大雪山隧道断层处理方案及效果

2022-08-08贾海伟JHaiwei裴桂峰PEGuifeng

价值工程 2022年23期

贾海伟JⅠA Hai-wei；裴桂峰PEⅠGui-feng

（中国水利水电第十二工程局有限公司，杭州 310000）

1 工程概况

大雪山隧道位于云南省迪庆州格咱乡境内，滇、川、藏三省区交界处，按单洞双向行驶设计，隧道洞室净空8.5×6.5m，起讫桩号：K125+830～K127+950，长2120m，轴线进口走向方位约3°，出口走向方位约11°。进洞口设计标高3931.23m，出洞口设计标高3977.61m；隧道最大埋深约453m，位于K126+926。隧道最小埋深约为14m，位于隧道进出口，隧道山体进出口附近无公路通往，交通不便利，隧道进口为端墙式洞门，出口端为削竹式洞门洞内设置4 处紧急停车带。

2 水文地理情况

隧道区气候主要受季风和急流气流的交替控制，干湿季分明。境内深谷高山地形，气候随海拔高度而不同，属高山亚寒带六个气候带。隧道范围受历年东风主导，平均年度风速度为2.0m/s。气温年差小，年平均气温为0℃，海拔5000m 以上的雪山年平均气温-8～-10℃。

1958～2000 年历年极端低气温-16.4～-27.4℃，历年平均-20.1℃。极端最低气温-27.4℃（1982 年12 月27 日），极端最高气温26.6℃（1988 年6 月28 日）；年降雨介于800~1400mm，平均945mm。

3 地质构造

隧道位于处青藏高原东南边，横断山脉中段，以工程区大地构造部位处于松潘-甘孜褶皱系的玉树义敦褶皱带内，仍为滇藏地槽区的一部分。经历了加里东期、印支—燕山期、喜马拉雅山期等三个构造运动阶段。构造行迹表现为南北向及北西向构造体系为主，尤以南北向断裂占优势，北东向及东西向断裂虽存在，但多数断距不大，其中除部分东西向断裂外，相当多的一部分北东向断裂乃系南北向或北西向断裂的派生产物。影响隧道的构造主要有翁水向斜和翁水断裂。

翁水向斜（6），隧道位于翁水向斜的西翼，向斜产状不对称，向西部倒转，内核部分揉皱较严重。翁水断裂（F1），隧道位于断裂东侧300m 处，隧道走向近乎于断裂平行，断裂面产状西倾，倾角70°，西盘地层逆冲并导致翁水向斜向西倒转，沿断裂带构造挤压强烈，岩层破碎，地貌上有断层崖显示，为一压扭性质的高角度逆冲断层，其中隧道于K126+700 处于翁水的次级断裂正交，该次级断裂为一平移断层。据《云南省区域活动断裂图》，翁水断裂不是全新世活动断裂，因此隧道设计不考虑全新世活动断裂的影响，但受断裂影响，岩体破碎，地下水丰富。

4 隧道突遇断层情况

2020 年某天晚上10 点半左右大雪山隧道进口掌子面桩号K126+313 处发生塌方，掌子面完全被垮塌岩石塞满，通过对隧道进行详细查看和测量，检查出塌方段的初期支护损坏程度和影响范围，分析断层带可能的发展走势等，掌子面塌落的岩石十分破碎，第三方检测雷达探测检测掌子面及顶拱无空腔，但掌子面至K126+338 围岩较软，呈松散结构，完整性差，初步推断该区域为一破碎带，洞顶地表现场为滑落堆积体，位于常年冲沟附近，地质条件极差。

根据相关资料大雪山隧道断层带分布在K126+580~K126+640 段落，但在K126+313 突然提前遭遇断层带，工程马上暂停施工，撤离施工人员，启动应急预案。

5 断层带处理方案

①桩号段K126+313 起，由Ⅰ18 型钢@75cm、二次衬砌厚度45cm 防护形式变更为Ⅰ18 型钢@50cm、二次衬砌厚度50cm 衬砌结构进行加强；另外超前小导管施工变更为双排，参数为ϕ42×4mm，L=4.5m，环向间距40cm（每环小导管为62 根），纵向间距为1.0m（即搭接长度为3.5m）；锁脚锚杆变更为锁脚锚管，其余支护参数均按设计图衬砌类型S5a 的要求施工。

②开挖严格按照环向开挖留核心土法施工，开挖进尺每循环按不大于0.5m 实施。

③已完成初期支护段桩号K126+310 处新增一环双排小导管62 根（参数为ϕ42×4mm，L=4.5m，环向间距40cm）进行加固处理，防止此段已施工的钢拱架发生变形。

④为保证施工安全，从K126+300 位置开始向前浇筑仰拱时先按照每3m 一段浇筑，一直到塌方段渡过岩层稳定恢复正常工艺。

6 施工方法

6.1 总体施工程序

隧道断层带处理程序为：超前支护（ϕ42×4mm，L=4.5m，环向间距40cm 双排）→环向预留核心土开挖→Φ8钢筋网安置→Ⅰ18 型钢@50cm 按置→喷射混凝土→仰拱施工→双层排水板按设→二衬施工（包括钢筋架设、台车安装、混凝土浇筑及养护等），详见图1 隧道断层带处理施工工艺流程图。

图1 隧道断层带处理施工工艺流程图

6.2 断层带超前支护

6.2.1 超前小导管注浆

大雪山隧道K126+310-K126+333 断层破碎带超前支护拱部采用两排Φ42 超前小导管支护，一种布置形式为环向间距40cm，纵向间距400cm，小导管长度4.5m，钢管以15°外倾角打入围岩，另一种布置形式为环向间距40cm，纵向间距400cm，小导管长度5.54m，钢管以25°外倾角打入围岩；边墙采用单排A25 中空注浆锚杆支护，横向距离0.50m，竖向距离1.00m，中空注浆锚杆长度3.5m，锚杆以15°外倾角打入围岩，超前小导管施工工艺流程见图2。

图2 超前小导管施工工艺流程图

6.2.2 超前小导管支护要点

①钢管的型号、质量和规格等应符合设计和规范要求。

②超前导管与钢支撑架联合使用，超前导管从钢架底部通过，导管尾部与钢支撑架焊接牢固。

③小导管进入钻孔内的长度不得少于图纸规定长度的95%。

④钢管外直径的尺寸根据设计及钻孔孔径选择，外径一般比钻孔直径小2cm，管壁按照设计要求交错钻眼。

⑤超前小导管纵向两组间应有大于1m 搭接长度。

⑥小导管施工外插角为15°和25°。

⑦钢管进入钻孔需外露部分多余长度，用于连接注浆管道，同时采用水玻璃与42.5 水泥（比例需经现场试验确定效果）搅拌物将导管与孔壁接缝部位封堵，防止漏浆。

⑧小导管注浆配合比应根据现场试验确定，水灰比为1∶1，水玻璃占混合物体积比5%，灌浆压力确定为0.5～1.0MPa，注浆完成后4h 后方能开挖，开挖时，保留1.5m 的止浆墙，防止下一孔口跑浆。

⑨压力灌浆结束后，根据检查钻孔芯样或声波探测结果进行分析，如果没有达到要求，需要进行补充灌注。

6.3 隧道断层带开挖

断层带在超前小导管支护完成后，采用环形预留核心土的方法进行开挖，本工程将开挖面分成环形部分（图中的1，2，3）、中间核心土（4）、下部台阶（5）等三部分，根据开挖面的尺寸，环形拱部分成3 块交替开挖，具体施工时，主要采用机械配合人工开挖，布设逃生管道等安全措施，同时安全人员加强安全警戒，以便发现危险源头，立即要求施工人员进行撤离。

图3 V 级围岩预留核心土开挖顺序图

6.4 钢筋网安装

钢筋网在钢筋厂加工，钢筋网片尺寸以方便加工、运输、组装为主，在隧道内由工人按设计要求拼装。钢筋网按开挖面具体情况铺设，保持适当保护层厚度，采用点焊固定在钢支撑和锚杆外露部分上，防止钢筋网在喷射时移动。开挖面上射混凝土一层混凝土后才能铺挂钢筋网片。

6.5 型钢拱架按设

型钢拱架在规划的加工场内加工，加工前钢架按设计单元，按1∶1 比例放样，确定主要杆件下料尺寸。在加工场内布置1∶1 胎模工作台，按单元制作，运至现场安装。各单元使用钢板加螺栓进行加固连接。加工时，确保长短准确，圆弧部位线性圆顺；连接（焊或搭接）长度满足设计规范；连接时，沿钢支撑钢架两侧向中间对称焊接，接头部位保证相邻钢架轴线一致，如果采用螺栓连接，栓孔位置要保证连接轴线一致，接头紧密合缝。拱架要试拼，确保没有扭曲或者翘曲现象。

工字钢架利用定位胎架焊接成型，利用冷弯台座逐榀弯制胎型，用接头钢板进行试拼，试拼确定加工成品满足施工要求后，保存在临时存放场备用。

钢架用板车运输进洞，工人逐榀连接，必要时采用装载机配合安装。安装时使钢拱架间的连接板确保紧密，不留有缝隙，钢架轴线竖直对正，误差超过规范要求或焊接不合格的钢架不能用。

拱架施工工作内容包括测量放样定位、准备工作和隧洞内连接安置。

定位测量：准确地定出安设于曲线上的每榀钢架的位置。先测出线路设计中线位置，标定里程，然后再测定其横向位置及高度。

如果钢拱架布置在隧道曲线位置，应按该点的法线方向进行布置。隧道直线段，钢拱架安设方向与道路中线垂直即可。

准备工作：加工好的钢支撑架分单元放置，输运前进行编号，安设前再次确定桩号内钢拱架的型号及尺寸，及时处理欠挖侵空部分，保证钢架安设。钢拱架拱脚或墙脚垫板下的松碴必须清除干净，垫板要设置在硬岩上，软弱地质部位，需进行水泥浆处理或垫钢板，房子拱脚沉降，保证拱墙脚处于水平状态。钢支撑拱架与岩石开挖面之间应安设异性垫块，复喷混凝土包裹，确保钢架与岩面密贴及受力良好。

钢架安设：钢拱架按设计间距进行布设，钢支撑架与封闭砼之间需贴紧。在安设过程中，当钢架与围岩之间间隙较大时，需设置垫板，钢架间采用纵向钢筋焊接，成为纵向焊接体系，改善不利的受力状态，确保结构安全。

钢支撑拱架安设后，与其能相连接的锚杆尾部进行焊接，使他们形成整体结构。分段分部位开挖法施工，钢拱架拱脚需完成锁脚锚杆施工，锚杆打入方向与岩面垂直，与钢架焊接牢固。

6.6 喷射混凝土

大雪山隧道喷射混凝土等级为C25 早强混凝土，施工前开挖面进行清理及松动石块检查，先复核中线及高程，在确保中线高程准确后，用断面仪检测开挖断面，认真做好记录。

用TSP-9 型喷机进行喷射施工。喷射混凝土分段、分片自下而上顺序进行。喷射时，喷嘴正对受喷面作均匀顺时针方向螺旋形划圈转动，以使混凝土喷射密实。喷射路线按分部位、分施工段“S”形运动，喷嘴做圆周运动，圈与圈之间有1/3 搭接。喷射时，控制好风压力、水压力及与喷射面的距离，合理选择分次喷射厚度。

6.7 防水板卷材安设

隧道衬砌防水使用复合防水卷材，用热风双焊缝施工工艺，防水层沿隧道复合衬砌段全长及全环布置。

防水卷材在钢筋台车上进行安设。要求基面平整，无尖锐石子，钢管，钢筋，铁丝等凸出物存在，局部不平的地方用喷射砼或水泥浆抹平。

铺设初期支护面平整度符合要求后，先进行无纺土工布的铺设，无纺土工布紧贴初支施工面上，可采用射钉固定，为防止损坏无纺布，钉与布间设衬垫；无纺土工设置好以后，在隧道拱顶放出中心线，将预先卷好的EVA 防水卷材沿隧道内面环向布设。纵向方向无钉连接，前后两层搭接或焊接的长度不小于0.1m，用热熔连接器两道粘合，留出加压孔道；环向将防水卷材铺在无纺土工布外，并连接衬垫处防水卷材与无纺布。

防水卷材吊挂前，为防尖物刺破做好以下工作：

①凸出的钢筋头等铁件，先切断，后锤平并抹砂浆防护。

②清除喷混凝土表面的凸出石等尖物，并找平使表面平整圆顺。

6.8 二衬施工

大雪山隧道混凝土衬砌跟随开挖同步进行施工，施工顺序同开挖顺序，隧道断层带边顶拱混凝土主要采用钢模台车立模，型钢结构支撑，钢模台车采用两节4.5m 长共9.0m 长。混凝土水平运输使用10m3专用砼运输车，HBT60混凝土泵泵送入仓的方法施工。钢模台车和钢筋台车留设5×5m 的行车通道。配设1 套自制轻型钢筋台车进行钢筋绑扎施工。除隧洞纵向分缝按照设计结构缝位置设缝外，其余则按照9m 为一个施工缝。水平施工缝设在底座与边顶拱交点转折处。