隧道掘進(jìn)斷層破碎帶施工方法及工程實例

隧道掘進(jìn)斷層破碎帶施工方法及工程實例---13級土木6班劉志明1308230231摘要：隨著社會和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，隧道這種通過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)的很大的問題，本文整理歸納了常見的斷層處理技術(shù)并進(jìn)行了相關(guān)的工程實例分析。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)過程中非常重要的問題，尤其是在斷層破碎帶區(qū)段圍巖穩(wěn)定性特別需要重視。本文簡單分析了斷層破碎帶對圍巖穩(wěn)定性的影響，并根據(jù)國內(nèi)幾個不同的隧道斷層施工實例的分析總結(jié)了隧道斷層施工幾種工藝。1斷層破碎帶對圍巖穩(wěn)定性的影響研究結(jié)果顯示,斷層交會和斷層歸并復(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圍巖穩(wěn)定性影響也很大【1】。斷層交會對隧道圍巖穩(wěn)定性的影響最大,因為其與單一式斷層相比,明顯擴大了斷層的規(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,由于斷層交會復(fù)合為不同走向斷層相交,所以其對圍巖穩(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)在隧道開挖施工過程中，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題。在隧道掘進(jìn)的過程中要進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報，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、短臺階的開挖方法，并預(yù)留變形量;⑷增強初期支護(hù)的強度，并及時封閉成環(huán);⑸二次襯砌加強。在施工技術(shù)上，我們需要注意幾點要求：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，這個小導(dǎo)管采用的是每根4m的長度,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，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。而且注漿時要把孔眼之間相隔開，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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隧道的開挖

隧道開挖技術(shù)是斷層破碎帶施工過程中必須注意的關(guān)鍵技術(shù)，洞口開挖可以選擇機械施工，而對于洞身開挖可以選擇簡易自拼裝臺車鉆眼，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。對于隧道出碴，可以選擇裝載機，配以自卸汽車，而二次襯砌混凝土澆筑選擇12米長大模板臺車，混凝土集中在混凝土拌和站拌制，由混凝土運輸車專門運輸，并泵送入模。另外，對于邊側(cè)溝施工，可以選擇組合鋼模板。在隧道開挖時，由于需要考慮多方面的因素，合理選擇適當(dāng)?shù)拈_挖方法，主要的開挖方法有以下幾種：

第一，全斷面開挖法。這是指將整個隧道開挖斷面一次鉆孔、一次爆破成型、一次初期支護(hù)到位的隧道開挖法。全斷面法實用于1到3級硬巖地層和2級軟巖地層。

第二，臺階法施工。是將結(jié)構(gòu)斷面分成兩個或幾個部分具有上下斷面兩個工作面或多個工作面，分布開挖。它的特點是靈活多變、適用性強，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。它分為正臺階上下兩部分步開挖法；正臺階分步開挖留核心土法，適用于較差的地層；中隔墻臺階法開挖，一般用于工作面地層自穩(wěn)能力較差，上臺階開挖后拱腳支撐在未開挖巖體上的自穩(wěn)時間較短且開挖斷面跨度較大時。

第三，臺階開挖法。臺階開挖時要注意臺階長度要適當(dāng)。要根據(jù)初期支護(hù)形成閉合斷面的時間要求，圍巖穩(wěn)定性愈差，閉合時間要求愈短，及上班斷面施工時開挖、支護(hù)、出渣等機械設(shè)備所需的空間大小的要求來確定選用長臺階、短臺階或是微臺階。還要注意解決好上下半斷面作業(yè)的相互干擾問題，尤其是短臺階干擾較大，要注意作業(yè)組織，對于長度較短的隧道，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)先開挖一導(dǎo)坑，并始終超前一定距離，再開挖隧道斷面剩余部分，變大跨斷面為小跨斷面的隧道開挖方法。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。一般采用人工開挖法、人工和機械配合開挖法的等。

第五，臺階七步法。跟臺階法相似，這是在洞身開挖時使用的，是指在隧道開挖過程中，分七個開挖面，然后分部同時支護(hù)，形成支護(hù)整體，縮短作業(yè)循環(huán)時間，形成開挖及施作初期支護(hù)，混凝土仰拱緊跟下臺階及時施作構(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，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，并對拱墻設(shè)置鋼格欄。

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監(jiān)控量測

在初期的支護(hù)完成后，對于隧道的拱頂、拱腳及周圍的邊墻的內(nèi)軌頂面要進(jìn)行水平收斂量測和進(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)地介紹兩個案例，其他的僅就其不同點進(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)計為分離式雙向六車道隧道,隧道橫穿靠椅山東北段,右線長2949m,設(shè)計最大開挖凈寬為17.4m,最大開挖高度12.24m,最大開挖面積165.45m2。為國內(nèi)跨度最大的公路隧道之一?？恳紊剿淼莱隹谟揖€YK147+230～YK147+156段設(shè)計中,隧道經(jīng)過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)計厚度。第十一步:(a)根據(jù)監(jiān)控量測結(jié)果分析,待初期支護(hù)收斂后,拆除18臨時鋼架和臨時橫撐;(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)體形成一個具有一定強度、一定厚度的殼體,在殼體的保護(hù)下進(jìn)行開挖支護(hù)施工,開挖進(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。同時對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】六盤山隧道圍巖級別為IV級，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，通過監(jiān)測發(fā)現(xiàn)涌水部位比較集中，且涌水量相對較小，注漿堵水應(yīng)該兼顧功能性、可實施性、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。注漿段長不宜過長也不宜過短。太長容易塌孔、卡鉆，且注漿效果難以保證;太短則會導(dǎo)致止水盤厚度與注漿段長之比增大，使鉆孔重疊過多而影響注漿效率。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,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,并且部份地段已無二襯空間,必須對初期支護(hù)進(jìn)行處理,處理方案如下:先對大變形段補孔注漿,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,以減輕爆破震動對圍巖穩(wěn)定性的影響;為防暴露面過大造成塌方,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)語通過這次課外閱讀的過程，我認(rèn)識到在隧道開挖施工過程中，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。所以對于那些施工人員來說，是必須要謹(jǐn)慎小心，并提前做好可以在遇到各種突發(fā)狀況時都能及時處理好的準(zhǔn)備。我國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，就會影響交通不能順利的通行，給人們出行帶來不方便。5文獻(xiàn)【1】羅利銳，劉志剛.斷層對隧道圍巖穩(wěn)定性的影響[J].地質(zhì)力學(xué)報2009.9(3):226-232【2】靳全紅.大跨度公路隧道斷層破碎帶施