隧道穿越浅埋断层带围岩大变形处理技术

林大伟

(瑞安市交通投资有限公司，浙江 瑞安 325200)

隧道作为公路重要组成部分，在施工中可能会遇到浅埋断层破碎带等不良地质，若为满足线性要求无法躲避，则要根据实际情况，制定有效的应对和处理技术，将不良地质可能带来的影响降低最低程度，保证施工顺利完成，并达到预期的质量和安全目标。

1 工程概况

本工程整个路线呈南向北走向。设置1座隧道，为仅限通行非危险化学品等机动车的城市三类隧道。本隧道为上下行分离式隧道，左洞长度为1 447 m，右洞长度为1 450 m，隧道净宽为13.25 m，净高为5.0 m，采用削竹式进口与鱼骨式出口。隧道隧址内构造以断层破碎带及侵入岩脉为主，段内断层破碎带及岩脉与线路呈大角度相交，隧道穿越断裂带及岩脉随近岩体破碎，围岩质量差。

2 浅埋断层带的隧道变形处理

根据隧道地质情况，该隧道的初期支护可能产生严重变形，并侵入到隧道的二次衬砌，对以后正常施工有很大影响，如图1所示。为保证二衬质量并满足营运基本要求，减少拆换，制定了下列变形处理措施。

图1 初支侵限

(1)对隧道纵坡进行调整。在线路允许的基础上，适当调整路线纵坡，从2.6%调整至3.15%，经过这样的调试，相较于之前，隧道洞口的设计高程减小50 cm左右，能有效减少拆换。

(2)对隧道内轮廓进行优化。在不影响建筑界限的基础上，对隧道内轮廓进行优化，减小40 cm的拱部高度，以此减少对已有初期支护结构的拆除，并有效保证施工过程安全。优化前后对比如图2所示。

图2 优化前后对比(单位：cm)

(3)对侵限段落的初期支护进行拆换。现场利用人工对地表裂缝进行夯填，并开挖排水沟促进地面排水，避免地表水进入到裂缝对围岩造成影响，使其失稳；在拆换开始前，先在拆迁区域的前后设置临时钢架，以加强支护，并在初期支护和钢架之间的空隙设置方木块，然后对周围的围岩采取注浆法加固；为了使初期支护结构保持稳定，在拆换开始前，需要在保留钢架的端头，即和新增钢架之间的连接处布置长度为4 m的砂浆锚杆，待以上工作完成后，对侵限的初期支护进行拆除，同时开始扩挖，直到新开挖轮廓线(由于采用了较大的拱脚，所以新轮廓线是在原轮廓线上增加了5 m)，然后喷射一层厚度为9 cm的混凝土对开挖面进行封闭成环，之后对新钢架进行安装，其型号和原设计完全相同，在新钢架的端头处通过锁脚锚杆的设置加固，最后复喷一层混凝土，直到厚度与设计要求完全相符。在实际的拆换过程中，需要按照从上到下的顺序对原初支结构进行凿除，同时逐个进行钢架的拆装，每一次的拆装数量要控制两榀以内，并且在拆装时还应做好监控量测，注意其频率，一般每天都要测量3次以上，同时按照5 m的距离划分测量断面。开挖下台阶，对边墙和仰拱进行初支，利用斜撑为开挖完成后产生的悬空处提供支撑，并及时进行仰拱施工与混凝土填充。

(4)对还没有施工段落的支护参数进行适当调整。以施工现场的实际情况为依据，为了防止沉降变形的发生，对还没有进行施工的特殊段，应实行大拱脚开挖施工，并在隧道的两侧设置槽钢，最后对支护措施做适当调整。

3 浅埋断层带隧道变形施工控制与注意事项

根据隧道初支结构产生变形沉降的主要原因，在实际的开挖施工中，必须提高施工管理力度，对设计参数予以优化，将围岩的变形控制在允许范围之内。

3.1 隧道超前支护

采用双层小导管通过注浆实现超前支护，在注浆的过程中要以注浆的压力与注浆量为依据对所有注浆参数进行调整，确保拱部围岩可以形成一个稳定的自承拱，进而减小初支钢架受到的压力。

3.2 采用正确可行的施工方法

隧道开采采用微台阶法进行，采用槽钢对钢架的基底进行纵向连接，对于循环开挖进尺，按0.5 m严格控制，完成对上台阶的开挖施工后，立即进行临时仰拱的施工，以实现封闭成环；上、下台阶之间的距离应控制在15 m以内，如果超出15 m，需停止对上台阶的开挖，对下台阶进行施工，以此确保仰拱和它的初支结构都能尽可能早的封闭成环。另外，在必要的情况下，还需要对掌子面实施混凝土喷射，以实现封闭。

3.3 开挖方式

爆破应采用预裂爆破的方法，并采用浅孔爆破来取代深孔爆破，在放小炮的基础上尽可能不予放炮，以免对围岩造成太大的扰动，当条件允许时，可采用机械设备进行开挖，将开挖对围岩造成的扰动降至最低。

3.4 变形量的预留

因地下工程具有很强的不可预见性和复杂性，而且断层破碎带的围岩自稳能力很差，所以为了防止围岩出现变形导致侵入界限，需要允许围岩发生一定程度的变形，也就是将这一特殊段落的预留变形量调整到30 cm。

3.5 地下水与施工用水

工程实践表明，水是影响围岩，尤其是软弱围岩自身力学性质的主要因素，不论地下水或施工用水，均会造成很大的影响，不仅会使支护结构所受到的荷载明显增加，而且还会减小围岩本来就不高的承载力，对初支结构的稳定性造成影响。勘察表明，该段围岩主要是泥岩和泥质砂岩，如果遇水，将产生软化，因此施工过程中可通过对导流管的设置使水进入到侧沟当中实现排放，以此从根本上解决基底处围岩被水长时间浸泡的问题。

3.6 做好监控量测

在隧道开挖完成后进行初支结构施工的同时，还要根据工程的设计要求开展监控量测，监控量测的内容应包括：隧道拱部的实际沉降；围岩发生的瘦脸变形，即水平与垂直方向的位置，围岩内部发生的变形，混凝土喷层受到的压力，锚杆的轴力。对这些监控量测数据进行收集、分析与反馈，并结合围岩变形具有的特点和地压实际分布情况，能确定围岩变化遵循的规律，以及现有各个支护结构所处工作状态，找出导致洞室破坏的主要原因，从而制定具有针对性和目的性的解决措施，包括工程措施与非工程措施，实现对沉降的有效控制。

4 结 论

在隧道开挖施工中，若存在软弱围岩段，则有可能造成很大的破坏，而且破坏还具有突发性，但存在一定规律可循。实际施工中，需要最大限度发挥新奥法具有的特点及优势，将通过监控量测获得的数据结果作为依据，对导致围岩变形的主要原因进行分析，制定有效的防止和处理措施。

本次根据工程实际情况，对当隧道需要从断层破碎带中穿过时导致变形沉降产生的主要原因和能防止病害发生的措施进行了分析介绍，旨在为之后的工程建设提供正确指导，以起到可以达到的最佳工程效果的作用。

当隧道需要从诸如断层破碎带等较为复杂和特殊的不良地质段中穿过时，在工程设计过程中就应该尽可能的增加两个隧洞之间的距离，以免在隧道开挖施工中造成相互影响，产生安全或质量问题。