铁路隧道穿越富水断层破碎带施工技术

张 松

（中铁十九局集团第二工程有限公司，辽宁辽阳 111000）

0 引言

若铁路隧道修建过程中需穿越富水断层破碎带，那么施工时需要对工程进行控制，可采取恰当的施工辅助条件增加施工成功率。常用方法：利用超前地质预报进行地质条件分析；利用监控测量实时掌握施工具体环节；监控整个施工过程。以富水断层破碎带的工程特点为切入点，探讨施工要点。

1 工程概况

工程线路总长度19 649 m，其中有2个正线隧道，长度18.4 km，线路全长19.649 km。辅助坑道数量5个，总长度6.264 km。标段的总体工程量既有桥涵、隧道施工，又有轨道施工。工程中的隧道工程为建设重点与难点。首要的隧道工程为安定隧道，正洞总长度8.654 km，埋深最大距离0.88 km，最小埋深距离0.02 km。本隧道施工中设有3#和4#斜井，3#斜井长度2.228 km，4#斜井长度1.909 km。

2 富水断层破碎带特点

当隧道长度和工期较长时，很容易遇到地质相对复杂的施工情况。常见的不良地质包括富含地下水的断层破碎带，地层内岩体破碎，结构松散，主要类型为山角砾土、碎裂岩和断层泥。破碎带的构成成分较复杂，自稳性能很差，富含地下水。上述内容给隧道的整体施工都带来麻烦，若管理组织不当，会出现坍塌、冒水等施工危险[1]。

3 富水断层破碎带施工中易发生突泥突水事故的原因

富水断层破碎带容易出现突泥突水等灾害的主要原因有3种：①没有针对该地层的特点设置专门的施工方案，没有采用恰当的施工辅助设备。②施工监测不到位，没有及时掌握水压、水量等各项指标的变化，没有相对应的应急预案。③坍塌事故发生时，在还未掌握具体情况的前提下就清除淤泥，恢复施工，引发大型的突泥突水灾害事故。经多年的施工经验证明，隧道的开挖与清除淤泥阶段很容易出现突泥突水现象。

4 铁路隧道穿越富水断层破碎带施工技术

4.1 加强超前地质预报

获取超前地质预报可采用专门的测试工具，常见的有TSP超前地质预报仪和地质雷达预报。本工程中将两者结合应用，在探测中发现图纸标定的断层带前方，有一段（15～20）m的地段可能存有断层带。用水平地质钻机验证了猜测结果，结合地质素描的手段进行了地质勘测。综合3种预测方式，完成本工程的超前地质预报，掌握了施工现场断层带的规模、地下水含量和岩层的构成等地质条件。

4.2 加强监控量测

监控量测可以观测到施工中围岩的变化情况和支护的状态，设置监测点时需根据施工现场的开挖支护作业的结果设立，也可根据需要增设监测点。因其关系到整个隧道建设的安全控制，施工人员需高度重视。制定相应监测方案，按照施工计划，严格监控施工现场围岩和支护结构随着施工的推进发生的变形情况，并记录下监控数据。每隔一段时间，需对检测数据进行整理分析，统计对应项目的变化情况，报送给相关负责人。正常状态下1周报送1次，特殊状态下，可每天1次。

4.3 穿越富水断层破碎带主要施工方法

（1）超前帷幕注浆。注浆材料选用水泥水玻璃双液浆或水泥浆液，按照从内圈到外圈的注浆顺序进行施工。鉴于破碎带施工时很容易产生塌孔的现象，需采用前进式注浆方式。30 m是每一循环需注浆的长度，同时要确保开挖距离达到25 m，预留出5 m的距离作为止浆岩盘。在第一循环内设置厚度为2 m的比浆墙，距离正洞衬砌开挖面0.5 m处的范围为外轮廓。当注浆结束后，要检查每个注浆孔的注浆情况并做好记录。以数据为基础分析注浆的效果，若注浆效果不达标，可进行取芯检测再次验证注浆结果，若也不达标可进行二次注浆[2]。图1为超前帷幕注浆工艺。

图1 超前帷幕注浆工艺

（2）超前管棚支护。隧道超前支护的形式有多种方式，常见的有A108 mm大管棚支护，A60 mm中管棚支护、小导管支护等，需要根据不同的施工地质条件灵活选用支护的形式。本工程的超前管棚支护形式操作如下。

首先借助于管棚钻机设备的辅助，利用冲击回旋钻将套管插入岩层内，钻进成孔时要借助于大扭矩回转套管的帮助，这样成孔的精度较高，深度也符合标准。使用液压夹头，便于固定或打开钻具的丝扣，可减少人工的劳动强度。液动注水泵的使用可以为清洁管具、清洗残渣带来便利的施工条件。当管棚支护完成之后，才能进行隧道的开挖，但开挖的最大长度需控制在整个管棚总长度的0.9倍以内。若超出这一限定值，可重复进行管棚支护，直到隧道施工开挖穿越了破碎带为止。部分作业施工见图2。

图2 超前管棚支护施工

（3）开挖及支护。本工程开挖时采用的方法是台阶法+临时仰拱法，当开挖按循环进尺的形式进行时，可搭建临时仰拱，与上台阶的施工错开（3～5）m后，可同时同步进行下台阶的开挖。上台阶与下台阶的开挖，不论是从时间上还是从循环方式上都保持同步进行。在开挖操作之后，可采用喷锚支护，搭建支护钢架，并将其与钢筋网通过焊接的方式连为一个整体，及时设置锁脚锚管。为增强锁脚锚管的稳固性能，对其进行灌浆，确保与拱架牢固地焊接在一起。

注意岩面的软硬，对硬度较大的岩面可以采用高压水清洁，对硬度较小，比较软的岩面可采用高压风，将附着在岩面上的杂质吹干净。若有松动的岩体，可以手动敲除，当杆体很长时可切除多余的部分。经过上述步骤的处理，待确定整个岩面的干净度符合标准之后，可进行喷硅施工。施工中要遵循先边墙施工后拱部喷硅的原则，在终凝达到1 h之后方可进行复喷。注意混凝土喷射的回弹率需符合标准：边墙回弹率要≤15%，拱部回弹率要≤25%。上述操作完成之后，要尽早错位开挖仰拱，安装钢架，加快初期支护的闭合速度，注意整个仰拱体系稳定性能。

5 施工效果分析

在整个隧道的破碎带施工中要注意监测的工作衔接需连贯，不可间断。为了获取更为准确的监测数据，需在钢架的连接板上高出0.4 m的距离处安装监控设备，在钢架的两侧顶入相互对称的锁脚锚管（型号A42 mm），锁脚锚管应与钢架构成45°倾角，并对其进行焊接施工，以增强结构的稳定性能。当监测数据稳定之后，要拆除I18钢拱架，随后进行挂网喷射混凝土封闭。置换钢拱架的长度需达到6 m，一旦监测结果显示稳定之后，即可执行二衬施工。该环节的操作施工需采取安全措施：①使用人工+机械作业的方式来完成原钢架的拆除工作，不能使用爆破作业，以免产生安全事故。②固定住钢架脚，可以借助混凝土辅助施工，以固定钢架脚的位置。③接触初期支护时，需实时监控周围岩石的变化情况，若出现异常应停止操作，待恢复正常之后再恢复施工。

6 结束语

地铁隧道修建过程中需穿过富水断层破碎带施工时，需坚守安全第一的理念。为避免出现事故，可采用超前支护手段辅助施工，不断完善施工的标准，进而提升施工质量。这是个长久的研究课题，分析破碎带不良地质下铁路隧道施工的案例，可以为其他工程的修建提供参照。