■陳鯉輝

(福建省第一公路工程公司，泉州 362000)

1 工程概況

閘門(mén)坳隧道位于廣西桂林市荔浦縣大塘鎮(zhèn)閘門(mén)坳村西南約1.5km 處，隧道設(shè)計(jì)形式為分離式隧道，全長(zhǎng)660m；隧道凈寬10.75m，建筑界限凈高5.0m，洞門(mén)采用削竹式洞門(mén)。隧道平面全部位于直線(xiàn)上，縱斷面位于縱坡為1.9%直線(xiàn)坡上。

隧址區(qū)屬構(gòu)造-剝蝕低山地貌，地形起伏較大，山坡較陡，自然坡度25～30°，局部達(dá)35～45°，山脊平緩；受區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造影響，進(jìn)口及洞身斷層發(fā)育地段見(jiàn)后期侵入的花崗巖體分布，出口段褶皺、斷層活動(dòng)均較發(fā)育。地質(zhì)勘探共發(fā)現(xiàn)斷裂構(gòu)造2 條，斷裂特征多為擠壓破碎，應(yīng)力中心多見(jiàn)糜棱巖化。

F1 斷層穿越左線(xiàn)隧道起始樁號(hào)為ZK35+510—ZK35+395，長(zhǎng)度115m。該斷層南東向，傾角70°，延伸長(zhǎng)度較長(zhǎng)，斷層性狀為壓扭性穩(wěn)定斷層，斷層帶寬度40m，斷層透水性較差，為阻水?dāng)鄬?，與隧道交角37°，巖體破碎，巖體完整系數(shù)為0.38—0.46，自穩(wěn)能力差。帶內(nèi)巖石受力擠壓變質(zhì)，褐鐵礦化較普遍，局部糜棱巖化，巖體破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，富水性一般。物探資料顯示該段電阻率相對(duì)較低。[BQ]＜250，圍巖級(jí)別為ⅴ級(jí)。

隧道斷層均采用S6 型復(fù)合襯砌斷面，采用防水混凝土，防水等級(jí)不小于P8，全環(huán)設(shè)I20 型鋼支護(hù)，鋼架間距1 榀/0.5m,拱部采用Φ42mm 超前小導(dǎo)管注水泥漿液加固圍巖并止水，小導(dǎo)管采用外徑42mm、厚3.5mm 的熱軋無(wú)縫鋼管，鋼管長(zhǎng)3.5m，環(huán)向間距35cm，外插角5°至10°。

2 斷層破碎帶處理原則

按照錨噴構(gòu)筑法原理組織施工，穩(wěn)扎穩(wěn)打、步步為營(yíng)、防塌為主，即少擾動(dòng)圍巖和超前預(yù)支護(hù)，充分發(fā)揮圍巖的自穩(wěn)能力，盡早封閉成環(huán)，形成一個(gè)整體受力結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)及信息反饋，指導(dǎo)施工。

(1)施工中堅(jiān)持遵循“管超前、預(yù)注漿、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測(cè)”的施工原則。

(2)利用“超前鉆孔”等手段探明前方斷層地帶的情況。

(3)加強(qiáng)超前注漿等預(yù)加固、堵水措施，改良地層。采用超前小導(dǎo)管注漿、鋼架、網(wǎng)噴混凝土及支護(hù)手段，構(gòu)成強(qiáng)支護(hù)體系，仰拱及時(shí)支護(hù)成環(huán)，并及時(shí)組織襯砌施工。

(4)根據(jù)位移量測(cè)結(jié)果，評(píng)價(jià)支護(hù)的可靠性和圍巖的穩(wěn)定狀態(tài)，及時(shí)調(diào)整支護(hù)參數(shù)，確保施工安全。

3 斷層破碎帶施工超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

3.1 長(zhǎng)距離的超前探孔

進(jìn)入斷層影響帶前，采用TSP203 進(jìn)行長(zhǎng)距離宏觀控制超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，根據(jù)預(yù)報(bào)成果合理調(diào)整施工方法及支護(hù)參數(shù)。如地下水豐富，采用30m 中距離超前地質(zhì)探孔預(yù)報(bào)。

布孔方式如圖1 布設(shè)，采用地質(zhì)鉆機(jī)深30m,每次開(kāi)挖25m,預(yù)留5m 作為止?jié){墻，如出現(xiàn)強(qiáng)壓力水或泥漿，預(yù)示前方可能有巖溶或地下水通道，應(yīng)加密探孔布置，待水壓降至常壓時(shí)，采取注漿阻水后，經(jīng)檢測(cè)各孔水流量符合以下判定標(biāo)準(zhǔn)中可進(jìn)行開(kāi)挖施工條件時(shí)方可進(jìn)行開(kāi)挖，否則暫停開(kāi)挖。

圖1 長(zhǎng)距離超前探孔布置圖

超前支護(hù)施作完畢，若巖體較完整，有自穩(wěn)能力，斷層的破裂巖、角礫巖次生膠結(jié)較好，強(qiáng)度較高，塊裂狀巖體結(jié)構(gòu)緊密時(shí)，采用臺(tái)階開(kāi)挖，臺(tái)階長(zhǎng)度4～6m；若巖體較破碎，自穩(wěn)能力很差，則采用兩臺(tái)階環(huán)形預(yù)留核心土法施工，臺(tái)階長(zhǎng)度3～5m，上臺(tái)階采用環(huán)形開(kāi)挖預(yù)留核心土開(kāi)挖，下臺(tái)階左右錯(cuò)開(kāi)緊跟；如圍巖極其破碎、松軟掉塊，地下水豐富，可采用三臺(tái)階或三臺(tái)階+臨時(shí)仰拱法施工。開(kāi)挖采用風(fēng)鎬或弱爆破，循環(huán)進(jìn)尺控制在0.5～0.6m。以減小對(duì)周?chē)鷰r體的擾動(dòng)。

3.2 短距離超前探孔

為了探明斷層前方含水量情況，在施工過(guò)程中要對(duì)圍巖除進(jìn)行TSP203 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)外，還要采取長(zhǎng)、短相結(jié)合的超前地質(zhì)探孔，對(duì)超前地質(zhì)成果進(jìn)一步確認(rèn)與核查，確保施工安全。

布設(shè)方式如圖2 所示，采用人工風(fēng)鉆打眼，斷層施工時(shí)，必須全程短距離每班超前鉆眼預(yù)報(bào)，鉆眼深度不得小于2 倍循環(huán)進(jìn)尺并不得小于3.5m,鉆眼布置在大垮以上1m、兩側(cè)邊墻出和拱頂處。

圖2 短距離超前探孔布置圖(單位：cm)

根據(jù)超前鉆孔探水的結(jié)果，分別采取不同的措施進(jìn)行下一循環(huán)工作，當(dāng)探水孔有4 孔出水且總水量大于10m3/h 時(shí)，采用全斷面堵水注漿；當(dāng)總水量小于10m3/h時(shí)但個(gè)別孔出水量大于2m3/h 時(shí)，采用局部堵水注漿；當(dāng)6 孔出水量均小于2m3/h 且總出水量小于10m3/h 時(shí)，進(jìn)入下一循環(huán)施工(鉆孔探水結(jié)果判定依據(jù)關(guān)寶樹(shù)所著《隧道工程施工要點(diǎn)集(第二版)》)。

施工探水鉆孔后，測(cè)量各孔出水量，記錄各孔出水位置、水量、水壓等，當(dāng)總水量小于10m3/h 時(shí)但個(gè)別孔出水量大于2m3/h 時(shí)，報(bào)告業(yè)主、設(shè)計(jì)代表，確定注漿方案。

注漿材料采用水泥—水玻璃雙液漿液，水泥為PO32.5 普通硅酸鹽水泥，水灰比0.6～1.1，水玻璃濃度30～40Be，水泥漿與水玻璃體積比1∶0.5，凝膠時(shí)間根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況確定。

注漿范圍為在出水通道范圍內(nèi)，隧道開(kāi)挖輪廓線(xiàn)以外5～6m，單孔注漿有效擴(kuò)散半徑R=3.6m，注漿結(jié)束最終壓力為凈水壓力的2～3 倍。

注漿后，當(dāng)總出水量小于2m3/h 且一處出水量小于0.6m3/h，即可結(jié)束注漿。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)鉆孔所揭示的地質(zhì)狀況，結(jié)合注漿過(guò)程中P-Q-t 曲線(xiàn)分析，選擇可能出現(xiàn)的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行鉆孔檢查。檢查孔應(yīng)不塌孔、不涌砂，單孔涌水量應(yīng)小于0.2L/min.m。若達(dá)不到預(yù)期效果，則將檢查孔作為注漿孔進(jìn)行注漿，注漿結(jié)束后再鉆孔進(jìn)行效果檢查，直至達(dá)到設(shè)計(jì)要求。必要時(shí)可取芯檢查。

4 斷層破碎帶施工方法

4.1 超前小導(dǎo)管施工

小導(dǎo)管環(huán)向間距35cm ，采用Φ42mm×3.5mm 的熱軋鋼管，鋼管長(zhǎng)度為3.5m，外插角5°至10°,尾部支撐于鋼架上，每排小導(dǎo)管縱向搭接長(zhǎng)度不小于1m。為便于超前小導(dǎo)管插入巖體內(nèi)，鋼管前端作成尖錐狀，尾部焊上箍筋，小導(dǎo)管的安設(shè)采用鉆孔打入法，鉆孔直徑比鋼管直徑大3～5mm，用鉆機(jī)頂入，頂入長(zhǎng)度不小于鋼管長(zhǎng)度的90%，小導(dǎo)管安設(shè)后封堵孔口，必要時(shí)在小導(dǎo)管附近及工作面噴射混凝土，防止工作面坍塌。隧道開(kāi)挖長(zhǎng)度小于小導(dǎo)管的注漿長(zhǎng)度，預(yù)留部分作下一循環(huán)的止?jié){墻。注漿采用水泥漿液，水灰比1∶1，注漿壓力為0.5～1.0MPa。注漿過(guò)程中要隨時(shí)觀察注漿壓力及注漿量的變化，分析注漿情況，防止堵管、跑管、漏漿，做好注漿記錄，以便分析注漿效果。小導(dǎo)管尾部焊接Φ8mm 鋼筋加勁箍，末端安裝止?jié){閥，防止注漿時(shí)孔口跑漿，注漿結(jié)束后應(yīng)利用止?jié){閥保持孔內(nèi)壓力，直至漿液完全凝固，止?jié){閥應(yīng)保證能承受最大灌漿壓力和出水壓力，可以與灌漿管路連接。注漿效果要求達(dá)到開(kāi)挖后拱部基本無(wú)滲漏水、無(wú)坍塌。

4.2 開(kāi)挖及初期支護(hù)

(1)選擇施工方法。根據(jù)掌子面揭開(kāi)的圍巖情況確定采用兩臺(tái)階環(huán)形預(yù)留核心土法施工，臺(tái)階長(zhǎng)度3～5m，上臺(tái)階采用環(huán)形開(kāi)挖預(yù)留核心土開(kāi)挖，下臺(tái)階左右錯(cuò)開(kāi)緊跟。

(2)開(kāi)挖及運(yùn)輸。開(kāi)挖前檢查注漿質(zhì)量，如不合格應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)注。

洞身開(kāi)挖主要工序：采用自制臺(tái)架、人工手持YT-28 型風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)進(jìn)行打眼，人工裝藥，淺眼弱爆破輔以人工風(fēng)鎬開(kāi)挖，挖掘機(jī)扒渣，兩臺(tái)裝載機(jī)配自卸汽車(chē)進(jìn)行出渣。爆破時(shí)嚴(yán)格控制裝藥量，塑料導(dǎo)爆管非電毫秒雷管起爆，毫秒微差有序起爆。

上斷面用挖土機(jī)扒完渣后，下斷面出渣和上斷面立拱同時(shí)進(jìn)行，出渣時(shí)間最好控制在上斷面立拱和打錨桿的時(shí)間以?xún)?nèi)。然后，下斷面立拱，上斷面噴漿，下斷面噴漿時(shí)，上斷面視情況就可以進(jìn)行開(kāi)挖準(zhǔn)備工作或開(kāi)始開(kāi)挖。開(kāi)挖循環(huán)進(jìn)尺控制在0.5～0.6m 內(nèi)。

(3)初期支護(hù)。開(kāi)挖完應(yīng)立即初噴4～5cm 噴射混凝土，使其在開(kāi)挖后圍巖面形成一層由圍巖和初噴混凝土組成的殼體柔性結(jié)構(gòu)，可以保證一定時(shí)間段內(nèi)施工的安全。噴射前先檢查開(kāi)挖斷面凈空尺寸，對(duì)開(kāi)挖面的危石進(jìn)行清除，并設(shè)專(zhuān)人隨時(shí)觀察圍巖變化情況，當(dāng)受?chē)娒嬗杏克⒘芩?、集中出水點(diǎn)時(shí)，先進(jìn)行引排水處理，并用高壓風(fēng)吹凈巖面。初噴要及時(shí)且噴射密實(shí)，不得在支護(hù)與圍巖間留有空隙。實(shí)踐證明，重視初噴對(duì)隧道的安全施工有很重要的意義。初噴混凝土后，施作錨桿、掛鋼筋網(wǎng)，立I20 型工字鋼架，復(fù)噴混凝土。

鋼拱架間距0.5m，要求每單元鋼架間用高強(qiáng)螺栓連接牢固，每榀鋼架垂直度到位，鋼拱架的必須安設(shè)在穩(wěn)固基巖上，拱腳開(kāi)挖超深時(shí)，加設(shè)混凝土墊塊。超挖超大時(shí)，拱背墊填混凝土墊塊，以便抵住圍巖，控制其變形的進(jìn)一步發(fā)展。兩榀鋼架間用Φ22mm 鋼筋拉桿縱向連接牢固，環(huán)向間距1m。鋼架安裝好后，用定位錨桿鎖固固定，防止其發(fā)生移位。超挖部分用噴混凝土回填密實(shí)，禁止用石塊、木楔、背柴等填塞。

開(kāi)挖初噴后，盡快鉆孔、安設(shè)錨桿，然后復(fù)噴至設(shè)計(jì)厚度。錨桿原材料規(guī)格、長(zhǎng)度、直徑符合設(shè)計(jì)要求，錨桿桿體除油污、除銹。錨桿采用Φ25mm 中空注漿錨桿，長(zhǎng)度為4.0m，梅花形布置在拱墻上，環(huán)縱向間距為1.0m×0.50m；中空式注漿錨桿鉆孔成孔后，先插入桿體并安裝止?jié){塞和孔口墊板，插入排氣管，然后采用HFV-5D 型注漿機(jī)注漿，待水泥漿終凝后扭緊固定孔口墊板的螺栓。

拱墻掛設(shè)Φ8mm 鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格為15cm*15cm，在洞外分片制作，安裝時(shí)按設(shè)計(jì)及規(guī)范要求進(jìn)行搭接。鋼筋網(wǎng)與錨桿和鋼架綁扎連接(或點(diǎn)焊焊接)牢固。噴混凝土?xí)r，減小噴頭至受?chē)娒婢嚯x和風(fēng)壓，以減少鋼筋網(wǎng)振動(dòng)，降低回彈。鋼筋網(wǎng)噴混凝土保護(hù)層厚度不小于2cm。

初期支護(hù)混凝土采用C20 濕噴混凝土，厚度為28cm，全環(huán)噴射混凝土。

噴射混凝土前檢查開(kāi)挖斷面凈空尺寸，如有欠挖及時(shí)處理后再?lài)娀炷?。在不良地質(zhì)地段，設(shè)專(zhuān)人隨時(shí)觀察圍巖變化情況，當(dāng)受?chē)娒嬗杏克?、淋水、集中出水點(diǎn)時(shí)，先進(jìn)行引排水處理。

下斷面開(kāi)挖后，及時(shí)進(jìn)行仰拱初期支護(hù)，使初期支護(hù)結(jié)構(gòu)及早成環(huán)。

4.3 二次襯砌

仰拱初期支護(hù)施工完畢后，及時(shí)進(jìn)行仰拱、仰拱填充、襯砌作業(yè)。

F2 斷層破碎帶均采用S6 襯砌斷面C30 鋼筋混凝土土、混凝土抗?jié)B等級(jí)不低于P8，在二次襯砌與初期支護(hù)之間鋪設(shè)防水層，襯砌變形縫設(shè)膨脹止水條，施工縫設(shè)橡膠止水帶。

4.4 施工監(jiān)測(cè)

為及時(shí)掌握圍巖和支護(hù)的動(dòng)態(tài)，以便采取相應(yīng)的技術(shù)措施，斷層帶施工時(shí)應(yīng)加強(qiáng)隧道監(jiān)控量測(cè)，按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行布點(diǎn)觀測(cè)，并及時(shí)將觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，指導(dǎo)施工。

斷層監(jiān)控量測(cè)內(nèi)容包括洞內(nèi)外觀察、凈空水平收斂量測(cè)、拱頂下沉量測(cè)。隧道量測(cè)斷面測(cè)點(diǎn)布置為，三個(gè)拱頂下沉點(diǎn)和兩條凈空水平收斂量測(cè)線(xiàn)組成一個(gè)量測(cè)斷面，縱向間距5～10m。拱頂下沉量測(cè)采用水平儀測(cè)量，凈空收斂量測(cè)采用道坑收斂計(jì)測(cè)量，及時(shí)對(duì)量測(cè)數(shù)據(jù)分析，并指導(dǎo)施工，量測(cè)頻率應(yīng)符合規(guī)范要求。采用的儀器有精密水準(zhǔn)儀、塔尺、掛尺量測(cè)、數(shù)顯式收斂計(jì)、地質(zhì)羅盤(pán)。

5 斷層破碎帶施工體會(huì)

(1)在施工中貫徹“不塌就是進(jìn)度”的思想。在軟弱圍巖中的施工方法必須穩(wěn)妥可靠，在保證不塌的原則下再考慮加快施工進(jìn)度。選定初期支護(hù)參數(shù)貫徹“寧強(qiáng)勿弱”的思想，由于對(duì)巖體工程性質(zhì)的認(rèn)識(shí)很難恰如其分，對(duì)于介于兩級(jí)圍巖之間的按偏高的圍巖級(jí)別進(jìn)行初期支護(hù)。

(2)應(yīng)加強(qiáng)斷層施工中的監(jiān)控量測(cè)工作，做到信息化施工。對(duì)變形超限的初期支護(hù)要及時(shí)進(jìn)行加固并修正下一步支護(hù)參數(shù)。

(3)在施工中應(yīng)嚴(yán)格施工紀(jì)律，施工方案一經(jīng)討論確定，操作人員必須嚴(yán)格執(zhí)行，不得私自變動(dòng)。嚴(yán)格的施工紀(jì)律，合理的工序安排，先進(jìn)的施工工藝，嚴(yán)肅的管理制度是一套防塌的有效手段。

總之，斷層破碎帶一直是隧道施工的難點(diǎn)，也是易于出現(xiàn)安全事故的地段，需引起高度重視。閘門(mén)坳隧道F1 斷層破碎帶的施工實(shí)踐表明，超前地質(zhì)預(yù)報(bào)是非常重要的一環(huán)，其準(zhǔn)確性將直接影響到施工措施的制定及其有效性；選擇合理的隧道開(kāi)挖方法是保證圍巖整體穩(wěn)定性以及避免大面積坍塌的重要保證；可靠的支護(hù)方式及小導(dǎo)管注漿措施是斷層破碎帶隧道施工的靈魂所在，具有特別重要的地位。此外，小型塌方的判斷和及時(shí)處理也是破碎帶隧道施工的重要措施。將上述措施合理地結(jié)合和靈活運(yùn)用而形成關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)破碎圍巖條件下的隧道施工具有普遍的適應(yīng)性。