某隧道F10断层开挖方案研究

2016-12-05马军秋于勇

天津建设科技 2016年5期

□文/马军秋于勇

某隧道F10断层开挖方案研究

□文/马军秋于勇

结合某隧道F10断层影响带涌水量大、持续时间长，段内围岩强度高、完整性较好等特点，提出了“先泄后挖、径向堵水、加强支护、限量排放”的综合治理原则，拟定了超前泄水减压、带水开挖通过、后续注浆堵水的处理方案，经现场实施，顺利安全地通过了该断层。

断层；突涌水；超前泄水；减压；带水开挖；隧道

随着我国对基础设施和高速铁路投入的增加，越来越多的山岭隧道被修建，往往会遇到富水断层破碎带[1]。近年来，我国隧道工程界针对隧道穿越断层破碎带的加固和涌水处治等方面开展了大量的施工尝试，在结合现场监控量测，运用信息化设计和施工技术开展隧道穿越断层破碎带的设计施工方面积累了较为丰富的工程经验[2～6]。由于每座隧道的工程地质存在较大差异，应对断层破碎带和断层涌水的工程措施差别很大，必须针对具体的隧道工程研究和实施穿越断层区的相关设计施工技术方案。

1　工程概况

某隧道全长12.03 km，为单洞双线隧道，设计时速200 km/h。隧道地处浙南山地，属构造剥蚀山区，区内山势连绵起伏，峰峦叠嶂，植被发育，灌木杂草丛生。隧道通过地段以硬质岩为主，岩性较单一，主要地层为侏罗系上统西山头组（J3x）。隧址区内在大地构造上属华南褶皱系，浙东南褶皱带的临海—温州拗陷，泰顺—温州断拗的北西侧。隧址范围断裂构造发育，构造带内岩体破碎，多为良好储水或导水构造，隧道通过发育断裂构造的沟谷时发生突水、涌水的可能性较大。

2　涌水过程

在DK165+052处掌子面开挖前施作加深炮孔时，线路右侧拱腰位置炮孔开始出水且水压较大。后多个位置打孔发现出水部位系全断面，水量水压均较大。涌水2 d后，在隧道中线隧底往上2 m处施作超前水平钻孔，当钻孔深度达到6.7 m时开始出水。钻孔过程中，水压逐渐变强，涌水量变大。经过3 d的观察，掌子面涌水量无明显减小，涌水量达220 m3/h。一周后，开始进行全断面帷幕注浆施工，注浆范围为开挖轮廓线外5 m。经过24 d的注浆作业，掌子面右侧涌水基本堵住，左侧由于水压过大，施工难度大，无法形成有效注浆，遂停止注浆，经测算，掌子面涌水量减小至140 m3/h，隧道主要涌水部位为掌子面左侧半断面。

3　工程地质情况

DK165+052段属于F10断层影响带，距离设计F10断层48 m，距断层中心里程105 m。此段洞身埋深350 m左右，地面位于山坡处，涌水处距泽雅水库水平距离980 m。

施工过程中进行了物探与钻探相结合的综合超前地质预报和涌水水源调查分析等一系列综合手段，见图1。

图1　掌子面前方综合超前地质预报探测结果推测

隧道内DK165+052段涌水与水库没有直接水力联系；DK165+052处掌子面岩层为凝灰岩，呈青灰色，弱风化，岩石强度高，为硬质岩，节理裂隙较发育，围岩整体较完整，围岩级别为Ⅲ级；DK165+052前方25 m范围内为流纹质晶屑凝灰岩，青灰色，晶屑凝灰结构，块状构造，岩质硬，岩体较完整，节理裂隙发育，围岩等级为Ⅲ级；地下水不发育，存在股状出水；其中DK165+047～DK165+046.5、DK165+044.7～DK165+044、DK165+033.7～DK165+033局部为弱风化晶屑凝灰岩，青灰色，晶屑凝灰结构，块状构造，节理裂隙较发育，岩质硬，岩石破碎，岩芯成碎块状，RQD=10%。

4　技术处理措施

4.1应急处理

1）停止掌子面开挖施工并做好掌子面附件围岩和初支的监控量测工作。

2）加强隧道掌子面后方10 m范围内（DK165+062～DK165+052）初支，加快已开挖段二次衬砌的施工，确保掌子面安全。

3）增加排水设施，防止掌子面积水，加快隧道往出口位置施工，以便形成顺坡通畅的排水途径。

4.2综合治理

经过近3月的涌水观测，掌子面涌水量基本趋于稳定，保持在98 m3/h。根据综合超前地质预报及现场连续监测成果，鉴于隧道围岩条件较好，涌水对围岩稳定性影响不大，在隧道出口段贯通已形成顺畅排水路径情况下，提出了“先泄后挖、径向堵水、加强支护、限量排放”的综合治理原则，现场拟定了超前泄水减压、带水开挖通过、后续注浆堵水的处理方案。

4.2.1超前泄水减压

为减少涌水对施工的影响，采取开挖前在隧道掌子面钻设超前泄水管，确保拱顶出水不影响施工安全。泄水管泄水范围开挖轮廓线外6 m，间距3.0 m，超前泄水长度30 m，泄水管管径100 mm。针对涌水特征，泄水孔布置于隧道掌子面左侧，见图2和图3。

图2　泄水管横断面布置

图3　泄水管纵断面布置

4.2.2台阶法施工

按照台阶法进行施工，严格控制开挖步长，严禁采用全断面开挖，初期支护及时封闭成环；对超前水平取芯钻发现的岩层局部破碎段，开挖前施做4.5 m长的超前小导管，确保局部破碎段的施工安全。

4.2.3注浆堵水

隧道开挖完成后，对围岩表面裂隙线状出水或者面状淋渗水处进行局部注浆堵水。注浆参数：

1）孔口间距1～1.5 m，注浆孔孔径为50 mm，根据现场情况可适当调整；

2）单孔扩散半径2 m，注浆孔与出水裂隙面尽量大角度相交；

3）注浆压力＜0.5 MPa，注浆材料为水泥浆(水灰比1∶1)或者水泥-水玻璃双液浆，具体配比根据现场止水效果确定。

初支完成后二次径向堵水。隧道初期支护初喷混凝土后，对仍存的渗漏点进行二次径向注浆堵水，注浆范围为开挖面以外≮7 m，间距为1.0 m×1.0 m，呈梅花形布置。注浆材料为水泥浆(水灰比1∶1)，水泥-水玻璃双液浆，具体参数需根据现场注浆止水效果确定，保证初支表面无股状出水和滴水。

4.2.4加强支护

此段原设计按Ⅲ级围岩主要采用全断面法施工通过；初支支护为12 cm厚C25喷射混凝土，拱墙布置直径6 mm钢筋网片和系统锚杆，二衬为40 cm厚C30素混凝土结构。为确保涌水段施工和运营期间结构安全，隧道初期支护加强为初支钢架采用160 mm格栅钢架，间距1.0 m，采用C30（拱墙）和C25（仰拱）喷射纤维混凝土，厚度25 cm；二次衬砌采用C35防水钢筋混凝土，拱墙处厚度40 cm，仰拱45 cm。

4.2.5加强防排水设施

为确保运营期间排水通道通畅，此段加密设置环向排水板，间距为4～5 m一道，部分出水较多地段并排设置2道防水板，与纵向盲管连接；加强此段衬砌防水措施与施工质量，在拱墙衬砌施工缝增设纵横向橡胶止水条，见图4和图5。