高速公路隧道穿越断层破碎带施工技术探讨

穆天书

（中交一公局第五工程有限公司 河北 三河 065201）

延崇高速公路为2022 年北京冬奥会的重要赛场联络线，是北京延庆与张家口崇礼两个城市之间的连接带，对于两个城市的经济发展、疏解西北通道京藏G6、京新G7 客货运交通压力、提高道路通行能力和行车安全具有重要意义。但是在修建高速公路过程中，会遇见很多现实问题需要解决，比如在施工隧道工程中，会遇见断层破碎带。这种地带有着裂缝发育特点，而且渗漏性也很强，对施工的支护造成困难。为了保证施工的质量，需要对这种地带采用不同的施工方法，以此来保证施工中的安全事故零发生和施工质量控制。

1 高速公路隧道基本情况

延崇高速公路全长约113.7km，其中北京段全长约33.2km，河北段全长约81.2km，南起兴延高速公路，终点连接崇礼县太子城赛场。松山隧道是延崇高速公路（北京段）第九标段设置的一座隧道，由中交第一公路工程局有限公司承建，设计标准为为双向四车道，隧道单洞建筑限界11m×5.5m，属于分离式隧道，整体分离式松山隧道总长为9.2km，最大埋深712m。在该隧道修建过程中要穿过断层破碎带，因此施工的方法选择是非常重要的[1]。该工程遇见的断层破碎带主要采用以下施工手段：（1）使用超前地质预报对围岩的基本情况作出预判；（2）支护方面主要采用超前小导管配合水泥和水玻璃双液注浆实现超前支护；（3）使用台阶法进行挖掘施工，开始施工时需要使用I18 工字钢架，使用挂网等方法来辅助施工。这些方法应用在工程中，都获得了很好的效果。

2 工程主要采用的施工手段

2.1 对围岩基本情况判断

施工以前主要是采用钻孔的方法对围岩的基本情况进行了解，但是这种了解手段获得的基本情况和实际施工还是存在一定差异[2]。对此，需要根据新奥法的基本原理，在设计工作开展前对围岩的级别做一个动态的调整。在施工到掌子面到断层破碎带的15m 时，这种情况下需要使用超前地质预报。本次工程经过检测单位的预判以后，把断层破碎带的等级划分为2 级围岩。

2.2 支护手段使用

断层破碎带采用的支护手段中，主要采用加固圈技术进行。该种技术主要是采用超前小导管在水泥或者是使用水玻璃双注浆，在拱部的120°范围开挖轮廓线四周进行水泥浆加固拱。这种支护手段的采用能够有效提高围岩稳定性，还可以提高围岩的承重力。本次使用的超强小导管长度在4.5m，超前小导管的布置上主要是沿着隧道的拱部开挖轮廓线设置，采用的环向之间距离是40cm，向外的倾斜度在10 ～15°。开展注浆施工时采用双液压注浆泵，注水泥和水玻璃双注浆。

2.3 开挖技术使用

对断层破碎带开挖时，主要使用的原则是短进尺、强支护的原则，为了适应这种开挖要求，本次施工主要采用正台阶开挖法[3]。使用正台阶开挖的技术中，上台阶施工时候的挖掘高度在5.7m，下台阶的施工过程中开挖的高度控制在2.5m，完成以后是采用相互交错的方法开始挖掘施工。同时还需要对钢架的距离控制，一般情况下要求控制在2 ～2.5m。在开挖过程中，要求是两个台阶保持的纵向距离是15 ～20m。这种距离的保持有着一个好处，能够有效保证开挖尽早落底。开挖施工时，还需要注意对围岩的支护施工，施工的原则是尽早开展，因为围岩暴露时间过长有风化风险，需要采用尽快初期支护的技术进行施工。

2.4 初期支护技术

初期支护使用的参数如下：（1）对拱面的初期封闭，主要采用喷射混凝土方法进行，要求使用的水泥标号为C25，喷射的混凝土厚度控制在4cm。支护时还要采用钢拱架，这种拱架主要采用114 工字钢拱架，钢拱加纵向之间距离保持在100cm，环向之间的距离保持在100cm。（2）施工径向系统锚杆，这种锚杆是一种排气中空注浆锚杆，使用的长度在4m，环向之间的距离是100cm，纵向之间的距离为80cm。采用喷射方法施工混凝土，要求混凝土为纤维混凝土，使用的厚度保持在28cm。

3 施工关键技术及质量控制措施

在断层破碎带施工中，施工的主要要点是形成加固圈，同时采用该种技术主要的要点又在超前小导管施工，以及对水泥、水玻璃双注浆的施工技术[4]。为了保证该处工程的施工质量，需要对两个方面的技术质量控制：一个是超前小导管，另一个是对注浆质量的控制。

3.1 控制超前小导管的施工质量

本次施工过程中，岩体的主要结构成分为强风化麻花岗岩，这种结构的岩石层有着以下方面的特点：节理发育、基岩破碎，还有着很多的夹层，而且想要钻孔非常空难，使用的钻孔技术还容易造成卡钻，采用的钻孔技术有相当大的难度。因此在施工过程中对超前小导管的安装时，促使安装的角度和位置满足设计要求，这个是保证质量的关键所在。

小导管的施工过程中，主要采用钻孔方法进行，施工时需要严格按照施工步骤进行，施工步骤为封闭岩面，完成以后是钻孔作业，钻孔完成还需要做清孔，然后是对钢花管的安装，最后是注浆施工。对于采用超前小导管安装中，还有着严格的施工顺序，其顺序如下：

（1）封闭岩面。为了在施工时能够保证注浆的效果，对岩面需要采用注浆技术，注浆主要采用C25 水泥，使用喷射的方法注浆，厚度保持在3 ～5cm[5]。安装完成钢花管以后，还需要采用锚固剂对安装的钢花管周围进行密封，密封的方法主要是保证注浆不会有漏浆的情况发生。

（2）钻孔。对钻孔设备的使用时，首先需要检测风枪是否能够正常运转。施工人员在进行钻孔时要保持匀速进行，特别是在断层破碎带施工中，如果遇见夹层时，需要控制好钻孔速度，对速度控制能够有效防止夹钻的情况发生。开展钻孔工作时还需使用仪器对位置的控制，钻孔质量控制时可以根据钻进形状来判断，同时在钻孔过程中如果遇见故障，需要采用措施对故障对及时处理。

（3）清孔。采用清孔技术主要是使用高压空气，清孔是从孔底向孔口清理。清理工作完成以后，还需要对孔的质量检测，主要是使用仪器检测法，需要使用经纬仪、测斜仪等仪器。

（4）钢花管的安装。安装过程中钢管之间距离控制在15cm，并且开展钻孔注浆，注浆过程中还要注意尾部的留置位置，需要有1m 不能够注浆。对管道的安装过程中采用直接插入法，如果有需要的情况下，可以在管底部采用木板垫尾风枪注入法。本次施工中使用的超前小导管，其主要的结构如图1 所示。

图1 超前小导管结构图

3.2 注浆施工技术

在本次的施工过程中，断层破碎带主要有着裂缝发育、孔隙大，而且还有着渗透性好的特点，这些方面的特点为超前预注浆增加了一定的施工难度。对该处的注浆质量控制中主要是对浆液的流失控制和注浆量控制。对在这两个方面的质量控制，可有效保证加固圈的稳定和可靠。

本次注浆中主要采用双注浆技术，这种技术主要有着以下方面的内容：

（1）注浆参数。水泥注浆液中需要控制水灰比例，这个比例控制在0.8 ～1，对水玻璃的比例控制需要控制在30 ～35 波美度，水泥浆和水玻璃的比例控制在1 ∶0.3 ～1 ∶0.8，注浆时采用的压力控制在1MPa 左右。

（2）注浆顺序。采用的顺序主要是由低向高进行，也就是由低孔位向着高孔位进行灌注。

3.3 质量控制

由于该段是断层破碎带，施工时需要对顶棚的下沉监控，还要对周边的收敛进行监控。拱顶下沉、两组周边收敛点按证台阶法施工顺序在施工中布置。对这种施工中，挖掘完成以后需迅速进行埋设，还要进行初始的读数。观察过程中还需要对检测数据进行分析，以及时掌握地层的变化情况，做出事故预判，这种预判主要是对支护施工和设计参数的修正参考。

4 施工注意事项

（1）开展钻孔工作需要对位置的确定，对每一个孔都需要进行编号处理。对于孔的清理时主要采用高压气枪处理，要求对这种工具的正确使用。钻孔过程中处了对这些工具使用以外，还需要对各种仪器的正确使用，比如对经纬仪的使用，测斜仪的使用等。在采用仪器检测时，如果发现有错误，需要及时纠正，保证孔的质量。

（2）当注浆过程中发现有大的空洞等，可先注水泥砂浆或混凝土后进行注浆。

5 结束语

综上所述，在高速公路隧道穿越断层破碎带施工技术探讨中，主要是从三个方面分析：对技术分析，采用合理技术保证施工质量；对施工要点分析，注重施工要点，实现工程有质量完成；对注意事项分析，确保工程的施工安全。在隧道断层破碎带施工中，做好这三个方面的工作，有助于保证工程顺利开展。