隧道工程中穿越断层破碎带开挖施工技术的应用探究

2020-11-23

中国公路 2020年21期

（张石高速公路张家口管理处，河北张家口 075100）

穿越断层破碎带是隧道工程开挖期间常见的不良地质条件，穿越该区域会严重影响隧道围岩结构的稳定性。断层破碎带实属软弱地质带，具有强度低、变形可能性大、透水性强、抗水性差等特点，对施工作业的开展具有不利影响。隧道工程断面开挖穿越断层破碎带情况下，岩层成因复杂导致地质条件突变风险大，可能会引发一系列风险事故。因此，为减少事故发生，保障施工质量与安全性，必须在隧道断面开挖期间配套相应的支护技术方案，以巩固结构稳定性，保障隧道建设的顺利开展。

一、工程概况

某快速路为A市规划与B市连接的重要交通枢纽，是区域旅游经济发展的重要保障。1#隧道位于该快速路A市段，单向行驶双车道隧道，设计时速为80.0km。左向全长1840.0m，最大埋深深度194.0m；右向全长1836.0m，最大埋深深度195.0m。工程前期勘查资料显示，隧道开挖作业断面上覆土层以第四系全新统人工填筑土、泥岩夹泥质粉砂岩、钙质粉砂岩及断层压碎岩为主。该隧道穿越某逆断层，区域埋深深度在10.0m～72.0m范围内，隧道净距为14.3m～19.7m。受地形地貌及岩土构造等因素影响，现场地下水分布以孔隙水、基岩裂隙水为主，其中孔隙水在坡残基土层内广泛分布，土层厚度在0m～3.0m范围内。受岩性影响，储水性能差，且孔隙水含量小。该隧道工程穿越某逆断层纵断面如图1所示。

图1 隧道工程穿越某逆断层纵断面示意图

二、断层开挖施工技术

该隧道工程软岩、偏压、浅埋及断层破碎带采用三台阶临时性仰拱法施工，遵循超前支护→上台阶开挖→支护→下台阶开挖→支护→仰拱→填充→拱墙衬砌的施工流程。施工期间隧道开挖工法为光面爆破，台阶长度设计值为5.0m～8.0m，单位循环进尺按照2.0m标准控制。开挖过程中光面爆破的相关技术参数如下。

（一）技术思路

该隧道工程围岩破碎带开挖方式为台阶法作业，单位循环进尺按照2.0m标准控制，作业进度为每3d循环4次。爆破炮眼利用率为0.9m，爆破炸药选用2#岩石乳化炸药，炸药直径按照32.0mm标准控制。现场应用三臂凿岩台车进行打眼，作业期间应用挖掘机清理台渣。光面爆破选用起爆方式为塑料导爆管非电起爆系统，周边选用小药卷间隔装药，单位循环进尺深度为2.0m。

（二）爆破参数

爆破现场炮眼直径取值为42.0mm，布设深度为3.2m，相较于其他孔位，掏槽孔深度扩大0.5m。根据工程实践经验，为达到最为理想的光面爆破效果，现场对周边眼不耦合系数取值按照1.5～2.0标准控制，故光面爆破参数控制标准为：周边眼药卷直径为25.0mm，长度为300.0mm，规格标准为200.0g/卷；其他眼药卷直径为32.0mm，长度为300.0mm，规格标准为200.0g/卷。考虑该工程隧道开挖断面现场大坡隧道地质特征，抵抗线取值为500.0mm，周边眼距取值为450.0mm。

（三）掏槽方式

该隧道工程断层开挖作业断面采用斜眼掏槽方式，周边眼经空气间隔不耦合状态，将光面爆破药卷按照一定距离绑扎于定位竹片上，与导爆索妥善连接，其他眼采用连续装药方式。遵循掏槽眼→扩槽眼→掘进眼→内圈眼→周边眼流程进行起爆操作，经电雷管控制起爆时间，起爆过程中微差利用1～11非电毫秒雷管妥善控制。

三、断层支护施工技术

该工程隧道断层开挖施工期间，配套应用洞口长管棚与超前小导管支护技术方案。支护施工的关键要点及注意事项分析如下。

（一）洞口长管棚支护技术

隧道断面开挖导向墙设计界面尺寸标准为1.0m*1.0m，混凝土强度等级为C25，选用120a工字钢，沿钢架外缘布设导向钢管，钢管厚度为5.0mm，钢管与钢架通过焊接方式固定，单元连接方式为螺栓连接。现场加工长管棚并经汽车运输至工作面，一次性安装完成并经套管跟进法钻进，在高压注浆泵辅助下注浆，期间注浆压力按照0.5MPa～2.0MPa标准控制，水灰比控制标准为1:1，根据前期试验调节注浆参数，注浆完成后钢管应用M10等级水泥砂浆进行填充。需要注意的是，洞口长管棚支护属于超前支护技术方案，应在隧道暗洞开挖作业结束前完成，施工方式为隔孔注浆，初期压力按照0.5MPa～1.0MPa标准控制，终压控制标准为2.0MPa。注浆作业结束后安排专人通过打设检查孔钢管的方式检查注浆质量，确保钢管内填充砂浆封堵完整，在此基础上进行洞身长管棚支护施工。现场管棚工作室长度在12.0m～15.0m范围内，其断面较标准断面高出800.0mm～1000.0mm，采用导向墙→孔口管施工方案，钻孔并安装钢花管后注浆，为超前小导管支护施工奠定基础。

（二）超前小导管支护技术

现场加工小钢管，混凝土喷射断层岩面，用凿岩机钻孔，并借助顶推力将小导管推送至孔内，经测斜仪控制钻孔角度将水泥砂浆经注浆泵压入孔内。超前小导管支护以紧靠开挖作业面钢架为支点，穿过钢拱架后尾端与钢架焊接固定，打入钢管并注浆，以形成完整管栅支护环。支护期间注浆浆液水灰比按照0.5～1.0标准控制，注浆浆液经充分稀释后浓度调整至1.0。土层结构内超前小导管压住水泥浆压力控制在2.0MPa以上，其他区域水泥砂浆压注压力则按照高于1.0MPa标准控制。现场配置注浆机数量较少的情况下，需安排专人堵塞串浆孔。该管注浆前需拔除封堵物，然后利用铁丝彻底清除管内残留杂物，经高压风彻底冲洗后完成注浆。若注浆过程中进浆量过大但压力升高不明显，需适当调节注浆浆液浓度及配合比，以控制胶凝时间，并通过小泵量低压力注浆方式施工，确保支护效果达到理想状态。