隧道穿越活动断裂带施工技术

2017-08-07赵明华

城市道桥与防洪 2017年7期

关键词：钢架断裂带锚杆

赵明华

（中铁十六局集团第二工程有限公司,天津市 300162）

隧道穿越活动断裂带施工技术

赵明华

（中铁十六局集团第二工程有限公司,天津市 300162）

随着我国铁路事业的迅速发展,铁路隧道的建设需求和重要性日益明显。由于我国地域广阔,在线路选择过程中,隧道难以避免会穿越断裂破碎带,从而导致施工难度大,难以确保施工安全。现以柿子园工程为例,针对工程施工技术难点,从超前地质预报、超前支护小导管、三台阶开挖法、初期支护、组合中空锚杆、钢花管系统锚管、钢筋网片、钢架施工和围岩监控量测等几个方面,阐述隧道穿越活动断裂带的施工技术,为同类工程提供借鉴和参考。

仰拱开挖；超前小导管；钢筋网片；活动断裂带

1 工程概况

新建成都至兰州铁路成都至川主寺段（黄胜关）铁路柿子园隧道,地处四川省安县境内。柿子园隧道全长14.069 km,龙门山前山断裂带体系中彭县-灌县活动断裂带位于柿子园隧道进口工区,全长130 m,岩层挤压扭曲严重、地应力大、节理极其发育、裂隙水发育,施工难点较大,需要采取适当的施工方法和加固措施,确保施工安全和后期运营安全、稳定。

2 施工技术难点

隧道穿越龙门山前山断裂带,太平场倒转向斜构中央断裂带、龙门山中央断裂带,每个构造体系中断层、褶皱极其发育,岩层多陡倾、直立或倒转,地质构造十分复杂,发育有13条断层,5条向斜,4条背斜。不良地质为活动断裂、岩溶、有害气体、泥石流、危岩落石、高地应力,施工中可能会发生突水、突泥等自然灾害,再加上“5.12”地震后影响显著,施工中存在诸多不确定性,因此确保施工安全是该项工程的难点。

3 施工工艺

3.1 超前地质预报

活动断裂带施工超前地质预报工作采用多种物探方法,主要有钻探法、TSP、红外探水、地质雷达、瞬变电磁等方法探明前方破碎带宽度、破碎程度、含水性,得出综合分析结论,保证围岩情况预判的准确性。钻探法布置超前水平钻孔3孔,其中1孔取芯,另外2孔作为超前探孔。

引进隧道掌子面地质信息系统（TFGIS V1.0）技术,对隧道前方围岩地质变化趋势自动分析,并作出围岩稳定性综合评价。该系统采用高清数码成像技术与软件自动分析技术相结合,将隧道掌子面照片输入计算机,用软件自动识别节理、裂隙、地层分界线,岩性变化分界线等结构面自动提取边界,根据边界数量和边界位置做出综合评价[1]。

3.2 超前支护小导管施工

超前支护措施采用常规处理办法,小导管超前预注浆措施加固活动断裂带岩体,拱部120°范围采用42超前小导管,单根长度4.5 m,每环布置38根,环向间距0.4 m,纵向间距3.2 m。

为充分发挥机械效能,加快注浆进度,在小导管前安设分浆器,一次可注入3～5根小导管。在施工过程中,有效地控制注浆压力、注浆量,开挖揭示很好地加固了活动断裂带破碎岩体,确保了开挖施工围岩初期的稳定性、安全性。

3.3 开挖方法及工艺

柿子园隧道进口活动断裂带设计断面为近圆形轮廓,更好地保证结构的受力,其断面比普通隧道开挖断面扩挖30～50 cm,作为补强空间；预留变形量10～15 cm,采用三台阶法开挖。

3.3.1 钻爆设计与施工

柿子园隧道活动断裂带开挖钻爆设计按照V级围岩弱爆破设计,采用光面水压爆破技术。断层影响带和断层破碎带围岩极为破碎,多采用机械开挖方式,减少了对围岩扰动,有效地避免了塌方、突水突泥等事故的发生。

3.3.1.1 钻眼

采用简易钻孔台架作为施工平台,YT-28手持式风钻钻眼,钻爆参数为:掏槽眼眼深0.9 m,其它炮眼深0.8 m,计划循环进尺0.6 m。周边眼保持5%的外插角,各炮眼的间距、排距应严格按照钻爆设计图控制,保证爆破效果。

3.3.1.2 装药

3.3.1.3 起爆

采用非电毫秒雷管起爆。在周边眼采用导爆索装药结构时,采用导爆索起爆。起爆网路由不少于两位有经验的爆破员组成,敷设线路与交底核对,对起爆材料进行全面检查；起爆前,进行警戒,所有人员撤离至不受有害气体、振动及飞石伤害的安全地点；起爆后,经原装药爆破人员检查确认无瞎炮或其他险情后,方可解除安全警戒。

起爆顺序:掏槽眼→辅助眼→内圈眼→周边眼→底板眼。

3.3.2 仰拱开挖

由于断面轮廓改变为近圆形,仰拱开挖深度比普通断面深,最大深度达到2.8 m,且断面大,开挖时影响拱墙支护钢架的稳定性。开挖前,须检查边墙脚处的锁脚锚管质量是否符合设计要求,保证作业安全。断层带岩体比较破碎,采用机械开挖方式进行仰拱开挖,局部硬质岩采用弱爆破,每循环进尺不大于3 m。先进行测量放样,避免超挖或欠挖。开挖时,应减少对围岩的扰动,对掌子面前方的施工用水或掌子面渗水进行引排,禁止流入仰拱基底侵泡软化岩层,杜绝引起边墙脚钢架失稳。在开挖完成后,清理仰拱基底内的虚碴。开挖过程中应严格控制循环进尺,快速将支护钢架封闭成环,快速将初期支护封闭[2]。

3.4 初期支护

开挖后及时进行初期支护,并封闭成环,加强支护采用I20b工字钢,全环0.6 m/榀,钢架分节长度及接头连接参见“成兰隧参（11）07-25-02～06”,拱脚和边墙脚设置[28a垫槽钢,在拱脚和变墙角设置Ф42锁脚锚管,每处两根,长5 m。拱墙设置系统锚杆,活动断裂两侧影响带拱部120°采用Ф22组合中空锚杆,边墙采用Ф22全长粘结砂浆锚杆,长度4 m,间距环向1.2 m×纵向1.0 m。全环挂设钢筋网采用8圆钢,网格尺寸20 cm× 20 cm,喷射早高强C30纤维混凝土,厚度27 cm。

3.5 组合中空锚杆施工

按设计图要求在初喷混凝土面上进行布孔。开挖初喷后,必须尽快利用人工手持风钻在简易台架上进行钻孔,成孔后采用高压风吹洗清孔,检查锚杆孔位间距、深度、角度是否符合要求,深度误差不大于±50 mm,发现不合格钻孔应废弃重钻。杆体插入锚杆孔时,保持位置居中,锚杆杆体露出混凝土面不大于喷层厚度,然后复喷至设计图标示厚度。有水地段先引出孔内的水或在附近另行钻孔再安装锚杆。

采用注浆机注浆,注浆压力为1.0～1.5 MPa,一般按单管达到设计图标示注浆量作为结束标准。当注浆压力达到终压不少于20 min,进浆量仍达不到注浆终量时,亦可结束注浆。注浆结束后,将管口封堵,以防浆液倒流管外。锚杆垫板与孔口混凝土密贴,并随时检查锚杆头的变形情况,紧固垫板螺帽。

3.6 钢花管系统锚管施工

活动断裂带核部（D2K76+950～+980）采用钢花管系统锚管代替组合中空锚杆和砂浆锚杆,全环布置,长4.5 m,加固隧道周边破碎带围岩。

施工方法:按设计图要求在初喷混凝土面上进行布孔,采用人工风枪在简易作业台架上按孔位钻孔,成孔后采用高压风吹洗清孔,钻孔深度4.5 m,纵向间距1.2 m,环向间距1.0 m,梅花形布置。钻孔结束后,检查锚管孔位间距、深度、角度是否符合要求,深度误差不大于±50 mm,孔位允许偏差10 cm,发现不合格钻孔应废弃重钻,插入钢花管时居中,外露长度为混凝土喷射厚度。

3.7 钢筋网片施工

安装网片在初喷后进行,钢筋网片随初喷面得起伏铺设,与受喷面的间隙一般不小于4 cm,焊接固定于先期施工的系统锚杆之上,再把钢筋片焊接成网,网片搭接长度为1～2个网格。网格间距20 cm×20 cm。在初期支护变形缝处,将钢筋网片在同一截面断开[3]。

3.8 钢架施工

钢架在拱架加工厂按照设计尺寸加工,并试拼合格后,运输至隧道内,安装前先准确定出每榀钢架的位置,清理拱角或墙角的松碴,处理欠挖部位至设计断面,型钢钢架按设计位置拼装,型钢钢架与封闭混凝土之间间隙大时增设C15混凝土垫块定位,两排钢架间纵向按设计要求用钢筋联接,形成纵向连接体系。钢架安装完成后,打设锁脚锚杆或锁脚钢管焊接牢固,使之成为整体结构。在初期支护变形缝处,将钢架连接筋在同一截面断开。施工工艺流程图如图1所示。