关于公路隧道断层破碎带施工技术探究

2020-11-27陈国亮

商品与质量 2020年10期

关键词：偏压断层围岩

陈国亮

山东万泰工程咨询有限公司山东潍坊 261061

处于断层破碎带中的隧道，其施工较为复杂，需要采取有效的技术措施保证施工安全，公路工程通过超前地质预报、注浆堵水和加固、开挖支护与二次衬砌，顺利且安全的完成了开挖施工，经检查施工质量合格，所用施工方法可为类似工程提供参考借鉴。

1 隧道断层破碎带关键施工技术

1.1 浅埋断层破碎带开挖与支护技术

断裂带破碎区域的浅埋偏压隧道受力情况特殊，由于围岩软弱、自稳性差，且围岩和支护结构的两侧受力不对称、不均匀，容易导致局部应力集中，进一步导致岩体破坏松弛，自稳能力逐步丧失，并导致结构破裂变形乃至结构失效，进而引发工程病害甚至工程事故。此外，断裂破碎带的围岩粘聚力低，在隧道爆破开挖过程中，结构受到进一步损伤，自稳能力进一步丧失，在不对称应力的影响下，很可能快速变形，进一步导致围岩失稳，甚至洞内坍塌等事故的发生。因此，软弱破碎围岩偏压隧道应选取有利于控制围岩变形和应力水平的施工方法。根据以往的工程经验和围岩类别，针对本工程的Ⅴ级围岩段隧道采用三台阶七步开挖法开挖。采用三台阶七步开挖法开挖时，应严格控制二次衬砌到掌子面的距离，确保该距离不超过开挖跨度的2倍，确保初期支护和衬砌紧跟，尽快对已开挖的围岩变形形成约束，避免受力和变形的快速扩展[1]。

1.2 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。

1.3 注浆堵水、加固

在施工中若遇突水和涌水现象，应根据超前地质预报结果，并结合现有的地质素描等基本资料开展综合分析，确定掌子面之前地下水实际分布情况和水量，然后遵循防水、排水、堵水和引水充分结合的基本原则，制定施工措施，针对不同的实际情况，采取全断面帷幕或周边注浆等技术措施，将地下水封堵于围岩当中，然后集中引排，利用二衬系统的防水和排水系统使水排出道隧道之外，从而保证施工安全与结构安全。目前，主要采用以下几种方法：

（1）如果隧道需要从厚度在30m以上的呈软塑状态的断层破碎带中穿过，且总水量超过10m3/h，则应在整个断面通过帷注浆来堵水[2]。其注浆的范围为隧道开挖边线向外6m，长度一般为30m，共分成三环进行，其中，第一环设置22个孔，深度按15m控制；第二环也设置22个孔，但深度增加到22m；第三环设置61个孔，深度继续增加到30m。

（2）如果隧道需要从图1注浆堵水施工工艺流程厚度小于30m的断层破碎带或者是溶蚀裂隙中穿过，且总水量不足10m3h，则应在整个断面进行周边注浆来有效堵水。其注浆的范围为隧道开挖边线向外6m，长度一般为30m，共分成三环进行，其中，第一环设置22个孔，深度按15m控制；第二环也设置22个孔，但深度增加到22m；第三环设置50个孔，深度继续增加到30m。

（3）除以上两种方法外，若隧道从灰岩地区中穿过，在断面中出现局部的突水和涌水，则可通过局部注浆来处理。其注浆的范围为隧道开挖边线向外6m，长度一般为30m，共分成三环进行，其中，第一环设置10个孔，深度按15m控制；第二环也设置10个孔，但深度增加到22m；第三环设置14个孔，深度继续增加到30m。

2 隧道断层破碎带施工风险控制措施

2.1 初期支护加固措施

偏压隧道围岩和变形的扩展与初期支护的强度以及施作时间之间密切相关，如果初期支护施作不及时或者刚度不够，很容易导致围岩松弛和应力扩散。因此如果山体的偏压影响无法通过堆载反压或者其他外部措施进行抵消，则需加强初期支护的刚度，提高初期支护的施作时机，尽快对山体的变形形成有效约束。主要措施为：①增加初期支护的强度和刚度，尽量采用工字钢架或者钢管混凝土拱架等高强高刚度拱架来约束围岩变形，加密钢架之间的间距，钢架之间进行纵向连接；②对隧道围岩进行预加固，才开挖可打设大管棚，并进行压力注浆，加固围岩，提高围岩的自稳性；③减少施工进尺，尽量采用人工开挖，避免爆破震动，降低对隧道围岩的扰动，尽快对围岩形成有效约束[3]。

2.2 监控量测

在隧道开挖施工中，除了要做好支护与二次衬砌，还应切实加强监控量测，对掌握到的所有监控量测数据实施分析，明确开挖施工和支护是否满足要求，为现场施工提供正确指导。如果，如果监控量测结果出现较大的变化，则需要立即调整施工参数。

2.3 质量控制

由于是断层破碎带，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。