■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)，設計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造帶和節(jié)理密集帶內(nèi)圍巖級別為Ⅳ～Ⅴ級。

隧址區(qū)處于我國東部著名的巨型新華夏系第二個隆起帶與南嶺緯向復雜構造帶的復合部位，閩西南拗陷帶東部。受區(qū)域地質(zhì)構造影響，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施工原則

（1）按照錨噴構筑法原理組織施工，穩(wěn)扎穩(wěn)打，防塌為主，施工遵循“管超前、嚴注漿、短進尺、少撓動、強支護、早成環(huán)、嚴治水、勤量測”原則組織施工。

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

（3）加強超前導管注漿預加固，改良地層，斷層地段出現(xiàn)涌水，采用排、堵結合處理措施進行處理。

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

3　超前地質(zhì)預報

在進入斷層破碎帶影響前，采用長距離TSP-202超前地質(zhì)預報系統(tǒng)，宏觀控制超前地質(zhì)情況，根據(jù)地質(zhì)預告成果制定支護參數(shù)及時調(diào)整施工方法。在地下水豐富的情況，采用中距離預報，即水平超前孔鉆，利用地質(zhì)鉆鉆孔取巖芯，鉆孔深度30～40m，可準確預報前面圍巖和地下水，每掘進20～25m后，預留5m作為止?jié){墻，若出現(xiàn)強壓水或泥漿，預示前方有較大的涌水或洞穴，應加密探孔采取排堵結合的治理措。為探明斷層的水量，除了采用長距離TSP-202超前地質(zhì)預報系統(tǒng)和中距離水平超前孔鉆預報，還要采取長短結合、相互驗證的綜合預報手段，進一步超前驗證地質(zhì)情況，根據(jù)預報成果采取相應的處理措施，確保施工安全。

4　斷層破碎帶Ⅴ級圍巖施工方案確定

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

雙側壁導坑工法是一項分部開挖支護的施工技術。其原理是：就是利用兩個中隔壁把整個隧道大斷面分成左中右三個小斷面施工，左、右導洞先行，中部斷面緊跟其后；初期支護仰拱成環(huán)后，拆除兩側導洞臨時支撐，形成全斷面。對于九峰隧道開挖11.9m的高度設置臨時仰拱，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，各施工工序之間的距離盡量縮短，減少巖層暴露時間、避免圍巖松動和地壓增大，盡快使全斷面襯砌封閉。

5.1超前小導管施工

小導管環(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Φ8mm的孔眼4排，以利于小導管推進和漿液滲入破碎巖體。

先用YT-28型風動鑿巖機鉆眼成孔后再推進小導管就位，在施作小導管前應注意：（1）噴3～5cm厚混凝土封閉掌子面作為止?jié){墻，為注漿作好準備工作；（2）準確測量隧道中心線和高程，并按設計標出小導管的位置，誤差±15mm；（3）用線繩定出隧道開挖輪廓線，隨時用鋼尺檢查鉆孔或推進小導管的方向，以控制外插角達到標準；（4）施工順序為從側拱腰向拱頂進行，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，注漿順序從側拱腳向拱頂。由于巖體孔隙不均勻，考慮鑿巖機環(huán)形開挖的方便，同時要達到固結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，形成有一定強度及密實度的殼體，特別是確保側拱腳的注漿密實度和承載力，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時間，控制漿液的擴散范圍。通過現(xiàn)場試驗確定拱腳終壓為1MPa，拱腰范圍為0.8MPa，拱頂為0.5MPa注漿時相鄰孔眼需間隔開，不能連續(xù)注漿，以確保固結效果，又達到控制注漿量的目的。注漿效果要求達到開挖后拱部基本無滲水、無坍塌。

5.2開挖及初期支護

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

開挖后為縮短圍巖的暴露時間，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構，可以保證一定時間內(nèi)施工安全。噴射前先檢查開挖斷面的凈空尺寸，對開挖面危石進行清除，設專人隨時觀察圍巖變化情況，當受噴面有涌水、淋水、集中出水點時，先進行引排處理，并用高壓風吹凈巖面。初噴要及時且噴射密實，不得在支護與圍巖間留有空隙。初噴混凝土后，施作錨桿、掛鋼筋網(wǎng)、架立I22型工字鋼架，復噴混凝土。

初期支護采用C25早強噴射砼、Φ25中空注漿錨桿L=400cm（拱墻設置，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型注漿機注漿，待水泥終凝后扭緊固定孔口墊板螺栓；墻拱掛設Φ6鋼筋網(wǎng)，為網(wǎng)格20×20cm，在洞外分片制作，安裝時鋼筋網(wǎng)與錨桿和鋼架綁扎牢固，網(wǎng)片鋪設緊貼支護面，片搭接長度不得少于15cm，噴射混凝土時，要減小噴頭至受噴面距離和風壓，以減少鋼筋網(wǎng)的振動，降低回彈率，并保持30mm～50mm的保護層；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，復噴C25早強噴射砼至28cm厚。

5.3隧道臨時支護的拆除

雙側壁導坑法側隔墻拆除臨時支護在中部下臺階完成5～10m后，仰拱襯砌施工開始之前進行，臨時支撐拆除應鋼拱架成環(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，拆除前后均應初期支護進行位移變形觀測，等待初期支護穩(wěn)定無變形時再拆除下一循環(huán)鋼支撐，且及時進行全斷面仰拱砼施工。

5.4二次襯砌

隧道臨時支護拆除后及時進行仰拱襯砌、仰拱回填作業(yè)，斷層破碎帶采用抗?jié)B等級≥S6的C30防水混凝土，厚度65cm，在初期支護與模注砼襯砌之間設置EVA防水板，隧道邊墻及拱部二次襯砌的澆筑采用移動式液壓模板臺車和泵送砼整體澆筑，以保證二次襯砌的密實，每模襯砌砼應連續(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行防水并用防水材料嵌縫。

5.5施工監(jiān)控量測

為及時掌握圍巖和支護動態(tài)，將監(jiān)控量測結果反饋施工中，以便采取相應的技術措施。由于隧道處于斷層破碎帶地段，測線布設和量測頻率施工規(guī)范和施工要求的基礎上加大。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；斷面及測點布設，按每5～10m布控一個斷面，在先行洞同樁號斷面上布控三個點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測量，及時對量測數(shù)據(jù)分析，并指導施工。

6　結束語

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，是一個低強度、易變形、透水性大、抗水性差的軟弱圍巖存在的。雙側壁導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用，能夠有效保證隧道施工安全，開挖與支護手段及相應的技術措施適應地質(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換帶來的機械設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.北京：人民交通出版社，2010.

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