文 剛

（中鐵十六局集團(tuán)第一工程有限公司，北京 101300）

1 工程概況

榆社隧道位于山西省晉中市榆社縣境內(nèi)，線路由榆社縣境內(nèi)的白北村南進(jìn)入隧道，下穿地河灘、劉家五科、四十畝、東溝、輝教村、橋里溝、藥峪、南窯，隧道出口位于榆社縣河峪鄉(xiāng)平底村北，進(jìn)口里程為DK70+700，出口里程為DK81+370，隧道全長(zhǎng)10 670m，最大埋深342m，位于DK75+480處，地面高程為1 524.180m。隧道施工過(guò)程中，從斷層破碎帶穿過(guò)，并涌出大量的碎石泥散體，持續(xù)清方量達(dá)3 000m3。結(jié)合實(shí)際情況，只對(duì)掌子面流出的散體進(jìn)行清理。在對(duì)散體進(jìn)行清理時(shí)，在隧道小里程DK76+232右拱位置產(chǎn)生1個(gè)散體帶，文章以該工程為例，重點(diǎn)對(duì)隧道穿越地層破碎帶施工技術(shù)進(jìn)行探討。

2 坍塌原因分析

2.1 水文

由于該工程所在地區(qū)地下水發(fā)育，再加1周的持續(xù)降雨，山頂?shù)乃粩鄥R集到溝底，并通過(guò)溝底排滲到洞內(nèi)。此外，由于斜井坡度較大，進(jìn)水量峰值超過(guò)泵站負(fù)荷，導(dǎo)致隧洞中的積水深度達(dá)40cm，在地下水和雨水排滲補(bǔ)給作用下，泥質(zhì)粉砂巖一部分遇水軟化，且其中一部分已完全崩解泥化，表現(xiàn)為軟塑狀，使巖體的力學(xué)指標(biāo)進(jìn)一步下降。在水流沖擊作用下再次開(kāi)挖后產(chǎn)生碎石流，并夾裹大塊孤石，使掌子面出現(xiàn)失穩(wěn)情況，持續(xù)出現(xiàn)涌泥、坍塌等地質(zhì)災(zāi)害。

2.2 地質(zhì)

隧道通過(guò)地層主要為新黃土、砂巖、泥巖，砂巖為較硬巖，泥巖和泥質(zhì)砂巖為軟巖或較軟巖。隧址區(qū)位于太岳山隆起帶，經(jīng)過(guò)南北構(gòu)造和新華夏構(gòu)造體的復(fù)合作用，構(gòu)造較復(fù)雜，構(gòu)造類型和形式也較多樣，大多構(gòu)造形跡均呈南北走向或北東走向。隧道工點(diǎn)穿過(guò)該構(gòu)造中的多處向、背斜及多條斷層，隧道區(qū)斷裂構(gòu)造發(fā)育斷層共22條，其中9條為實(shí)測(cè)斷層，13條為物探推測(cè)斷層。隧道正常涌水量Qcp＝39 107.45m3/d，最大涌水量 Qmax＝85 029.01m3/d。

3 隧道穿越斷層破碎帶施工方案

在隧道工程施工過(guò)程中，圍巖結(jié)構(gòu)出現(xiàn)嚴(yán)重破碎情況，鉆孔難度非常大。結(jié)合類似工程經(jīng)驗(yàn)，本工程中采用上臺(tái)階預(yù)留核心土、環(huán)形導(dǎo)坑開(kāi)挖和下臺(tái)階左右側(cè)錯(cuò)開(kāi)開(kāi)挖的方法開(kāi)展施工。由于圍巖結(jié)構(gòu)較軟，施工時(shí)設(shè)計(jì)使用機(jī)械和人工配合開(kāi)挖的方法進(jìn)行開(kāi)挖作業(yè)。不僅可降低施工過(guò)程中對(duì)圍巖產(chǎn)生的擾動(dòng)，還可使上臺(tái)階的開(kāi)挖面積縮小，及時(shí)做好上臺(tái)階的支護(hù)施工，使圍巖變形得到有效控制。在進(jìn)行下臺(tái)階開(kāi)挖施工時(shí)會(huì)影響鋼架應(yīng)力，因此采用左右側(cè)錯(cuò)開(kāi)開(kāi)挖的方法進(jìn)行下臺(tái)階開(kāi)挖，可有效防止兩側(cè)鋼架產(chǎn)生懸空情況，更好地對(duì)鋼架整體沉降進(jìn)行控制。采用注漿小導(dǎo)管對(duì)隧道拱部120°的范圍內(nèi)進(jìn)行支護(hù)，其他位置布置φ42mm徑向注漿小導(dǎo)管，不僅可對(duì)四周圍巖進(jìn)行加固，還可提升圍巖穩(wěn)定性，使隧道圍巖破碎的情況得到顯著改善，有效避免隧道出現(xiàn)塌方情況。

在使用超短臺(tái)階進(jìn)行開(kāi)挖施工時(shí)，要將臺(tái)階長(zhǎng)度控制好，每循環(huán)開(kāi)挖進(jìn)尺控制在0.5m。為了降低邊墻的變形量，要在邊墻位置布置橫向水平鋼梁支撐。

考慮到斷面初期支護(hù)不均勻，邊墻和拱部位置存在嚴(yán)重偏壓情況，為進(jìn)一步對(duì)洞內(nèi)的變形情況進(jìn)行平衡，設(shè)計(jì)采用I16臨時(shí)橫撐進(jìn)行輔助施工。將仰拱和掌子面之間的距離控制在16m內(nèi)，二襯和掌子面之間的距離控制在24m內(nèi)。

4 隧道穿越斷層破碎帶施工技術(shù)

4.1 加固掌子面后方支護(hù)段

施工過(guò)程中為保證施工安全，提升掌子面后方地段施工的穩(wěn)定性，對(duì)DK76+247—DK76+217段（即30m）采用超前小導(dǎo)管（即φ42mm梅花管）進(jìn)行注漿加固處理，梅花管間距為1.2m，管長(zhǎng)為4m，采用雙液漿液進(jìn)行注漿。此外，該位置采用鎖腳錨管進(jìn)行進(jìn)一步加固，每榀鋼架增設(shè)12根φ42mm鎖腳錨管，鎖腳錨管與水平成45°夾角，設(shè)計(jì)錨桿長(zhǎng)度值為4.5m。

4.2 DK76+250—DK76+200段破碎帶支護(hù)施工

該隧道工程施工過(guò)程中，DK76+250—DK76+200段破碎帶存在碎石流地質(zhì)災(zāi)害，采用小導(dǎo)管和φ89mm鋼管管棚配合預(yù)支護(hù)措施對(duì)拱部進(jìn)行支護(hù)（見(jiàn)圖1）。設(shè)計(jì)鋼管長(zhǎng)度為12m，斜插角為10°～15°，環(huán)向間距保持在40cm。將拱架底部布置在基巖上，利用φ42mm鎖腳錨管進(jìn)行錨固，每榀設(shè)置8根鋼架，將雙層鋼筋網(wǎng)布置在鋼架之間，鋼筋型號(hào)為φ8，鋼筋網(wǎng)網(wǎng)格尺寸為15cm×15cm。

4.3 設(shè)置止?jié){墻

在掌子面布置止?jié){墻進(jìn)行封閉，采用注漿管和18k輕軌沿邊墻進(jìn)行環(huán)向布置，間隔距離控制在30～50cm?？v向間距之間的間隔為3m，設(shè)計(jì)注漿管道的長(zhǎng)度為3～6m，設(shè)計(jì)輕軌的長(zhǎng)度為6～8m，將3～5根長(zhǎng)度為5～9m的φ150mm泵送管預(yù)埋到邊墻空腔位置。當(dāng)封閉墻強(qiáng)度達(dá)到要求后，可采用分層分次方法進(jìn)行坍腔灌漿，設(shè)計(jì)水泥漿液的比例為1∶1，回填固結(jié)完成后即可將封閉墻拆除。

圖1 管棚配合小導(dǎo)管

4.4 坍體開(kāi)挖施工

在進(jìn)行坍體開(kāi)挖時(shí)，先進(jìn)行上臺(tái)階開(kāi)挖，然后進(jìn)行下臺(tái)階開(kāi)挖。開(kāi)挖過(guò)程中，要求縱向開(kāi)挖活動(dòng)控制在50cm內(nèi)，初期支護(hù)封閉后即可開(kāi)展下道工序作業(yè)。將槽鋼托梁布置到拱架底部，使用φ22鋼筋作為縱向連接鋼筋，縱向連接鋼筋之間的環(huán)向間隔距離控制在80cm內(nèi)。為避免鋼架拱架落地和滑移時(shí)出現(xiàn)下沉，采用橫向I20卡口布置在上臺(tái)階底部作為底梁。在空間和時(shí)間效應(yīng)的累計(jì)作用下使隧道圍巖進(jìn)一步變形，如果不能及時(shí)處理會(huì)引發(fā)安全事故，完成鋼支撐后需將水平橫向支撐布置成環(huán)，在型鋼和噴射混凝土之間增設(shè)楔形木進(jìn)行塞縫。持續(xù)按照該方法循環(huán)作業(yè)，直到從破碎帶順利通過(guò)。

4.5 空腔處理

為進(jìn)一步探明該隧道工程空腔向后蔓延的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)采用潛孔鉆分別對(duì)掌子面后方5.0，5.5，7.0m處拱部地質(zhì)情況進(jìn)行鉆孔分析，摸清空腔向后蔓延的實(shí)際情況。根據(jù)探孔結(jié)果使用C25混凝土進(jìn)行分次分層回灌。進(jìn)行回灌作業(yè)時(shí)，要將觀察孔、排氣孔和回灌孔布置好，確定回灌效果，保證混凝土表面抗原形成保護(hù)層。為了對(duì)下落的孤石起到緩沖作用，需在混凝土保護(hù)層上吹1.2m砂，如圖2所示。

圖2 空腔處理措施

4.6 加強(qiáng)二次襯砌施工

此隧道工程在實(shí)際工程施工時(shí)，隧道DK76+247—DK76+217段多次出現(xiàn)碎石坍塌和流石坍塌等情況，使隧道拱頂空腔高度值達(dá)15～20m。為保證隧道安全運(yùn)營(yíng)，需要進(jìn)一步加強(qiáng)二次襯砌施工，分2層進(jìn)行襯砌作業(yè)。第1層使用C35鋼筋混凝土進(jìn)行襯砌，設(shè)計(jì)襯砌施工厚度為35cm，采用掛模模板進(jìn)行混凝土的澆筑施工。使用V級(jí)加強(qiáng)襯砌配筋進(jìn)行第2層施工，并對(duì)該段利用環(huán)向盲管加密。采用φ100mm透水管開(kāi)展縱向盲溝施工，施工時(shí)為了提升施工質(zhì)量，需要提高監(jiān)測(cè)力度，并及時(shí)進(jìn)行仰拱和襯砌施工，共同構(gòu)成持力圈，以保證施工安全。

5 結(jié)語(yǔ)

該高原隧道穿越斷層破碎帶時(shí)根據(jù)工程實(shí)際情況制訂了具體施工方案，并通過(guò)努力，順利從該破碎帶穿過(guò)。結(jié)合測(cè)量結(jié)果，在該工程施工過(guò)程中出現(xiàn)了2次施工異常，通過(guò)采用注漿加固方法進(jìn)行處理后取得良好的加固效果。目前，隧道開(kāi)挖完成了6 200m，順利通過(guò)了斷層破碎帶。