■林榮興

（福建省第一公路工程公司，泉州　362000）

九峰大跨度隧道F4斷層破碎帶施工方法

■林榮興

（福建省第一公路工程公司，泉州362000）

斷層破碎帶是大跨度隧道開挖支護(hù)施工中難度較大、容易出現(xiàn)施工事故的地段。本文以廈蓉高速公路改擴(kuò)建工程第A5合同段九峰隧道為工程背景，闡明了穿越隧道F4斷層及其破碎帶的施工過程及控制措施的處治方案，并詳細(xì)闡述了F4斷層破碎帶施工方法，可為類似環(huán)境下的隧道施工提供很好的借鑒。

隧道斷層破碎帶施工控制

1　工程概況

九峰隧道位于龍巖市東肖鎮(zhèn)境內(nèi)，設(shè)計(jì)形式為分離式雙向六車道，全長 4664m，隧道凈寬 14m，建筑界限凈高5m，洞門采用端墻式洞門，隧道右洞出口處在R=2810m的平曲線上，左洞出口處在R=3055m的平曲線上；左右洞縱坡均為-1.06%；隧道出口段及斷層構(gòu)造帶和節(jié)理密集帶內(nèi)圍巖級(jí)別為Ⅳ～Ⅴ級(jí)。

隧址區(qū)處于我國東部著名的巨型新華夏系第二個(gè)隆起帶與南嶺緯向復(fù)雜構(gòu)造帶的復(fù)合部位，閩西南拗陷帶東部。受區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造影響，洞身斷層發(fā)育地段侵入的花崗巖體分布，出口段褶皺、斷層活動(dòng)均較發(fā)育。F4斷層位置在YK141+053、ZK141+069，傾向北東，傾角70°，長度大于0.6km，破碎寬度40m，，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，局部成土狀。其較為典型的九峰隧道最大開挖寬度為16.9m，開挖高度為11.9m。

2　穿越斷層破碎帶施工注要有以下四個(gè)施工原則

（1）按照錨噴構(gòu)筑法原理組織施工，穩(wěn)扎穩(wěn)打，防塌為主，施工遵循“管超前、嚴(yán)注漿、短進(jìn)尺、少撓動(dòng)、強(qiáng)支護(hù)、早成環(huán)、嚴(yán)治水、勤量測”原則組織施工。

（2）施工過程中采用超前預(yù)報(bào)系統(tǒng)進(jìn)行超前地質(zhì)勘探，斷層破碎帶采用水平超前鉆探明地質(zhì)情。

（3）加強(qiáng)超前導(dǎo)管注漿預(yù)加固，改良地層，斷層地段出現(xiàn)涌水，采用排、堵結(jié)合處理措施進(jìn)行處理。

（4）根據(jù)監(jiān)測、量測結(jié)果判定支護(hù)可靠性和圍巖穩(wěn)定狀態(tài)，及時(shí)調(diào)整支護(hù)參數(shù)，確保施工安全。

3　超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

在進(jìn)入斷層破碎帶影響前，采用長距離TSP-202超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)，宏觀控制超前地質(zhì)情況，根據(jù)地質(zhì)預(yù)告成果制定支護(hù)參數(shù)及時(shí)調(diào)整施工方法。在地下水豐富的情況，采用中距離預(yù)報(bào)，即水平超前孔鉆，利用地質(zhì)鉆鉆孔取巖芯，鉆孔深度30～40m，可準(zhǔn)確預(yù)報(bào)前面圍巖和地下水，每掘進(jìn)20～25m后，預(yù)留5m作為止?jié){墻，若出現(xiàn)強(qiáng)壓水或泥漿，預(yù)示前方有較大的涌水或洞穴，應(yīng)加密探孔采取排堵結(jié)合的治理措。為探明斷層的水量，除了采用長距離TSP-202超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)和中距離水平超前孔鉆預(yù)報(bào)，還要采取長短結(jié)合、相互驗(yàn)證的綜合預(yù)報(bào)手段，進(jìn)一步超前驗(yàn)證地質(zhì)情況，根據(jù)預(yù)報(bào)成果采取相應(yīng)的處理措施，確保施工安全。

4　斷層破碎帶Ⅴ級(jí)圍巖施工方案確定

大跨度隧道施工方法主要有臺(tái)階法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法、中隔墻法等，結(jié)合九峰隧道出口的斷層破碎帶Ⅴ級(jí)圍巖開挖支護(hù)施工中難度較大、容易出現(xiàn)施工事故的地段采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法。

雙側(cè)壁導(dǎo)坑工法是一項(xiàng)分部開挖支護(hù)的施工技術(shù)。其原理是：就是利用兩個(gè)中隔壁把整個(gè)隧道大斷面分成左中右三個(gè)小斷面施工，左、右導(dǎo)洞先行，中部斷面緊跟其后；初期支護(hù)仰拱成環(huán)后，拆除兩側(cè)導(dǎo)洞臨時(shí)支撐，形成全斷面。對于九峰隧道開挖11.9m的高度設(shè)置臨時(shí)仰拱，按六步開挖，增加開挖的安全性。

5　斷層破碎帶施工方法

在通過斷層破碎帶時(shí)，各施工工序之間的距離盡量縮短，減少巖層暴露時(shí)間、避免圍巖松動(dòng)和地壓增大，盡快使全斷面襯砌封閉。

5.1超前小導(dǎo)管施工

小導(dǎo)管環(huán)向間距50cm，縱向間距2.8m，采用Φ50× 5mm的無縫鋼管，鋼管長5m，外插角15°，尾部支撐在鋼拱架上，搭接2.03m。為便于超前小導(dǎo)管插入巖體及注漿，在鋼管前端制作成尖錐狀，距另一端100cm的位置開始至尖錐端之間按梅花型間距為15cm布設(shè)Φ8mm的孔眼4排，以利于小導(dǎo)管推進(jìn)和漿液滲入破碎巖體。

先用YT-28型風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)鉆眼成孔后再推進(jìn)小導(dǎo)管就位，在施作小導(dǎo)管前應(yīng)注意：（1）噴3～5cm厚混凝土封閉掌子面作為止?jié){墻，為注漿作好準(zhǔn)備工作；（2）準(zhǔn)確測量隧道中心線和高程，并按設(shè)計(jì)標(biāo)出小導(dǎo)管的位置，誤差±15mm；（3）用線繩定出隧道開挖輪廓線，隨時(shí)用鋼尺檢查鉆孔或推進(jìn)小導(dǎo)管的方向，以控制外插角達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)；（4）施工順序?yàn)閺膫?cè)拱腰向拱頂進(jìn)行，為提前注漿留好作業(yè)空間。

為防止?jié){液從其他孔眼溢出，注漿前對所有孔眼安裝止?jié){塞，注漿順序從側(cè)拱腳向拱頂。由于巖體孔隙不均勻，考慮鑿巖機(jī)環(huán)形開挖的方便，同時(shí)要達(dá)到固結(jié)破碎松散巖體的目的，保證開挖輪廓線外環(huán)狀巖體的穩(wěn)定，形成有一定強(qiáng)度及密實(shí)度的殼體，特別是確保側(cè)拱腳的注漿密實(shí)度和承載力，采取注漿終壓（0.5～1MPa）和注漿量雙控注漿質(zhì)量，拱腳的注漿終壓高于拱腰至拱頂。漿液按0.5：1水泥漿液，采用525#普通硅酸鹽水泥，漿液中摻水泥用量3～5%的水玻璃，以縮短漿液的膠化固結(jié)時(shí)間，控制漿液的擴(kuò)散范圍。通過現(xiàn)場試驗(yàn)確定拱腳終壓為1MPa，拱腰范圍為0.8MPa，拱頂為0.5MPa注漿時(shí)相鄰孔眼需間隔開，不能連續(xù)注漿，以確保固結(jié)效果，又達(dá)到控制注漿量的目的。注漿效果要求達(dá)到開挖后拱部基本無滲水、無坍塌。

5.2開挖及初期支護(hù)

為控制超欠挖及減少對圍巖的擾動(dòng)，拱部弧形及邊墻周邊均采用風(fēng)鎬開挖，中槽均采用挖掘機(jī)開挖，開挖進(jìn)尺根據(jù)圍巖穩(wěn)定性確定為l榀鋼拱的間距，即0.5m，左右導(dǎo)洞和中部按兩個(gè)臺(tái)階施工，上下臺(tái)階相距3～5m，左右邊墻及中部各錯(cuò)開3～5m，若圍巖為石質(zhì)，采用YT-28型風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)打眼，人工裝藥，淺眼弱爆輔以人工風(fēng)鎬開挖，挖掘機(jī)扒渣，裝載機(jī)配合自卸車出渣。

開挖后為縮短圍巖的暴露時(shí)間，必須先初噴混凝土4cm厚封閉圍巖，由巖層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)間內(nèi)施工安全。噴射前先檢查開挖斷面的凈空尺寸，對開挖面危石進(jìn)行清除，設(shè)專人隨時(shí)觀察圍巖變化情況，當(dāng)受噴面有涌水、淋水、集中出水點(diǎn)時(shí)，先進(jìn)行引排處理，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。初噴混凝土后，施作錨桿、掛鋼筋網(wǎng)、架立I22型工字鋼架，復(fù)噴混凝土。

初期支護(hù)采用C25早強(qiáng)噴射砼、Φ25中空注漿錨桿L=400cm（拱墻設(shè)置，環(huán)向間距1.0m，縱向間距1.0m，呈梅花型布置），錨桿鉆成孔后，先插入桿體并安裝止?jié){塞、孔口墊板，插入排氣管，然后采用HFV-5D型注漿機(jī)注漿，待水泥終凝后扭緊固定孔口墊板螺栓；墻拱掛設(shè)Φ6鋼筋網(wǎng)，為網(wǎng)格20×20cm，在洞外分片制作，安裝時(shí)鋼筋網(wǎng)與錨桿和鋼架綁扎牢固，網(wǎng)片鋪設(shè)緊貼支護(hù)面，片搭接長度不得少于15cm，噴射混凝土?xí)r，要減小噴頭至受噴面距離和風(fēng)壓，以減少鋼筋網(wǎng)的振動(dòng)，降低回彈率，并保持30mm～50mm的保護(hù)層；鋼支撐采用22b工字鋼縱向間距0.5m，每單元鋼架間用高強(qiáng)螺栓連接牢固，垂直度到位，用定位錨固定，鋼架安裝在穩(wěn)固基巖上，并施作鎖腳錨桿，兩榀鋼架間用Φ25鋼筋拉桿縱向連接牢固后，復(fù)噴C25早強(qiáng)噴射砼至28cm厚。

5.3隧道臨時(shí)支護(hù)的拆除

雙側(cè)壁導(dǎo)坑法側(cè)隔墻拆除臨時(shí)支護(hù)在中部下臺(tái)階完成5～10m后，仰拱襯砌施工開始之前進(jìn)行，臨時(shí)支撐拆除應(yīng)鋼拱架成環(huán)、噴射砼完成，且凈洞位移速度小于0.2mm/天，每次拆除的長度控制在3榀鋼支撐左右，拆除前后均應(yīng)初期支護(hù)進(jìn)行位移變形觀測，等待初期支護(hù)穩(wěn)定無變形時(shí)再拆除下一循環(huán)鋼支撐，且及時(shí)進(jìn)行全斷面仰拱砼施工。

5.4二次襯砌

隧道臨時(shí)支護(hù)拆除后及時(shí)進(jìn)行仰拱襯砌、仰拱回填作業(yè)，斷層破碎帶采用抗?jié)B等級(jí)≥S6的C30防水混凝土，厚度65cm，在初期支護(hù)與模注砼襯砌之間設(shè)置EVA防水板，隧道邊墻及拱部二次襯砌的澆筑采用移動(dòng)式液壓模板臺(tái)車和泵送砼整體澆筑，以保證二次襯砌的密實(shí)，每模襯砌砼應(yīng)連續(xù)澆筑，一次完成，環(huán)向施工縫均采用中埋式橡膠止水帶進(jìn)行防水并用防水材料嵌縫。

5.5施工監(jiān)控量測

為及時(shí)掌握圍巖和支護(hù)動(dòng)態(tài)，將監(jiān)控量測結(jié)果反饋施工中，以便采取相應(yīng)的技術(shù)措施。由于隧道處于斷層破碎帶地段，測線布設(shè)和量測頻率施工規(guī)范和施工要求的基礎(chǔ)上加大。斷層破碎帶監(jiān)控量測包括開挖面觀察和初期支護(hù)完成區(qū)段觀察、水平凈空變化量測、拱頂下沉量測；斷面及測點(diǎn)布設(shè)，按每5～10m布控一個(gè)斷面，在先行洞同樁號(hào)斷面上布控三個(gè)點(diǎn)和兩條水平收斂量測線組成量測斷面；拱頂下沉量測采用水平儀測量，凈空收斂量測采用道坑收斂計(jì)測量，及時(shí)對量測數(shù)據(jù)分析，并指導(dǎo)施工。

6　結(jié)束語

斷層破碎帶是隧道開挖過程常見的不良地質(zhì)現(xiàn)象，它的分布區(qū)段是隧道圍巖不穩(wěn)定區(qū)段之一，是一個(gè)低強(qiáng)度、易變形、透水性大、抗水性差的軟弱圍巖存在的。雙側(cè)壁導(dǎo)坑六步開挖法在施工大跨度隧道的斷層破碎帶、淺埋段和軟弱圍巖段的隧道非常實(shí)用，能夠有效保證隧道施工安全，開挖與支護(hù)手段及相應(yīng)的技術(shù)措施適應(yīng)地質(zhì)變化，可以在多種隧道開挖中變化過渡，極大地減少了工序轉(zhuǎn)換帶來的機(jī)械設(shè)備和人員等資源配置，這在萬石山間斷性破碎軟圍巖中特別適用。

［1］楊林德.隧道.北京：人民交通出版社，2011.

［2］王夢恕.中國隧道及地下工程修建技術(shù).北京：人民交通出版社，2010.

［3］中交第一公路工程局有限公司.公路隧道施工技術(shù)細(xì)則.北京：人民交通出版社，2009.