隧道掘進(jìn)斷層破碎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采用。遇到斷層破碎帶是隧道掘進(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)程中非常重要的問(wèn)題，尤其是在斷層破碎帶區(qū)段圍巖穩(wěn)定性特別需要重視。本文簡(jiǎn)單分析了斷層破碎帶對(duì)圍巖穩(wěn)定性的影響，并根據(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斷層破碎帶對(duì)圍巖穩(wěn)定性的影響研究結(jié)果顯示,斷層交會(huì)和斷層歸并復(fù)合很容易引起圍巖失穩(wěn),斷層的其他要素如風(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,因?yàn)槠渑c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,從而降低了破碎巖石、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，斷層及其破碎帶的難度特別大，是非常容易出事故的地段。在高速公路、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)，準(zhǔn)確定位斷層破碎帶的位置，提前采取措施，解決或降低斷層破碎段的不良影響。主要措施有:⑴通過(guò)超前帷幕注漿固結(jié)巖體，并封堵地下水通道;⑵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;⑶采用短進(jìn)尺、短臺(tái)階的開(kāi)挖方法，并預(yù)留變形量;⑷增強(qiáng)初期支護(hù)的強(qiáng)度，并及時(shí)封閉成環(huán);⑸二次襯砌加強(qiáng)。在施工技術(shù)上，我們需要注意幾點(diǎn)要求：1

超前小管棚施工

在破碎的松散的巖體中超前鉆孔，打入小導(dǎo)管，這個(gè)小導(dǎo)管采用的是每根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)管將漿液推進(jìn)和滲入破碎巖體。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，順序是先從兩側(cè)拱腳向拱頂。而且注漿時(shí)要把孔眼之間相隔開(kāi)，不可以連續(xù)的注漿，從而達(dá)到固結(jié)效果，又能控制注漿量。

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隧道的開(kāi)挖

隧道開(kāi)挖技術(shù)是斷層破碎帶施工過(guò)程中必須注意的關(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(chē)鉆眼，配以多段毫秒雷管，并在周邊眼選擇專(zhuān)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(chē)，而二次襯砌混凝土澆筑選擇12米長(zhǎng)大模板臺(tái)車(chē)，混凝土集中在混凝土拌和站拌制，由混凝土運(yùn)輸車(chē)專(zhuān)門(mén)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。全斷面法實(shí)用于1到3級(jí)硬巖地層和2級(jí)軟巖地層。

第二，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)是靈活多變、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)定性和控制其結(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)能力較差，上臺(tái)階開(kāi)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)要注意臺(tái)階長(zhǎng)度要適當(dāng)。要根據(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。還要注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，要注意作業(yè)組織，對(duì)于長(zhǎng)度較短的隧道，可將上半斷面貫通后，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，并始終超前一定距離，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，須采用超前大管棚、超前錨桿等輔助施工措施進(jìn)行超前加固。一般采用人工開(kāi)挖法、人工和機(jī)械配合開(kāi)挖法的等。

第五，臺(tái)階七步法。跟臺(tái)階法相似，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)階及時(shí)施作構(gòu)成穩(wěn)固的初期支護(hù)體系。

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錨噴初期的支護(hù)

在選擇系統(tǒng)錨桿時(shí)，必須選擇一定規(guī)格的，不論是縱向還是環(huán)向，其間距都應(yīng)控制在100cm左右，采用梅花形布置，并對(duì)拱墻設(shè)置鋼格欄。

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監(jiān)控量測(cè)

在初期的支護(hù)完成后，對(duì)于隧道的拱頂、拱腳及周?chē)倪厜Φ膬?nèi)軌頂面要進(jìn)行水平收斂量測(cè)和進(jìn)行拱頂下沉。3具體施工案例隧道破碎帶施工方法很復(fù)雜，但不同的工程中又有相同的地方。在此僅較詳細(xì)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公路粵北甘塘至翁源段,設(shè)計(jì)為分離式雙向六車(chē)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12.24m,最大開(kāi)挖面積165.45m2。為國(guó)內(nèi)跨度最大的公路隧道之一。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),為軟弱結(jié)構(gòu)層,局部碎第十步:(a)開(kāi)挖⑩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成環(huán),復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度。第十一步:(a)根據(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(chē)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)管施工在破碎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破碎松散巖體中,并將其中的空氣、水分排出,使松散破碎體膠結(jié)、膠化,形成具有一定強(qiáng)度和抗?jié)B阻水能力的固結(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)具有一定強(qiáng)度、一定厚度的殼體,在殼體的保護(hù)下進(jìn)行開(kāi)挖支護(hù)施工,開(kāi)挖進(jìn)尺控制在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,采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法配合其他的沉降控制措施的施工技術(shù),可以順利的通過(guò)斷層破碎帶淺埋段,并能夠有效地控制隧道洞內(nèi)周邊位移,保證了工程質(zhì)量和施工安全。同時(shí)對(duì)在斷層破碎帶淺埋段隧道中施工的其他工程提供一定的借鑒意義。3.3六盤(pán)山隧道局部富水破碎圍巖注漿治理工程3.3.1注漿堵水施工方法【4】六盤(pán)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)現(xiàn)涌水部位比較集中，且涌水量相對(duì)較小，注漿堵水應(yīng)該兼顧功能性、可實(shí)施性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性、安全性等原則，選用單液水泥注漿，注漿材料選用普通硅酸鹽水泥，水泥型號(hào)選用P·O42.5，漿液水灰比為0.8，采取小導(dǎo)管注漿，從下往上，間隔跳孔，先圈外后內(nèi)圈的順序進(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)容易塌孔、卡鉆，且注漿效果難以保證;太短則會(huì)導(dǎo)致止水盤(pán)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永連公路分水嶺隧道斷層破碎帶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,確定采用C15片石混凝土回填。為保證施工安全,施工采取了一定的保護(hù)措施,先用噴錨加固不穩(wěn)定地段,搭好安全防護(hù)平臺(tái),防止落石傷人。3.4.2大變形段處理方法[6]因k25+200～+230段初期支護(hù)變形破壞嚴(yán)重,并且部份地段已無(wú)二襯空間,必須對(duì)初期支護(hù)進(jìn)行處理,處理方案如下:先對(duì)大變形段補(bǔ)孔注漿,待圍巖基本穩(wěn)定后,再分段拆除初期支護(hù),采用控制爆破技術(shù)進(jìn)行拆除,以減輕爆破震動(dòng)對(duì)圍巖穩(wěn)定性的影響;為防暴露面過(guò)大造成塌方,拆除進(jìn)尺為一榀工字鋼距離(0.6m),并將初期支護(hù)鋼支撐連接到連梁上,保證初期支護(hù)墻腳穩(wěn)定,防止圍巖繼續(xù)變形。4結(jié)語(yǔ)通過(guò)這次課外閱讀的過(guò)程，我認(rèn)識(shí)到在隧道開(kāi)挖施工過(guò)程中，斷層及其破碎帶的難度很大、是非常容易出現(xiàn)事故的地段。所以對(duì)于那些施工人員來(lái)說(shuō)，是必須要謹(jǐn)慎小心，并提前做好可以在遇到各種突發(fā)狀況時(shí)都能及時(shí)處理好的準(zhǔn)備。我國(guó)目前面臨著大量的隧道工程，如果技術(shù)人員做不到技術(shù)熟練、精準(zhǔn)的話，就會(huì)影響交通不能順利的通行，給人們出行帶來(lái)不方便。5文獻(xiàn)【1】羅利銳，劉志剛.斷層對(duì)隧道圍巖穩(wěn)定性的影響[J].地質(zhì)力學(xué)報(bào)2009.9(3):226-232【2】靳全紅.大跨度公路隧道斷層破碎帶施