全风化断层破碎带隧道施工技术探讨

付开进

（成自铁路有限责任公司，四川 成都 610095）

0 引言

隧道工程施工经常性遇到全风化断层破碎带，这种地段的建筑工程受地质要素影响极为显著，较差的稳定性增加了工程施工难度和安全隐患。就全风化断层破碎带隧道施工技术而言，最为关键的便是施工技术的选择与工艺处理，若是处理措施不当，会在很大程度上造成岩体稳定性下降，甚至出现塌方等危险现象[1]。所以，在全风化断层破碎带隧道施工期间，选择合适的处理工艺，优化施工管理方法已经成为隧道工程施工的重点和难点，须高度重视。本文基于全风化断层破碎带隧道施工现状，分析关键施工技术要点，深化全风化断层破碎带隧道施工质量，保证顺利开展隧道施工。

1 全风化断层破碎带对隧道产生的影响

隧道工程贯穿全风化断层破碎带时，由于隧道外岩体自身稳定性差，开挖中极易产生坍塌，同时会对隧道结构产生挤压，隧道施工中不仅要考虑岩体坍塌对作业人员人身安全产生的威胁，还要全面考量岩体对隧道工程结构产生的破坏影响。

隧道工程周围岩体会因为全风化断层破碎带而受到影响，施工阶段要针对全风化断层破碎带妥善处理各项施工要点，其中最为突出的是全风化断层破碎带宽度应不小于施工安全及隧道结构受力的实际宽度；再者，全风化断层破碎带位置时常出现涌水或黏土化特征，在具体施工期间应妥善处理好涌砂、涌水等问题，有效保证隧道支护体系性能及围岩稳定性；另外，全风化断层破碎带的其他特点、规模及组合方式等，都会影响隧道工程质量。

2 全风化断层破碎带隧道施工技术的选择

2.1 破碎带宽度较小的隧道施工

在全风化断层破碎带地质环境下组织隧道工程施工，首先要确定破碎带宽度，若监测到破碎带宽度较小（30m内），为岩体内局部全风化破碎，表示该区域范围内具有较大的岩石块，且岩石块处于坚硬与完整状态。实施隧道工程期间，如断层内为富水区，则首先考虑适度排水和止水措施，选择应用一般施工方法即可顺利完成施工目标，避免施工期间多次更换不同的施工技术。比如，将每次循环开挖进尺的长度缩短，提高临时钢架支撑体系安装速度与效率，并快速采用喷射混凝土封闭钢架支撑形成完整的临时受力体系[2]。

选择使用常规支护技术做好前期阶段支护工作，陆续进行后续施工工序相关操作。采取混凝土加厚措施对全风化断层破碎带进行加固支护，继而提高隧道安全性能。

2.2 破碎带宽度一般的隧道施工

若监测到全风化断层破碎带宽度一般（30～60m)，其施工难度比较小宽度的断层要大很多，选择与应用施工技术时，其流程和技术手段也同样会变得复杂多样。导致这种现象的原因是全风化断层破碎带的岩石总体上比较破碎，施工开始前要采取科学的勘查技术手段充分调查和了解地质情况，按照施工要求与施工目标，制定合理化施工方案。在选择合适的施工技术以后，再组织实施，只有保障每个环节质量监管到位，提升施工管理力度，才能实现理想的施工效果。

在实施隧道工程的时候要充分做好前期准备工作，制定施工质量问题预防方案，以科学合理的防护技术手段贯彻落实安全施工措施。隧道开挖前，如断层内为富水区，则首先考虑适度排水和止水措施，再利用超前小导管将水泥浆注入隧道周边一定范围岩体内实现破碎岩体超前固结。开挖中，可通过合理的分部开挖断面及开挖顺序选用，并采取钢架、钢筋网、喷射加厚混凝土、加密加长超前锚杆、加密加长径向锚杆等临时支撑体系和岩体加固措施，实现隧道施工质量及安全保障。

2.3 破碎带宽度较大的隧道施工

若监测到全风化断层破碎带宽度较大（推荐值大于60m），其施工难度会更复杂，在实际施工阶段所使用的技术手段也并不简单，要求综合运用多种工艺手段和施工技术共同完成施工，但是必须要与现场实际情况有机结合。由于全风化断层破碎带宽度较大，岩体的形态会变得松散和破碎，甚至于可能存在流塑状。如断层内为富水区，则首先考虑适度排水，工程实施阶段考虑先对隧道穿越的一定范围岩体实施整体注浆止水或预加固，再合理搭建实施开挖所需的超前管棚，在开挖期间，结合现场岩质及预加固效果情况，合理选用分部断面开挖方式、开挖顺序及循环开挖进尺，并对分部开挖断面配以临时仰拱等临时加固措施，逐步实现隧道全断面临时支撑体系封闭成环，同时需考虑选用每次开挖钢架超前支护半断面和注浆管棚的方式实现。在全风化断层破碎带宽度较大的区域范围内施工，理应在管棚支护下先将上半断面进行挖掘，当钢拱架、钢筋网、径向锚杆以及喷射混凝土等初期支护结构具备完整的支护功能以后，再次深度挖掘管棚支护下方位置。

2.4 破碎带裸露地表时的隧道施工

当全风化断层破碎带裸露在地表时，在组织施工期间首先要做好地表水预防工作，预加固隧道，通过应用浅埋暗挖施工技术防治水患灾害。全风化断层破碎带完全暴露在自然环境中，若遭遇强降雨天气便会被大水淹没，甚至被摧毁，导致隧道不能正常通行，严重情况下会造成人员伤亡。所以，在实际施工期间需落实并灵活应用浅埋施工技术，该技术手段包含地表注浆加固、地表锚杆、地表排水槽等。通过对地表注浆管、砂浆锚杆的管（杆）间距离、分布形态、深度和直径等基本参数进行控制，充分考虑隧道施工受影响的地表范围及注浆加固质量，真正地做好水害预防和控制工作，保证全风化断层破碎带隧道工程施工安全，同时确保隧道工程竣工后能够安全使用[3]。

3 全风化断层破碎带隧道施工技术要点

3.1 隧道超前支护施工

开挖隧道工程后其周围区域的岩石结构稳定性会大幅度下降，对比分析其他相同类型的隧道工程，在全风化断层破碎带隧道工程施工中，要求充分利用围岩预注浆方式将周围地层进行加固处理，而后选用管棚超前支护手段在隧道拱部一定范围开挖线外提高稳定性，然后陆续推进开挖施工。

超前预支护技术有管棚支护和水平旋喷等技术手段，在隧道工程施工时作为辅助手段，可有效提升全风化断层破碎带地层区域施工安全性。预支护期间，断层破碎带处于全风化状态，地层压力会显著增加，当管棚支护形成后，管棚和管棚注浆会将周边一定范围全风化状态岩层形成整体的受力体系。所以，选择应用管棚支护手段可强化对前方地层预支护的力度[4]。

注浆加固后，可在隧道工程拱部位置大约150°范围内完成管棚支护打设，钻孔工作结束后要及时清除内部杂乱物品，同时将钢管放入其中。利用丝扣将管棚进行连接固定，将设定好配比的水泥浆注入管内，将地层与管壁之间的空隙进行填充，确保管棚与地层之间牢固粘结[5]。

3.2 注浆加固

隧道工程注浆加固前期要按照工艺要求制备水泥浆，严格遵守水灰比标准，利用水玻璃将水泥浆稀释，注浆期间，当注浆量下降的时候压力会随之上升，若注浆压力值不超过1.5MPa时，要适当降低注浆泵注浆流量，提升压力值；若注浆压力值超过1.5MPa，要即刻停止注浆工作并拔出注浆管。在该环节中为了避免邻近的注浆孔出现浆液互串的问题，注浆过程中需要及时调整注浆施工步骤，严格控制注浆质量影响因素。

3.3 开挖施工

全风化断层破碎带稳定性很差，在进行开挖的时候地层压力会随着开挖推进增加，开挖时可选择应用六步CRD开挖方式展开，减少一次开挖面积，以此保证隧道施工具有良好的安全性。

（1）开挖施工确定应用预留核心土环形开挖技术，控制台阶施工长度宜为2~3m，当环形开挖完成后，及时完成岩面初次喷射混凝土封面，紧接着搭建钢拱架和临时仰拱钢架，牢固安装锁脚锚管并完成管内注浆，张挂好钢筋网。最后分批次喷射设定配比的混凝土材料直至厚度达到设定值，使支护结构形成环形封闭体系。开挖进尺需按逐榀开挖逐榀封闭成环控制。

（2）结合岩层岩质、全风化程度及含水量合理选用钢拱架型号和锁脚钢管直径及长度，钢拱架一般选择在工20～工28之间;锁脚钢管直径一般选用42mm或50mm,长度一般选用4～5m之间。

（3）隧道台阶开挖需严格按照设计的台阶开挖顺序陆续组织施工，开挖进尺控制在每次一榀范围，上一榀需预留下一榀钢筋网片搭接长度，确保钢架支护能形成整体受力体系，同时每个相邻台阶需错开施工。

（4）混凝土喷射作业期间，要及时对上部分已开挖搭接位置进行分次补喷至设计厚度。

（5）按照设计六步CRD开挖方式逐步完成每部分断面开挖直至隧道全部断面开挖完成，最后实施隧道钢架支护的仰拱钢架安装封闭，需逐榀拆除中间临时钢架支撑,逐榀安装隧道仰拱钢架封闭成环，及时安装锁脚钢管和挂设钢筋网片，最后分次喷射混凝土至设计厚度形成整体的隧道支护受力体系。

（6）结合隧道开挖安全距离要求，当开挖长度达一定距离后需及时实施隧道二次衬砌混凝土完成隧道永久受力体系，一般在35～45m之间时，需及时组织隧道二次衬砌施工，施工采取分段依次推进，分段长度一般为10～12m，特别注意隧道二次衬砌紧跟管理[6]。

4 全风化断层破碎带隧道施工注意事项

4.1 灵活选择和应用辅助工法

隧道工程具体施工阶段经常性地面临大规模的全风化断层破碎带，严重破碎的岩层结构势必会为施工安全带来严峻挑战，丰富的地下水资源也会降低周围岩层稳定性。开挖期间若没有选择合适的辅助工法，皆有可能出现隧道坍塌等安全事故，造成施工人员人身安全和财产安全损失。对此，在隧道施工前期阶段要及时组织专业技术人员展开深入分析研究，提出科学的支护管理方案，强化施工安全性。

4.2 合理处理大变形岩层

隧道开挖施工中，当监测出现岩层大变形时要即刻停工，并迅速撤离作业人员，加强变形监测，将监测的数据信息及时反馈给相关人员，结合监测反馈数据，组织相关技术专家开展处理方案研究。当变形速率及变形值持续增大，可考虑将已开挖隧道进行回填或在钢架支护体系内加设临时支撑，以维系支护体系稳定后，封闭掌子面，按研究确定的变形处理方案及时组织实施变形处理。在处理过程中，还需及时结合监测结果实时调整处理方案，确保隧道大变形段施工的安全和质量。

4.3 明确施工工序

按照CRD开挖法，需严格按照设计分部断面开挖、分工序施工顺序开展隧道施工，同时做好相邻断面及上下工序的稳固、高效衔接，遵守上道工序不合格绝不进行下道工序原则，强化围岩稳定性监测，保证各工序施工质量，提升隧道施工安全性[7]。

5 结束语

常规全风化断层破碎带隧道工程施工，地层具有极差稳定性，经常性地出现超限、变形等问题，开挖期间会增大安全压力，要求必须综合考虑岩质、岩层走向、含水量、作业时间等综合因素，及时研究调整施工方案，以保障施工安全性。本文论述施工的基础技术要点，从超前支护和具体施工环节两个方面展开，并从辅助工法、大变形岩层、初期支护要求以及施工工序安排等角度探讨施工注意事项，旨在为保障隧道施工安全性和质量提供方法与策略。