隧道断层破碎带超前支护施工技术分析

齐元华 （中铁十六局集团第一工程有限公司，北京 101300）

隧道从断层破碎带穿过的时候，围岩的稳定性会比较差，在挖掘施工的时候，易于出现塌方和变形的问题，给施工安全造成了严重的影响。管棚超前支护技术具有较强的联合支护效应、托梁效应和有拱效应，使施工过程中易于出现的地层变形和围岩坍塌等问题得到有效处理，其主要的优点为使用范围广、支撑效果明显、施工技术简便和施工设备标准低等。

1 工程概况

该项目施工地点为西宁市多巴镇扎麻隆村周边，与西宁南、北绕城公路相连接，线路沿途经过果米滩、下脖项、石板沟和扎麻隆等地，整条线路左线全长6.3km，右线全长6.4km。该路段的施工标准为双向八车道高速公路，整体式路基的宽度设计为41m，使用沥青混凝土来铺设整条线路的路面，按照一级公路的标准来设计桥涵的荷载。隧道的主要类型为分离式隧道，隧道的净高可以达到5m左右，断面净宽保持在11m左右。

2 断层破碎带超前支护施工条件

2.1 构造

断层的地质环境比较恶劣，地下水丰富，如果不能进行妥善处理就会给施工质量造成严重的影响，甚至会导致大范围的坍塌或者是变形。受复杂地质环境的影响，该项目的施工周期比较长，隧道单洞的挖掘长度和宽度比较大，这就要求施工现场的作业标准一定要满足设计的要求，排烟需求和通风要求一定要达到设计的标准。由于出渣运输的距离比较长，使得洞内施工受到了严重的影响。

2.2 施工条件

在对断层进行施工的时候，需要对地质超前预报内容进行详细分析，全面了解区域内的地质条件，对地下水的储存情况进行认真分析，准确判断涌水的存在情况，对附近的富水区进行仔细观察。当这些问题得到详细掌握以后，需要出具书面报告，为断层支护施工提供更多的参考信息，使后期施工变得更加得心应手[1]。以项目的施工需求为基础，对挖掘支护施工的方案、技术和有关参数进行明确，还要对施工流程进行科学确定。在对松散的断层带进行处理的时候，需要采取深孔预注浆的技术进行处理，使断面施工的合理性得到保障。通常情况下，在对断层破碎带进行超前地质预报的时候，一定要采取形式多样的方式，对预报系统进行积极的完善，使涌水测量变得更加精准，使岩石的完整性不断明确。

3 管棚超前支护施工

3.1 设计参数

①钢管的规格。使用的钢管类型为热轧无缝钢管，壁厚为0.6cm，直径为11cm，管身钻孔的孔眼直径为1.5cm，间距保持在30cm左右，采取梅花型的方式交错布置，使浆液的渗透能力不断地提高，将管头加工成为锥形，以便钢管送入。在钢管内设置钢筋笼，钢筋笼主筋的直径为2.5cm，钢环的壁厚为0.3cm，钢环与主筋紧紧地焊接在一起。钢筋笼的具体设计情况详见图1。②管距。环向间距保持在40cm左右。③外插角的度数保持在1°～3°之间。④相同管棚中的接头位置一定要互相错开，使用第一种分节编排次序的办法来为单号钢管编号，使用第二种分节编排次序的办法来为双号钢管编号[2]。⑤管棚接头的质量一定要满足设计的要求，使用长为30cm的丝扣进行连接。⑥在隧道断层破碎带进行施工时，首先对单号钢花管进行施工，再对双号钢花管进行施工。双号钢花管具有检查管的作用，一旦发现单号钢花管存在注浆不密实的情况，可以对其进行有效处理。

3.2 前期准备

①排地表水。将环型截水沟设置在洞口仰坡稳定地层，从而实现对地表水的有效拦截。创建枝状排水体系，使地表水可以在短时间内从洞口不稳定范围排出，有效预防积水下渗的问题。②地下水引排。在合适的位置设置降水井，使用螺杆泵和深井潜水泵抽取地下水，从而使洞口地下水水位降低。③管棚导向墙。在洞口管棚施工以前，需要将导向墙浇筑好，导向墙需要使用C20钢筋混凝土浇筑在洞口衬砌外轮廓线之外。设置导向钢管在导向墙中，布置导向钢管时，一定要确保方向、位置和间距的精准。

3.3 施工技术

①对隧道断层破碎带的设计轮廓线进行测量放样，把管棚位置标记好，其间距为40cm。②对管棚钻机进行定位和移动。③钻孔施工。钻孔的时候，以导向墙中预埋的导线管为基础，喷涂素混凝土在掌子面上，以此来充当止浆墙，有效控制掌子面坍塌和漏浆问题。钻孔施工以前，对钻机进行认真检查，根据实际情况来确定钻进时的加泥浆形式。钻孔施工一定要确保匀速，在遇到夹砂层或者是夹泥层的时候，一定要对钻速进行严格控制，防止出现夹钻的情况。④钻孔施工结束以后，用清水将套管内孔清理干净，接着取出钻杆，将套管留在孔内，从而实现保护孔洞的作用。⑤将事先准备好的钢花管插入到套管里面，使用管箍将接头位置处理好，将钢管缓缓地打入到岩土中，使钢管得到有效固定。⑥钢管插进完成后，将套管取出，冒出的岩土会使钢管挤压的更加紧密，使用水泥浆把孔口四周密封好。

图1 钢筋笼设计图示（单位：mm）

3.4 预注浆

管棚安装完成以后，进行水泥浆灌注施工。借助浆液的渗透作用，将四周岩体固定好，使围岩裂缝水问题得到有效地控制，从而达到超前支护的作用，使管棚的刚度和强度不断地提高。在注浆施工的时候，对于地下水比较丰富的位置使用水泥玻璃双液浆进行灌注，水灰比为1∶1，注浆压力保持在2MPa左右，浆液扩散半径保持在0.5m左右。需要事先做好现场注浆试验工作，依据试验的情况来对注浆参数进行有效地调整。经过大量的试验得出，单根钢管注浆量公式见式（1）[3]：

式（1）中：r-钢管半径，m；L-钢管总长度，钢管需要与钻机进行连接，通常情况下，钢管的长度设置为40m；R-浆液扩散半径，通常情况下，设置为0.5m；η-地层孔隙率；α-浆液有效充填率，通常情况下为0.9；β-浆液损耗系数，通常情况下为 1.15。

3.5 注浆

①注浆配比。如果浆液配比比较科学，可以使浆液的胶凝时间得到有效控制，使浆液的扩散加固范围不断提高。实际施工时，注浆速度通常保持在25L/m in左右。②注浆压力。通过观察注浆压力来检查注浆的完成情况，当注浆压力达到预定的压力值时，钢管注浆施工才能停止。注浆结束以后，使用10号水泥砂浆将管棚钢管填充好，使钢管的刚度和强度不断地提高。③注浆时安排专人负责管理，将记录表填写好，对注浆压力、浆液消耗量和注浆时间进行准确记录。④对注浆效果进行科学评价。使用钻孔取芯的办法对注浆加固区进行检测，从而实现对注浆填充情况的有效获取。在对无孔钢管钻孔注浆情况进行检测时，通过分析孔内的涌水量和涌水颜色来获取注浆的效果。

4 结语

对于隧道断层破碎带来说，其地质环境与众不同，蕴藏的地下水非常丰富，在施工的时候，一定要合理安排、科学组织，使施工过程中易于出现的变形和坍塌等事故得到有效控制，使施工环境得到较好的保障，促使施工质量得到提高。断层破碎带支护施工时，对施工经验进行不断地积累，同时优化和升级施工技术，为今后的施工提供实践经验和理论数据，使不良地质环境得到科学的处理，使隧道施工的施工技术变得更加先进、科学。