超大跨度公路隧道穿越破碎带施工方案与安全措施

赵勇

（湖北省恩施自治州华泰交通建设有限公司，湖北 恩施 445000）

1 工程简介及场地环境

某重要公路隧道项目采用分离式双洞八车道设计，设计速度100km/h，左线长740m，右线长695m，最大开挖跨度21.48m，高度14.3m，最大埋深135m，体现了工程的规模与复杂性。隧道位于剥蚀低山丘陵地貌，海拔390m～534m，相对高度144m，坡度10°～35°，年均降水量640.5mm，夏季降水丰富。地质以页岩和灰岩夹泥灰岩组成，破碎带集中在隧道口和k107+630～k107+725段，岩体较软，结构面节理发育。雨季易积水，增加裂隙水。隧道设计高于地下水稳定水位，地下水和地表水影响较小，有利于防水排水设计。

2 破碎带施工方案

2.1 施工技术布局与预备措施

在超大跨度公路隧道施工中，穿越破碎带是关键难点。本文聚焦于隧道穿越破碎带的施工技术布局与预备措施，探索了均衡生产、突击重点、全面展开的策略，确保施工过程的安全和效率。采用TSP203超前地质预报系统，结合地质雷达、水平钻探及红外探水技术，可准确预测掌子面前15m～40m范围内的地层和岩性变化[1]。通过这种方法，可以及时识别破碎带位置，有效预防掉块、塌方等潜在地质灾害，降低风险。此外，详细勘察前围岩，利用高科技手段预测地质，进一步提高了施工安全性。

2.2 施工支护参数优化

面对复杂的围岩条件，该隧道工程精细化调整了超前支护和初期支护。超前支护采用直径50mm、厚度5mm的钢架和H200×200型号的喷射混凝土，混凝土间距60㎝，标号C25，厚度30㎝。锚杆为直径25mm的中空注浆锚杆，长度5m，间距100×60㎝（纵向×环向）。初期支护保持相同钢架规格，喷射混凝土间距调整为75㎝，锚杆长度为4.5m，间距100×75㎝（纵向×环向）。

为防止破碎带区域掉块和坍塌，实施超前双排小导管注浆技术加固拱顶。第一排小导管长度450㎝，外插角3°至6°；第二排300㎝，外插角8°至12°，搭接长度120㎝。小导管以梅花形布置，孔径10mm，间隔10mm，有效加固拱顶围岩，形成承载拱结构。为加快进度，每次循环开挖进尺从1.5m减至0.6m，采用光面爆破法保留半孔痕迹，确保施工质量。

2.3 开挖实施策略

该研究采用了CD法施工，并结合弱爆破和光面爆破法优化开挖方法，以减少对围岩的扰动并保障施工安全。开挖步距从1.5m减少至0.6m，并通过锁脚措施加固钢架，其中锁脚锚杆长度为3.5m，直径为25mm，每侧配置两组，每组两根。这些措施有效控制了隧道的结构稳定性，保证了工程进度。

2.4 注浆强化措施

在隧道开挖过程中，尤其是在穿越破碎带时，注浆加固技术对保障施工质量和围岩稳定性至关重要。该研究采用直径50mm、长度5m的小导管注浆加固，采用梅花形排列确保了均匀加固，使用42.5级普通硅酸盐水泥，控制水灰比在0.6至0.8比1，注浆压力维持在约1MPa，确保注浆密实且均匀。此外，对于注浆量超过0.2m³的情况，立即停止注浆，等待浆液初凝后再继续，以防止过度注浆。此方法不仅能够增强隧道围岩的稳定性，还可以有效控制开挖引起的变形，确保隧道施工安全性和工程顺利开展[2]。

2.5 防水施工标准

在超大跨度公路隧道施工中，衬砌混凝土施工必须遵循防水混凝土标准，特别是在施工缝和变形缝的处理上，以满足防水要求。防水层与基面间需确保无浮渣，实现紧密结合，采用充气法或真空法检验防水层密封性，在渗水风险区域，需先行注浆止水，再铺设防水层，以确保施工质量。

3 施工质量保证措施

3.1 开挖精度保证措施

隧道开挖爆破作业，采用光面爆破技术，该技术通过精确控制炮眼布置的位置、深度和角度，并复测爆破断面，有效分析了超挖或欠挖的原因，并及时调整爆破参数。该方法确保了硬岩和中硬岩炮眼残留率分别达到80%以上和60%以上的目标，显著提高了隧道开挖的质量和安全性[3]。

3.2 支护结构质量保障

关于支护结构的质量保障，强调对支护材料进行严格检查，确保其符合设计规格和性能要求。超前小导管长度应达到或超过设计长度的95%，并确保孔内灌浆密实。钢筋网的适应性和搭接宽度受到质检监督，确保与锚杆或其他固定装置的牢固连接。喷射混凝土拌和厚度严格按照规范执行，每10m～20m取样检验强度。此外，金属杆件和钢支撑的黏结牢固性也至关重要，能够保证整个支护结构的稳定性和隧道施工安全。

3.3 防水层施工准则

施工需有专业技术人员指导，确保基层混凝土表面干燥，如有湿渍则压浆处理。基层表面需整平，割除突出的钢筋头并用砂浆抹平，且铺设完成的防水层必须采取保护措施，防止后续施工活动如钢筋焊接造成损害，以保证其完整性和功能性。以上措施能确保防水层施工的质量，有助于提高整个隧道工程的防水性能和耐久性[4]。

4 现场监控与数据分析

该研究采用拓普康ES-101全站仪实时监控量测特定隧道施工围岩条件。通过详尽的数据处理和分析，评估围岩的稳定性，从而指导有效的预防坍塌措施，确保了施工安全。此监控方式不仅提升了施工监控的精准度，也增强了对潜在风险的预防能力，是维护施工安全的关键技术手段。相关详细检测项目如表1所示。

表1 隧道施工监测项目及方法

该研究利用超前地质预报技术于ZK108+218桩号处成功探测了前方15m的破碎带，进而调整了支护参数以适应地质条件。监测数据显示，隧道拱顶最大下沉值为16.4mm，周边位移最大值为7.1mm，均低于设计预留的180mm变形量。这表明，通过精确的地质预报和有效的支护措施，隧道变形得到了有效控制，确保了施工安全及结构稳定性。

综合监测数据表明，隧道周边位移和拱顶下沉均呈现出急剧增长、缓慢增长至最终稳定的3个阶段。这一变形规律说明穿越破碎带时采用的施工控制措施有效，成功控制了围岩的变形。该结果反映了施工控制措施的正确性与有效性，确保了隧道施工期间的安全与稳定。

5 结束语

通过超前地质预报准确确定破碎带位置，并采用直径50mm、长度450+300㎝的双排注浆小导管加固及CD法开挖技术，显著提高了隧道在破碎带穿越时的支护强度。这些措施有效控制了围岩的变形，最大围岩变形值为16.4mm，远低于设计预留的180mm变形量。研究证实，这些预测和加固措施对确保公路隧道安全穿越破碎带至关重要，同时也显著提高了施工安全性和隧道稳定性。