1、精選文檔隧道掘進(jìn)斷層裂開(kāi)帶施工方法及工程實(shí)例-13級(jí)土木6班劉志明1308230231摘要：隨著社會(huì)和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，隧道這種通過(guò)大山大河的方式被廣泛的接受。遇到斷層裂開(kāi)帶是隧道掘進(jìn)的很大的問(wèn)題，本文整理歸納了常見(jiàn)的斷層處理技術(shù)并進(jìn)行了相關(guān)的工程實(shí)例分析。關(guān)鍵詞：隧道；斷層；施工0 引言隧道圍巖穩(wěn)定是隧道掘進(jìn)過(guò)程中格外重要的問(wèn)題，尤其是在斷層裂開(kāi)帶區(qū)段圍巖穩(wěn)定性特殊需要重視。本文簡(jiǎn)潔分析了斷層裂開(kāi)帶對(duì)圍巖穩(wěn)定性的影響，并依據(jù)國(guó)內(nèi)幾個(gè)不同的隧道斷層施工實(shí)例的分析總結(jié)了隧道斷層施工幾種工藝。1斷層裂開(kāi)帶對(duì)圍巖穩(wěn)定性的影響爭(zhēng)辯結(jié)果顯示, 斷層交會(huì)和斷層歸并復(fù)合很簡(jiǎn)潔引起圍巖失穩(wěn), 斷層的其他要素

2、如風(fēng)化程度、斷層走向與隧道中線走向的夾角對(duì)圍巖穩(wěn)定性影響也很大【1】。斷層交會(huì)對(duì)隧道圍巖穩(wěn)定性的影響最大, 由于其與單一式斷層相比, 明顯擴(kuò)大了斷層的規(guī)模, 增加了斷層的裂隙、空隙的密度,增大了裂隙、空隙, 從而降低了裂開(kāi)巖石、角礫的膠結(jié)程度和黏著力。另外, 由于斷層交會(huì)復(fù)合為不同走向斷層相交, 所以其對(duì)圍巖穩(wěn)定性的影響程度比斷層歸并復(fù)合還要大很多。2 斷層施工技術(shù)在隧道開(kāi)挖施工過(guò)程中，斷層及其裂開(kāi)帶的難度特殊大，是格外簡(jiǎn)潔出事故的地段。在高速大路、鐵路隧道等大量施工中經(jīng)常面臨斷層的處理問(wèn)題。在隧道掘進(jìn)的過(guò)程中要進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，精確定位斷層裂開(kāi)帶的位置，提前實(shí)行措施，解決或降低斷層裂開(kāi)段的不

3、良影響。主要措施有:通過(guò)超前帷幕注漿固結(jié)巖體，并封堵地下水通道;施做超前小導(dǎo)管和超前大管棚等超前預(yù)支護(hù)措施，加固圍巖;接受短進(jìn)尺、短臺(tái)階的開(kāi)挖方法，并預(yù)留變形量;增加初期支護(hù)的強(qiáng)度，并準(zhǔn)時(shí)封閉成環(huán);二次襯砌加強(qiáng)。 在施工技術(shù)上，我們需要留意幾點(diǎn)要求： 1 超前小管棚施工    在裂開(kāi)的松散的巖體中超前鉆孔，打入小導(dǎo)管，這個(gè)小導(dǎo)管接受的是每根4m的長(zhǎng)度,一端加工成尖錐形，而另一端要設(shè)置4排孔眼，這有利于小導(dǎo)管將漿液推動(dòng)和滲入裂開(kāi)巖體。為了防止?jié){液從其它的孔眼中溢出來(lái)，注漿前要把那些孔眼都安裝止?jié){塞，挨次是先從兩側(cè)拱腳向拱頂。而且注漿時(shí)要把孔眼之間相隔開(kāi)，不

4、行以連續(xù)的注漿，從而達(dá)到固結(jié)效果，又能把握注漿量。    2 隧道的開(kāi)挖    隧道開(kāi)挖技術(shù)是斷層裂開(kāi)帶施工過(guò)程中必需留意的關(guān)鍵技術(shù)，洞口開(kāi)挖可以選擇機(jī)械施工，而對(duì)于洞身開(kāi)挖可以選擇簡(jiǎn)易自拼裝臺(tái)車鉆眼，配以多段毫秒雷管，并在周邊眼選擇專用導(dǎo)爆管，以提高光面爆破效果。對(duì)于隧道出碴，可以選擇裝載機(jī)，配以自卸汽車，而二次襯砌混凝土澆筑選擇12米長(zhǎng)大模板臺(tái)車，混凝土集中在混凝土拌和站拌制，由混凝土運(yùn)輸車特地運(yùn)輸，并泵送入模。另外，對(duì)于邊側(cè)溝施工，可以選擇組合鋼模板。在隧道開(kāi)挖時(shí)，由于需要考慮多方面的因素，合理選擇適當(dāng)?shù)拈_(kāi)挖方法，主要

5、的開(kāi)挖方法有以下幾種：    第一，全斷面開(kāi)挖法。這是指將整個(gè)隧道開(kāi)挖斷面一次鉆孔、一次爆破成型、一次初期支護(hù)到位的隧道開(kāi)挖法。全斷面法有用于1到3級(jí)硬巖地層和2級(jí)軟巖地層。   其次，臺(tái)階法施工。是將結(jié)構(gòu)斷面分成兩個(gè)或幾個(gè)部分具有上下斷面兩個(gè)工作面或多個(gè)工作面，分布開(kāi)挖。它的特點(diǎn)是機(jī)敏多變、適用性強(qiáng)，有足夠的作業(yè)空間和較快的施工速度，能較早地使支護(hù)閉合，有利于開(kāi)挖面的穩(wěn)定性和把握其結(jié)構(gòu)變形及由此引發(fā)的地面沉降。它分為正臺(tái)階上下兩部分步開(kāi)挖法；正臺(tái)階分步開(kāi)挖留核心土法，適用于較差的地層；中隔墻臺(tái)階法開(kāi)挖，一般用于工作面地層自穩(wěn)力量較差，上臺(tái)階開(kāi)

6、挖后拱腳支撐在未開(kāi)挖巖體上的自穩(wěn)時(shí)間較短且開(kāi)挖斷面跨度較大時(shí)。    第三，臺(tái)階開(kāi)挖法。臺(tái)階開(kāi)挖時(shí)要留意臺(tái)階長(zhǎng)度要適當(dāng)。要依據(jù)初期支護(hù)形成閉合斷面的時(shí)間要求，圍巖穩(wěn)定性愈差，閉合時(shí)間要求愈短，及上班斷面施工時(shí)開(kāi)挖、支護(hù)、出渣等機(jī)械設(shè)備所需的空間大小的要求來(lái)確定選用長(zhǎng)臺(tái)階、短臺(tái)階或是微臺(tái)階。還要留意解決好上下半斷面作業(yè)的相互干擾問(wèn)題，尤其是短臺(tái)階干擾較大，要留意作業(yè)組織，對(duì)于長(zhǎng)度較短的隧道，可將上半斷面貫穿后，在進(jìn)行下半斷面施工。   第四，側(cè)壁導(dǎo)坑法。它分為單側(cè)壁導(dǎo)坑法和雙側(cè)壁導(dǎo)坑法。單側(cè)壁導(dǎo)坑法是指在隧道斷面一側(cè)先開(kāi)挖一導(dǎo)坑，并始終超前肯定距

7、離，再開(kāi)挖隧道斷面剩余部分，變大跨斷面為小跨斷面的隧道開(kāi)挖方法。適用于地層較差、斷面較大的隧道。為了穩(wěn)定工作面，須接受超前大管棚、超前錨桿等幫助施工措施進(jìn)行超前加固。一般接受人工開(kāi)挖法、人工和機(jī)械協(xié)作開(kāi)挖法的等。   第五，臺(tái)階七步法。跟臺(tái)階法相像，這是在洞身開(kāi)挖時(shí)使用的，是指在隧道開(kāi)挖過(guò)程中，分七個(gè)開(kāi)挖面，然后分部同時(shí)支護(hù)，形成支護(hù)整體，縮短作業(yè)循環(huán)時(shí)間，形成開(kāi)挖及施作初期支護(hù)，混凝土仰拱緊跟下臺(tái)階準(zhǔn)時(shí)施作構(gòu)成穩(wěn)固的初期支護(hù)體系。    3 錨噴初期的支護(hù)    在選擇系統(tǒng)錨桿時(shí)，必需選擇肯定規(guī)格的，不

8、論是縱向還是環(huán)向，其間距都應(yīng)把握在100cm左右，接受梅花形布置，并對(duì)拱墻設(shè)置鋼格欄。   4 監(jiān)控量測(cè)    在初期的支護(hù)完成后，對(duì)于隧道的拱頂、拱腳及四周的邊墻的內(nèi)軌頂面要進(jìn)行水平收斂量測(cè)和進(jìn)行拱頂下沉。3 具體施工案例 隧道裂開(kāi)帶施工方法很簡(jiǎn)單，但不同的工程中又有相同的地方。在此僅較具體地介紹兩個(gè)案例，其他的僅就其不同點(diǎn)進(jìn)行分析。3.1 靠椅山隧道工程3.1.1工程概況靠椅山隧道位于京珠高速大路粵北甘塘至翁源段,設(shè)計(jì)為分別式雙向六車道隧道,隧道橫穿靠椅山東北段,右線長(zhǎng)2949m,設(shè)計(jì)最大開(kāi)挖凈寬為17. 4m,最大開(kāi)挖高度12.

9、 24m,最大開(kāi)挖面積165. 45m2。為國(guó)內(nèi)跨度最大的大路隧道之一。靠椅山隧道出口右線YK147+ 230 YK147+ 156段設(shè)計(jì)中,隧道經(jīng)過(guò)的地層巖石主要為弱風(fēng)化和微風(fēng)化變質(zhì)砂巖,厚層夾薄層塊狀結(jié)構(gòu),為脆弱結(jié)構(gòu)層,局部碎裂,易沿層理分別,完整性及穩(wěn)定性較差,基巖裂隙水發(fā)育。洞頂有二條溪流通過(guò),常年流水,小溪地表水可全部滲入洞內(nèi)。開(kāi)挖中,局部呈褶皺壓碎鑲嵌結(jié)構(gòu),斷層屬正斷層,其間夾強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)頁(yè)巖,遇水軟化,巖體穩(wěn)定性差。拱部左半部為黃褐色不規(guī)章體,鉆孔探測(cè),有黃泥水成股涌出,推斷為裂開(kāi)帶。地下水大量滲入洞內(nèi),日涌水量1440m3 /d左右。3.1.2 施工方案參考國(guó)內(nèi)外類似大跨度隧道工

10、程實(shí)例,針對(duì)靠椅山隧道斷裂裂開(kāi)帶的特點(diǎn)及工期要求,在施工中,接受超前小導(dǎo)管預(yù)注漿加固拱部脆弱體的多臺(tái)階、全斷面開(kāi)挖施工。上半斷面在支護(hù)環(huán)的愛(ài)護(hù)下,領(lǐng)先開(kāi)挖,形成傘形結(jié)構(gòu)。在超前小導(dǎo)管注漿支護(hù)下,形成預(yù)先堵水加固圍巖,達(dá)到止水并在工作面四周形成一個(gè)承載殼 地層自然拱。3.1.2.1小導(dǎo)管超前支護(hù)預(yù)注漿【2】 ( 1)超前小導(dǎo)管接受外徑42mm,壁厚3. 5mm熱扎無(wú)縫空心鋼管,鋼管前端呈堅(jiān)錐狀(尾部穿過(guò)工字鋼腹板開(kāi)孔孔口)管壁四周鉆6mm壓漿孔,尾部1m不設(shè)壓漿孔,單根管長(zhǎng)3. 8m。 ( 2)超前小導(dǎo)管的布置及參數(shù): 其尾部穿過(guò)初支中接受腹板開(kāi)孔的I18# 工字鋼,縱向間距1. 0m,環(huán)向間距

11、40cm,以14°外傾角布設(shè)于拱部150°范圍內(nèi)。 ( 3)注漿參數(shù)及壓漿方案的確定。綜合考慮到凝膠時(shí)間,結(jié)合巖體圍巖松散程度與抗壓強(qiáng)度、工程成本、施工操作,以往驗(yàn)證及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),注漿打算接受水泥、水玻璃雙液漿; 水泥與水玻璃體積比1: 0. 5,水泥漿水灰比1:1,水玻璃濃度把握為35Be,模數(shù)取2. 4;單孔注漿量由漿液集中半徑及圍巖的孔隙率確定。 ( 4)止?jié){盤設(shè)計(jì): 在洞內(nèi)掌子面施作超前小導(dǎo)管的四周1. 5m范圍內(nèi)噴C20混凝土25cm厚,做止?jié){盤。接受麻絲膠泥孔口止?jié){。 ( 5)主要材料及機(jī)具設(shè)備: 主要材料為425# 一般硅酸鹽水泥,水玻璃,磷酸氫二鈉; 主要機(jī)具

12、為注漿泵( ZTGZ-60 /50型雙液注漿泵) ,立式灰漿攪拌機(jī),孔口混合器及其它設(shè)備(自制) ,孔口管及注漿管。3.1.2.2施工效果 由量測(cè)結(jié)果知,圍巖在開(kāi)挖后即產(chǎn)生變形,隨著掘進(jìn)的推動(dòng),位移漸漸增大,在整個(gè)斷面開(kāi)挖后,曲線漸漸消滅緩和,漸漸趨于穩(wěn)定。拱頂下沉最大29mm,周邊位移最大21mm。從變樣子況可以看出,施工方案合理、科學(xué),支護(hù)參數(shù)準(zhǔn)時(shí)有效。 3.2 洞子崖隧道3.2.1 工程概況 包西鐵路洞子崖隧道位于陜西省澄城縣洞子崖村東南側(cè), 西延至鐵路洞子崖車站左前方。隧道為DK683 +062 DK684 +385段, 全長(zhǎng)1323m, 為雙線鐵路隧道, 全隧道位于直線地段, 洞內(nèi)線

13、路為5.4的單面下坡, 開(kāi)挖最大高度為12.1m, 最大寬度為14.7m, 最大開(kāi)挖斷面積為143.65m2。洞子崖隧道DK683 +938 DK684 +076段屬杜康溝斷層裂開(kāi)帶, 其中DK683 +938 DK684 +004段為淺埋段, 隧道埋深淺、圍巖較裂開(kāi), 施工中易消滅拱頂下沉、水平收斂、坍塌等現(xiàn)象。全隧道接受一個(gè)工作面由出口向進(jìn)口方向掘進(jìn)。3.2.2施工方案 洞子崖隧道杜康溝斷層地段多為斷層泥礫, 巖體呈角礫松散結(jié)構(gòu), 屬級(jí)圍巖, 該斷層帶最小埋深為18m, 施工中易消滅拱頂下沉、水平收斂、坍塌等現(xiàn)象。施工時(shí)嚴(yán)格依據(jù)“新奧法”原理, 遵循“管超前、弱爆破、短進(jìn)尺、少擾動(dòng)、強(qiáng)支護(hù)

14、、早封閉、勤量測(cè)、緊襯砌”的原則制定施工方案, 防止在斷層裂開(kāi)帶淺埋段施工時(shí)消滅拱頂下沉、水平收斂等現(xiàn)象。3.2.2.1雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工 雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工工序說(shuō)明如下。雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開(kāi)挖工藝和施工挨次詳見(jiàn)施工工序示意圖(圖2)。圖1雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工示意圖第一步:(a)利用上一循環(huán)架立的鋼架施作隧道側(cè)壁導(dǎo)坑超前支護(hù);(b)弱爆破開(kāi)挖部;(c)噴8cm厚混凝土封閉掌子面;(d)施做部導(dǎo)坑周邊的初期支護(hù)和臨時(shí)支護(hù), 即初噴4cm厚混凝土, 架立20b型鋼鋼架和18臨時(shí)鋼架, 并設(shè)鎖腳錨管;(e)導(dǎo)坑底部噴18cm厚混凝土, 施做部臨時(shí)仰拱, 安設(shè)18橫撐;(f)鉆設(shè)系統(tǒng)錨桿后復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度。其次

15、步:(a)在滯后部4 6m后, 弱爆破開(kāi)挖部;(b)噴8cm厚混凝土封閉掌子面;(c)施做部導(dǎo)坑周邊的初期支護(hù)和臨時(shí)支護(hù), 即初噴4cm厚混凝土, 接長(zhǎng)20b型鋼鋼架和18 臨時(shí)鋼架, 并設(shè)鎖腳錨管;(d)導(dǎo)坑底部噴18cm混凝土, 施做部臨時(shí)仰拱, 安設(shè)18橫撐;(e)鉆設(shè)系統(tǒng)錨桿后復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度。第三步:在滯后部4 6m后, 弱爆破開(kāi)挖部并施做導(dǎo)坑周邊的初期支護(hù)和臨時(shí)支護(hù), 步驟及工序同第一步。第四步:在滯后部4 6m后, 弱爆破開(kāi)挖部并施做導(dǎo)坑周邊的初期支護(hù)和臨時(shí)支護(hù), 步驟及工序同其次步。第五步:(a)在滯后部4 6m后, 弱爆破開(kāi)挖部;(b)施做部導(dǎo)坑周邊的初期支護(hù)和臨時(shí)支護(hù),

16、 即初噴4cm厚混凝土, 接長(zhǎng)20b型鋼鋼架和18臨時(shí)鋼架;(c)隧底周邊部分噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度。第六步:在滯后部4 6m后, 弱爆破開(kāi)挖部并施做導(dǎo)坑周邊的初期支護(hù)和臨時(shí)支護(hù), 步驟及工序同第五步。第七步:(a)利用上一循環(huán)架立的型鋼鋼架施做超前支護(hù);(b)開(kāi)挖部;(c)噴8cm厚混凝土封閉掌子面;(d)拱部噴4cm厚混凝土安設(shè)型鋼鋼架,鉆設(shè)徑向錨桿后復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度。第八步:(a)滯后部4 6m后開(kāi)挖部;(b)噴8cm厚混凝土封閉掌子面。第九步:(a)滯后部4 6m后開(kāi)挖部;(b)噴8cm厚混凝土封閉掌子面。第十步:(a)開(kāi)挖部;(b)導(dǎo)坑底部初噴4cm厚混凝土, 安設(shè)型鋼鋼架使鋼架封閉

17、成環(huán), 復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度。第十一步:(a)依據(jù)監(jiān)控量測(cè)結(jié)果分析, 待初期支護(hù)收斂后, 拆除18 臨時(shí)鋼架和臨時(shí)橫撐;(b)灌注(11)部邊墻基礎(chǔ)與仰拱及隧底填充混凝土。第十二步:利用襯砌模板臺(tái)車一次性澆注襯砌混凝土(12)(拱墻襯砌一次施工)。3.2.2.2雙層超前小導(dǎo)管施工在裂開(kāi)松散巖體中超前鉆孔, 打入小導(dǎo)管并壓注具有膠凝性質(zhì)的漿液, 漿液在注漿壓力的作用下呈脈狀快速滲入裂開(kāi)松散巖體中, 并將其中的空氣、水分排出, 使松散裂開(kāi)體膠結(jié)、膠化, 形成具有肯定強(qiáng)度和抗?jié)B阻水力量的固結(jié)體, 從而提高圍巖的整體性、抗?jié)B性和穩(wěn)定性;使超前小導(dǎo)管與固結(jié)體形成一個(gè)具有肯定強(qiáng)度、肯定厚度的殼體, 在殼體

18、的愛(ài)護(hù)下進(jìn)行開(kāi)挖支護(hù)施工, 開(kāi)挖進(jìn)尺把握在1 1.5m范圍內(nèi)。3圖2雙層小導(dǎo)管布置及固定示意圖3.2.2.3施工效果 洞子崖隧道的施工證明, 接受雙側(cè)壁導(dǎo)坑法協(xié)作其他的沉降把握措施的施工技術(shù), 可以順當(dāng)?shù)耐ㄟ^(guò)斷層裂開(kāi)帶淺埋段, 并能夠有效地把握隧道洞內(nèi)周邊位移, 保證了工程質(zhì)量和施工平安。同時(shí)對(duì)在斷層裂開(kāi)帶淺埋段隧道中施工的其他工程供應(yīng)肯定的借鑒意義。3.3 六盤山隧道局部富水裂開(kāi)圍巖注漿治理工程3.3.1注漿堵水施工方法【4】 六盤山隧道圍巖級(jí)別為IV 級(jí)，裂隙較少，洞內(nèi)涌水主要以圍巖裂隙滲水為主，有少量風(fēng)化裂隙水，通過(guò)監(jiān)測(cè)發(fā)覺(jué)涌水部位比較集中，且涌水量相對(duì)較小，注漿堵水應(yīng)當(dāng)兼顧功能性、可實(shí)

19、施性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性、平安性等原則，選用單液水泥注漿，注漿材料選用一般硅酸鹽水泥，水泥型號(hào)選用P·O42. 5，漿液水灰比為0. 8，實(shí)行小導(dǎo)管注漿，從下往上，間隔跳孔，先圈外后內(nèi)圈的挨次進(jìn)行，堵水流程如圖3所示。注漿段長(zhǎng)不宜過(guò)長(zhǎng)也不宜過(guò)短。太長(zhǎng)簡(jiǎn)潔塌孔、卡鉆，且注漿效果難以保證; 太短則會(huì)導(dǎo)致止水盤厚度與注漿段長(zhǎng)之比增大，使鉆孔重疊過(guò)多而影響注漿效率。圖3 小導(dǎo)管注漿堵水流程3.4永連大路分水嶺隧道斷層裂開(kāi)帶3.4.1溶洞處理方法5因溶洞處在隧道左墻腳, 且規(guī)模不大, 為保證施工質(zhì)量, 經(jīng)多方案比較, 確定接受C15片石混凝土回填。為保證施工平安, 施工實(shí)行了肯定的愛(ài)護(hù)措施,先用噴錨加固不穩(wěn)定地段, 搭好平安防護(hù)平臺(tái), 防止落石傷人。3.4.2大變形段處理方法6因