張 壹

(中鐵十四局集團(tuán)隧道工程有限公司，山東 濟(jì)南 250000)

1 概述

隧道施工中，地質(zhì)構(gòu)造起到關(guān)鍵性作用，其中斷裂構(gòu)造又是最常見的構(gòu)造類型[1]，不僅給隧道施工的質(zhì)量、安全增加了難度，同時也影響施工的工藝及參數(shù)。因此，在隧道施工前，對于斷裂構(gòu)造的提前勘測，對設(shè)計(jì)及后續(xù)施工過程中的風(fēng)險規(guī)避就顯得尤為重要[2]。現(xiàn)階段，最常見的地質(zhì)勘測有鉆探、物探及化探等，隧道施工中，多采用鉆探、物探相結(jié)合的方式[3,4]。

2 工程概況

本工程為深圳地鐵8號線望基湖停車場出入線隧道工程，全長4 598 m，穿越梧桐山及望基湖水庫底，地質(zhì)圍巖變化大，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，斷層發(fā)育，且地下水系發(fā)育。隧道支護(hù)斷面類型多達(dá)32種，隧道存在超淺埋、大跨度、小曲線半徑、溶洞群、裂隙水強(qiáng)發(fā)育、長距離隧道通風(fēng)及運(yùn)輸?shù)缺姸嚯y題。

本工程地層原始地貌為丘陵地貌，地勢起伏較大，地面高程在3.59 m～323 m之間。上覆第四系土層主要為人工填土層、第四系上更新統(tǒng)卵石層、坡積土層、殘積土層，下伏基巖主要為侏羅系凝灰?guī)r、大理巖及石英巖脈。

本區(qū)地下水根據(jù)其賦存介質(zhì)類型分為2類：一是第四系地層中上層滯水和松散巖類孔隙潛水；另一類是基巖裂隙水。地下水補(bǔ)給主要來源為大氣降水和表水，排泄方式以蒸發(fā)為主，地下水徑流總體上由梧桐山峰向谷底排泄，匯集到場區(qū)內(nèi)。

3 斷裂構(gòu)造處理措施

3.1 地質(zhì)預(yù)報

在隧道開挖過程中，只簡單的依據(jù)地質(zhì)踏勘和少量的地質(zhì)鉆孔是存在局限性的[6]，需要采取地質(zhì)預(yù)報，與實(shí)際揭露進(jìn)行綜合對比[7]。

1)雷達(dá)地質(zhì)預(yù)報。

出入線隧道超前地質(zhì)預(yù)報采用雷達(dá)地質(zhì)預(yù)報，每30 m進(jìn)行一次，交叉重疊段為5 m，根據(jù)形成的波形圖進(jìn)行分析。同時，引進(jìn)新型地質(zhì)超前預(yù)報TSP，兩者結(jié)合運(yùn)用，綜合分析，提高地質(zhì)預(yù)判準(zhǔn)確性。

2)超前地質(zhì)鉆孔。

掌子面采用φ89空心鉆，根據(jù)鉆孔鉆進(jìn)過程中的鉆速、巖粉、水質(zhì)情況，判斷掌子面前方水文地質(zhì)條件。通常情況下，圍巖完整無破碎帶的，鉆進(jìn)速度較慢，且?guī)r粉顆粒細(xì)小，滲水量較??；位于斷裂帶，鉆進(jìn)速度快，且?guī)r粉顆粒大小不一，滲水量較大。在用超前地質(zhì)預(yù)報探測到可能存在斷層、破碎帶或者設(shè)計(jì)圖紙標(biāo)定的斷層、破碎帶里程前5 m采用水平地質(zhì)鉆機(jī)對地層進(jìn)行超前鉆探，確定巖層產(chǎn)狀、破碎程度、含水量大小等，并用紅外線探水儀復(fù)探含水量。同時，采用地質(zhì)素描、地表監(jiān)測等輔助預(yù)報措施進(jìn)行預(yù)報。

3)隧道變形量檢測。

a.洞內(nèi)外觀察。洞內(nèi)外觀察分開挖工作面觀察，已施工區(qū)段觀察及地表觀察。開挖工作面觀察應(yīng)在每次開挖后進(jìn)行一次，內(nèi)容包括節(jié)理裂隙發(fā)育情況，工作面穩(wěn)定情況、圍巖變形等，當(dāng)?shù)刭|(zhì)情況基本無變化時，每天進(jìn)行一次，觀察后，繪制開挖工作面略圖并做好地質(zhì)素描圖及圍巖等級判定卡。每3 m布設(shè)監(jiān)控量測點(diǎn)，一個量測面內(nèi)應(yīng)設(shè)7個～11個測點(diǎn)[8,9]。

b.水平相對凈空變化監(jiān)測。

c.拱頂相對沉降量測。拱頂沉降及水平相對變化量測應(yīng)在同一斷面進(jìn)行，并采用相同的量測頻率，如位移出現(xiàn)異常情況，應(yīng)加大量測頻率。

d.淺埋地段地表下沉量測。地表下沉量不大于30 mm，最大隆起不大于10 mm。

3.2 超前支護(hù)

超前支護(hù)主要有大管棚、超前小導(dǎo)管支護(hù)兩種類型[10,11]。

超前大管棚導(dǎo)向管為φ127 mm長3 m鋼管，管棚為φ108 mm，壁厚6 mm熱軋無縫鋼管，長度為17 m，每節(jié)4 m～6 m，以絲扣連接而成，同一斷面內(nèi)接頭數(shù)量不得超過總鋼管數(shù)量的50%。其中奇數(shù)鋼管為鋼花管，偶數(shù)鋼管為鋼管，施工時先打設(shè)鋼花管并注漿，后打設(shè)鋼管，以便檢查鋼花管的注漿效果。鋼花管鉆注漿孔，孔徑10 mm～16 mm，孔間距15 cm～20 cm，呈梅花形布置，尾部預(yù)留不鉆孔止?jié){段不小于100 cm。施工中控制管棚環(huán)向間距中至中為40 cm；鋼管軸線與襯砌外緣線夾角為1°～2°；管棚施工誤差徑向不大于20 cm，相鄰鋼管之間環(huán)向不大于10 cm。注漿采用水泥漿液，漿液配合比1∶1，注漿壓力為0.5 MPa～1.0 MPa。

圍巖等級為Ⅴ級及以上巖層，在拱頂120°設(shè)置φ42超前小導(dǎo)管，外插角7°～15°，環(huán)向間距30 cm，縱向間距根據(jù)拱架間距進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，水平搭接不小于1 m，注漿漿液一般為水泥漿，當(dāng)?shù)叵滤^發(fā)育地段改為水泥—水玻璃雙液漿，注漿壓力為0.5 MPa～1.0 MPa。

3.3 注漿加固

1)SJP地表注漿加固。

在出入線隧道超淺埋地段，巖層破碎，裂隙發(fā)育，最淺埋深5 m，地層極不穩(wěn)定，項(xiàng)目部采用SJP地表注漿加固技術(shù)，SJP注漿順序如圖1所示。注漿范圍為開挖輪廓線外4 m，內(nèi)1 m，孔距1.5 m，梅花形布置，隧道輪廓線外孔深10 m，隧道內(nèi)6 m，注漿孔開孔直徑為110 mm，終孔不小于φ50 mm，注漿管采用φ48 mm，壁厚3.5 mm的鋼花管，注漿管應(yīng)埋設(shè)牢固，并有良好的止?jié){措施，注漿流程如圖4所示。注漿材料采用普通水泥和SJP灌漿材料，漿液配比∶水灰比=0.5～0.7，水泥∶SJP灌漿材料=1∶0.02～0.03，注漿終壓為0.5 MPa～1.0 MPa，解決了淺埋軟弱圍巖下隧道施工難題。SJP注漿順序流程圖如圖2所示。

2)超前帷幕注漿。

針對地質(zhì)圍巖等級差，斷裂帶破碎巖層，現(xiàn)場采用超前帷幕注漿，注漿范圍為隧道拱部、邊墻開挖線以外5 m，隧道底部開挖線3 m，注漿加固循環(huán)縱向長度25 m，掌子面前止?jié){巖盤厚度不小于3 m。注漿材料為1∶1水泥漿，注漿壓力0.5 MPa～1.9 MPa，注漿孔孔徑110 mm。帷幕注漿剖面圖見圖3。

3)徑向注漿。

注漿孔按漿液擴(kuò)散半徑2 m布設(shè)，注漿孔呈梅花形布置，孔口環(huán)向間距165 cm，孔底環(huán)向間距300 cm，縱向間距260 cm，采用1∶1水泥—水玻璃雙液漿，注漿壓力0.5 MPa～1.0 MPa，注漿終壓控制在1.5 MPa以內(nèi)。徑向注漿橫斷面和縱斷面布置圖如圖4，圖5所示。

3.4 降低地下水位

出入線滲漏水嚴(yán)重區(qū)域，采取“排水降壓”措施[12]，在地表打設(shè)降水井降水，主要分布于隧道兩側(cè)4 m范圍內(nèi)，呈梅花形布置。采用FY-800鉆機(jī)打設(shè)降水井，降水井成孔后，對井孔進(jìn)行沖洗，將泥漿、石粉等沖洗干凈，再進(jìn)行井管安裝，采用濾水管。最后進(jìn)行洗井，向井內(nèi)投入一定的無水焦磷酸鈉，與孔壁裂隙內(nèi)泥漿、巖粉等填充物進(jìn)行物理化學(xué)反應(yīng)，保證孔壁滲水率。采用深井潛水泵，抽水量達(dá)4 m3/h。降水井共打設(shè)22孔，深度為40 m～57 m。

隧道內(nèi)采取降水措施，仰拱打設(shè)降水井，進(jìn)行抽排。

3.5 加強(qiáng)支護(hù)

在斷裂帶區(qū)域，通過前期地質(zhì)預(yù)報、水平鉆孔探測，對地層進(jìn)行預(yù)判，并調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)。出入線隧道區(qū)域內(nèi)9條斷層涉及7種支護(hù)類型，現(xiàn)場采取“管超前、弱爆破、短進(jìn)尺、多循環(huán)、勤量測、微臺階、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、早襯砌”原則，采用上下臺階法，格柵拱架由設(shè)計(jì)1 m調(diào)整為0.5 m,0.75 m，每榀拱架設(shè)置8根鎖腳錨管，拱架內(nèi)外兩側(cè)設(shè)有Φ22環(huán)向連接筋，環(huán)向間距1 m，未設(shè)有超前小導(dǎo)管支護(hù)段拱頂120°增設(shè)，長3 m，環(huán)距0.3 m，間距1.5 m，并嚴(yán)格注水泥—水玻璃雙液漿；網(wǎng)片為φ8@200×200，φ25中空錨桿長2.5 m，梅花形布置，1.5 m×1 m。

4 結(jié)語

本工程出入線隧道最主要的施工重難點(diǎn)為斷裂帶造成的圍巖多變，地下水發(fā)育，初支開挖滲漏水嚴(yán)重，給隧道施工帶來了極大的難度。斷裂帶區(qū)域是地層最薄弱處，通過項(xiàng)目部的多次研究討論，采取超前地質(zhì)預(yù)報及鉆探綜合分析地質(zhì)情況，通過超前支護(hù)、注漿加固、隧道內(nèi)外降水井降低地下水位，并適當(dāng)調(diào)整支護(hù)參數(shù)，使得斷裂帶區(qū)域隧道開挖穩(wěn)定性得到保障，最終順利貫通。