道路隧道工程的施工质量。

1 工程概况

某隧道的起点为 DK237+763，终点为 D326+821，隧道全长890．5km，隧道中设置有5座斜井，最大埋深值为768m。隧道内部存在断层破碎段，断层破碎段的起讫里程为DK292+192～643，均为V级围岩，总长度为451m。高地应力是断层破碎围岩出现的主要原因，DK292+192～643中的围岩受到高地应力及地壳运动的影响，已经变得密实且破碎，在开挖隧道后发现围岩多呈粉末状。断层破碎段当中的断层泥砾δ0为350kPa，破碎岩δ0为620kPa，视电阻率在45Ω·m～280Ω·m之间，岩体波速在2581m/s～2814m/s之间。为了保证隧道施工的顺利进行，决定对该段围岩进行特殊处理。

2 隧道断层破碎围岩段施工控制技术分析

2．1 超前注浆预加固控制技术

在对本工程的围岩状况进行考察后决定先采用超前导管注浆技术对隧道岩面进行加固处理。首先沿轮廓线在开挖面设置钻孔，随后利用小导管将胶凝浆液注入钻孔中，浆液硬化后便可以预加固断层破碎围岩，从而起到超前支护作用，并保证隧道开挖作业的安全性。本工程采用的小导管直径为45mm，壁厚为4．0mm，开挖隧道时的循环长度为5．5m，每个循环之间的搭接长度均＞1．5m，在拱顶120°范围内小导管的环向间距为30m。在施工的过程中将锚固剂填塞到小导管中，同时在小导管中插入直径为20mm的螺纹钢筋，以便能够使导管的抗压强度及抗弯刚度得以增强。钻眼时采用YT28型长钻杆，钻杆长度为4．0m，钻眼完成后将钻杆拔出，并将小钢管插入，在插入钢筋及加入锚固剂的同时注入水泥浆液，当注浆压力上升到1MPa时可停止注浆施工［2］。对于地下水较为丰富的破碎围岩地段，本工程结合了深孔注浆工艺，利用小导管完成平导超前及地表超前预注浆施工。经超前注浆加固控制后，断层破碎围岩段形成了大范围且厚度达到设计要求的加固区，在预加固后可进行开挖施工及其他支护作业。

2．2 短台阶开挖控制技术

完成超前预加固处理后本工程采用了短台阶工艺进行开挖施工，同时起爆上台阶与下台阶，爆破施工的循环进尺为2．5m，为避免断层破碎围岩坍塌，在爆破时将下台阶的炸药用量控制在0．5kg/m3～0．85kg/m3之间，上台阶为 1．0kg/m3～1．3kg/m3。围岩周边眼安放直径为20mm的小药卷，起爆时采用间隔导爆技术，周边炮眼的装药量≤0．5kg/m3。为了避免对断层破碎围岩的稳定性造成影响，在施工中严格控制上台阶的高度，使其保持在6m左右，以便留有足够宽度的操作平台，开挖好上台阶后暂停开挖施工，3d后开始开挖下台阶，在开挖过程中确保预支护变形量≤5cm。下台阶与仰拱之间的距离为20m，以便于施工机械进入开挖操作平台，开挖好下台阶后暂停施工，7d后开始处理仰拱，处理仰拱时确保预期加固的变形量≤10cm［3］。为了加快钢筋绑扎、矮边墙及防水板的施工进度，在开挖时还要保证掌子面与拱墙混凝土衬砌之间的距离为45m左右，上台阶及下台阶的开挖施工完成30d后才可在拱墙喷射或浇筑混凝土，在拱墙施工阶段保证预加固变形量≤25cm。

2．3 围岩支护控制技术

开挖后及时进行初期支护处理，在支护施工中采用了型钢钢架，钢架由仰拱部分、上断面及下断面部分组成，确认钢架的各部分连接牢固后紧贴围岩布置钢架，如超挖部分较多，则将预制混凝土块置于超挖部分。为了避免钢拱架出现下沉现象，本工程在钢拱架与围岩之间焊接了钢板，钢板规模为15mm×230mm×500mm，在钢板的定位孔中打入锁脚锚管，以便增加钢拱架的抗变形能力及避免发生位移。钢筋网的规格为150cm×150cm，网格间距为25cm×25cm，在本工程中安装了2层钢筋网，以减少破碎围岩的回弹量、提高受喷性及加快混凝土的喷射速度。在锚支护施工中使用的锚杆为螺纹钢，直径为25mm，钻孔深度达到标准后将浸透的锚固剂塞入其中，随后插入螺纹钢，确定锚杆到达孔底后安装好垫板及拧紧螺栓，将钢架与锚杆尾部焊接牢固。完成锚杆施工后便可以喷射混凝土，混凝土的坍落度为95mm～105mm，速凝剂添加量为1．0% ～1．5%，水灰比为0．48。喷射混凝土的顺序为从上到下、先喷墙壁后喷射仰拱，喷射时喷嘴与工作面应保持垂直，且两者距离应保持在2．0m左右［4］。在完成混凝土喷射施工及钢架施工后可进行衬砌施工，衬砌厚度为85cm，安装好模板后连续灌注混凝土。此外，对于破碎围岩中的泥带，则在坍穴口设置临时排水管道，管道为直径为60mm的钢管，以便及时排除断层泥，改善围岩支护效果。

3 结束语

综上所述，断层中的破裂围岩可对隧道工程的施工质量造成影响。为了有效控制破碎围岩，避免不良地质条件影响工程建设质量，则应注意在施工过程中采用科学合理的施工工艺控制破碎围岩，改善破碎围岩的支护质量及强度。

［1］毕强，葛根荣，王毅．调整线路平纵断面解决隧道中线施工偏差的原则及方法探讨［J］．高速铁路技术，2014(1):53-56．

［2］李文江，孙明磊，朱永全，朱正国，李玉良．软弱围岩隧道台阶法施工中拱脚稳定性及其控制技术［J］．岩石力学与工程学报，2012，31(z1):2729-2737．

［3］王剑晨，张顶立，张成平，房倩，苏洁，杜楠馨．北京地区浅埋暗挖法下穿施工既有隧道变形特点及预测［J］．岩石力学与工程学，2014(5):947-956．

［4］卢裕杰，谢勇涛，丁祥．新建上跨隧道爆破施工对既有隧道影响的数值模拟及工程对策［J］．中国铁道科学，2012，33(z1):104-110．