隧道穿越断层段施工技术初探

赵宇婷

(山西路桥第六工程有限公司，山西 晋中 030600)

当前隧道所穿越的地层越来越复杂，对隧道正常开挖施工的影响也逐渐增大，尤其是当隧道需要从断层带中穿越时，一旦处理不当，极有可能易发坍塌等事故。因此，需在掌握断层带特点及可能造成的影响基础上，探讨有效的施工技术。

1 断层地质概述

断层作为岩溶及地下暗河等主要发育场所，在隧道工程中经常遇到，属于隧道工程常见不良地质，应采取多方面技术加以协调处理。通过相关研究可知，围岩破坏与变形和断层之间有着密切的关联，很多围岩破坏与变形都是由于断层引起的。对此，在实际情况中应在掌握断层等不良地质基本情况与特征的基础上，采取有效措施加以处理和支护，编制完善可行的施工方案。断层结构复杂，施工中要做到综合考量，明确其各项特征及可能给隧道施工造成的影响。断层施工难度很大，若未能有效处理，将导致围岩破坏，威胁施工安全。对隧道建设人员而言，应掌握断层具体走向和倾角等基本性质，然后指定科学合理的方案，选择正确可行的技术加以施工与支护，以此从根本上保证施工安全，避免断层的存在造成安全和质量问题。

2 穿断层带施工技术

2.1 做好超前地质预报

在需要从断层带中穿越的隧道工程施工中，要根据所穿越的断层地质情况与特征，对施工场地基本地貌与植被覆盖情况等进行勘测，以确定围岩等级及其分布情况与区域地下水位，进而为之后的施工计划制定提供可靠的参考依据。以隧道的各项基本特征为依据，在开挖之前，对围岩进行地质预报，确定前方围岩具体状况，并针对不同等级的围岩制定专门的应对方案，结合地质探测结果做好超前支护，并利用机械设备与人员充分结合的方式来开挖，防止围岩自身受力状态遭到破坏，以免破坏性问题产生。以超前水平钻探为例，以超前水平钻机作为主要机械设备，在掌子面上进行超前钻孔，钻孔的数量和位置根据隧道施工特征，并结合环境条件确定。钻孔时，根据钻进的速度及推进力等指标判断围岩等级与区域地下水分布情况，一般情况下，两次超前钻孔之间要有5 m以上的搭接长度。

2.2 选择适宜的开挖方法

不同开挖方法对围岩稳定性的影响亦不同，对此，要根据通过勘测得出的各项地质特征选择适宜的开挖方法，并为实际施工提供正确的指导和控制。对于隧道的断层带，一般采用上下台阶预留核心土法进行开挖。对于三台阶法，是指分成上、中、下三层台阶实施开挖，台阶长4 m，进尺通常为2 m。经研究可知，断层岩体破坏和所用施工方法不当之间有直接关系。采用上下台阶预留核心土法进行开挖时，可能在上导洞开挖时产生岩体集中破坏的问题，拱顶沉降量可达总量1/2。通过对断层和围岩压力的分析控制，断层处围岩受到的压力变化较大。对此，在完成支护使围岩达到稳固后，可采用三台阶法实施开挖。当在破碎带与软弱围岩段开挖时，要尽量采用大断面方法，在不适合进行全断面开挖施工的段落，应根据断层的实际情况，采用以下几种方法进行开挖施工：上下断面顺序开挖；微台阶开挖；微震爆破开挖。

2.3 加强断层带围岩支护

在施工到断层带后，应切实加强围岩支护，具体支护方法要以围岩特征为依据并结合现场施工条件选择。以某穿越断层带的隧道为例，该隧道全段围岩条件都很差，上部以强风化岩为主，主要呈碎块状，且裂隙发育，岩体极为破碎。在隧道洞中发现很多破碎带，岩体的风化程度很高，断层影响范围可以达到40 m。施工中，应在做好排水的基础上，减小开挖进尺，并提高支护强度。其中，排水是指施工中将断层裂隙中存在的水及时排出，并在开挖时密切注意开挖的距离，减小开挖的进尺，以免由于开挖距离较长导致坍塌。若在开挖中必须采用爆破的方法，则应尽可能弱化爆破，防止给围岩和其它结构造成太大的扰动。而通过加强支护，能为断层带围岩提供可靠维护，防止施工中产生坍塌，从根本上保证隧道安全。

2.4 及时进行堵水排水

堵水排水在断层带施工中是一道关键工序，施工中要严格遵循防堵结合和以排为主基本原则。当实际涌水量为10 m3/h时，采用注浆法进行堵水，并在全断面进行超前预注浆达到堵水的效果。在集中堵水段，以10 m的间隔距离进行分段超前注浆，注浆材料为水泥-水玻璃双液浆。注浆结束后，部分地下水将被堵在开挖面之外，起到减少施工中涌水量的作用，除了能为之后的开挖与支护创造良好条件，使掌子面保持稳定，还能确保抽水得以顺利完成。排水要根据项目实际情况选择正确合理的方法，未达到预期排水效果，以分级排水方法为宜，按照300 m的间隔距离设置泵站，此外还要根据所有可能产生的问题进行应急管道设置。隧道施工中应按照要求配备抽水设备，并安排专人经常性检查设备，作必要的维修或更换，确保隧道排水正常完成，达到预期的排水效果。

2.5 引入超前帷幕注浆

隧道开挖施工开始前，在掌子面上进行钻孔压浆，通过压浆，使浆液填充松散岩体缝隙，在浆液达到凝固后，起到提高岩体强度的作用。通过注浆，能在开挖轮廓线以外产生一道止水层，避免开挖施工中周围地下水进入到隧道中，对正常开挖施工和施工安全造成威胁。对断层带进行注浆时，要根据隧道的实际情况，并结合施工要求，选择适宜的注浆材料，并安排专人对围岩性质及水文地质条件予以勘测，广泛收集相关资料和数据，开展科学合理的规划，在条件允许的情况下，选择胶凝时间较为灵活、强度较大且绿色环保的类型。按照注浆的基本机理，可将断层带注浆施工视作充填注浆，对速凝剂和水泥浆之比进行合理的设置，以此在浆液达到凝固后形成良好的强度，实现对围岩的有效加固，并伴随时间不断延长，提高整个固结体实际强度。除此之外，固结体还要有一定耐久性和抵抗腐蚀的能力(特殊情况下还要有较强抗冻融的能力)，以此满足隧道工程建设基本要求。超前帷幕注浆过程中，一次注浆长度要根据隧道施工情况确定，通常要将注浆的长度控制在30～40 m范围内，在开挖长度达到30 m后，应预留5～7 m的长度，将其作为下一次循环注浆的止浆盘。注浆孔通常可分成6环，在上半断面中，每环之间应保持0.6 m的间隔距离，而下半断面则要减小至0.5 m。注浆施工开始前，安排专人对各注浆孔进行编号，并准确测量和放出每个注浆孔的具体位置，以此为钻孔提供可靠的参考依据，保证钻孔方向和位置都能达到要求，最终使注浆达到预期的效果。

3 结 语

综上所述，断层带作为隧道工程建设中常见的不良地质，若未经重视和有效处理，将给隧道施工带来很大的质量和安全隐患。因此，实际断层带施工中，应在做好超前地质预报的基础上，选择适宜的开挖方法，并加强断层带围岩支护和及时堵水排水，同时适当引入超前帷幕注浆，以此保证断层带施工安全性，将断层带可能给正常施工的影响降至最低，保证整个断层带的施工安全与质量。