特长公路隧道穿越断裂层破碎带及水库区施工

【摘要】随着我国特长公路隧道建设事业的不断发展，研究其穿越越断裂层破碎带及水库区的施工凸显出重要意义。本文首先介绍了工程概况，分析了断层破碎带及水库与公路隧道工程的关系。在探讨穿越断层破碎带及水库隧道施工技术选择的基础上，研究了超前小管棚施工方法。

【关键词】特长公路隧道；穿越断裂层破碎带；水库区；施工

中图分类号：X734 文献标识码： A

一、前言

作为一种施工难度较为复杂的工程项目，特长公路隧道在近期得到了长足的发展。研究其穿越断裂层破碎带及水库区的施工课题，能够更好地提升该项工程的实际建设效果，优化施工水平。本文从介绍工程概况着手本文的研究。

二、工程概况

本标段1座特长隧道，隧道施工安全风险大，为本标段重点、关键和难点工程。棋山隧道：右洞YK2+700-YK5+920，长3220m（其中明洞25m，暗洞3195m）。明洞按明挖法施工，暗洞按新奥法（NATM）施工。隧道按一级公路四车道修建，设计速度：80km/h，隧道建筑限界：净宽10.25m，净高5.0m，检修道净高2.5m。

棋山隧道主要穿越微风化凝灰岩。进、出洞口位于中低山坡麓，进出洞口围岩主要为全-中风化凝灰岩，呈松散结构为主，围岩稳定性差，自稳能力差。洞身段主要穿越微风化岩，岩体完整。洞身穿越破碎带F2、F3、F4、F5-2断层，在构造破碎带及影响带处围岩岩体破坏完整性差，呈松散-镶嵌碎裂结构，围岩稳定性差，自稳能力差，岩体破碎，地下水发育，主要为基岩裂隙水。YK4+674-YK5+052处于山后坑水库库尾以下52m，地表常年流水，雨量较为丰富，为地下水的良好补给源，岩体较为完整，成镶嵌碎裂结构，综合评定为Ⅳ级围岩，该段涌水量偏大。隧道右洞长3220m，其中明洞总长25m。暗挖区段围岩状况：Ⅴ级280m，Ⅳ级1035m，Ⅲ级1870m。进洞口为圆曲线，单向坡无超高；出口位于直线段内，无超高。进出口端洞门为端墙式。

三、断层破碎带及水库与公路隧道工程的关系

在对断层破碎带与隧道的关系进行研究前，首先应当对断层的基本类型加以明确，根据断层两盘相对位移的关系，大体上可将断层分为以下三种类型：其一，正断层。此类断层主要是指沿着断层岩石面的倾斜方向下盘相对上升，上盘下对下降的断层。这类断层的形成主要与张拉力和重力有关，其断层面的倾角相对比较陡峭，断层线以平直居多；其二，逆断层。此类断层具体是指下盘相对下降，上盘相对上升的断层，多数都是在地壳挤压作用下形成的，断层的两盘多数都处于闭合状态；其三，平移断层。此类断层则是指两盘沿着断层走向发生相对位移，断层面近乎于直立，倾角较陡，一般都是在地壳水平运动过程中，在受剪切力的作用下而形成的。

1.断层破碎带

断层破碎带主要是因为断层两盘在相对滑动的过程中，使两侧的岩层遭受挤压作用而破碎，进而形成的长条状且方向一致的破碎带，它的宽度与岩石的性质、断层距离以及断层性质等因素有关。按照破碎带中岩石的破碎程度可将之分为角砾岩、断层泥、磨砾岩等几种类型。

2.断层破碎带与隧道的关系

当隧道工程穿越断层地段时，隧道施工难度的大小一般取决于断层的性质、破碎带结构中岩石的破碎程度、含水性以及断层活动性等因素。当施工方法、机械设备等条件相差不大时，断层破碎带与隧道之间的关系直接影响施工难度和工期。通常情况下，当隧道的轴线无限接近于垂直构造的方向时，且断层规模较小、宽度不大、含水量较低时，施工难度较小；如果隧道的轴线与构造方向斜交或是平行时，隧道穿越破碎带的长度会随之增大，并且会伴随出现较为强大的侧压力，为了确保施工安全，此时必须对隧道支护体系进行加强，并及时进行封闭。

四、穿越断层破碎带及水库隧道施工技术的选择

1.断层及破碎带宽度较小时的隧道施工技术

在进行断层及破碎带隧道施工的过程中，当断层面以及破碎带宽度较小的时候一般说明该地区的岩石块比较大，并且岩石较为完整和坚硬，对于这样地区的隧道施工，一般选择一种施工方法施工即可，并且要避免多次更换施工技术。比如可以缩短每循环的开挖进尺，加快进行挂设钢筋网、设立钢拱架并立即喷射混凝土，利用常规的初期支护技术做好支护施工，然后开始执行后续工序相应的操作。对断层段还可以采用加厚混凝土的方式进行加固等等。总之，在针对于断层及破碎带宽度较小的隧道施工的过程中，通过确定一种施工技术，然后有计划有步骤的实施，就能够最大程度的确保施工的质量和安全，能够有效的避免施工人员的安全。

2.断层及破碎带为一般宽度时的隧道施工技术

当断层及破碎带为一般宽度的时候，相比于宽度较小的断层及破碎带来说，其施工的难度相对增大，并且应用的施工技术也相对来说要复杂的多，主要是由于这类断层及破碎带的岩石也相对来说较为破碎，施工的时候应该对这种情况进行充分的调查和了解，并且制定相应的施工方案，选择施工技术，然后再进行施工，这样才能够确保施工的效果。针对于一般宽度的断层及破碎带进行施工的时候，需要做好初期的防护工作，运用科学的防护技术做好施工的安全工作，并且可以采用加密径向锚杆、加密超前锚杆、喷射加厚混凝土、钢筋网和栅格架的方式进行加固，可以通过超前小导管向隧道顶端拱部注入混凝土浆，做到对岩体的加固和超前支护。

3.断层及破碎带地表时的隧道施工技术

断层及破碎带地表的时候，其主要的施工原则为防好地表水，做好隧道外预加固。通过相应的浅埋暗挖技术实现对水害的防治。由于断层及破碎带地表，当遇见多雨的季节，容易遭受到淹没，甚至是塌毁，造成隧道无法正常通行，甚至是出现人员的伤亡。因此，在实际的施工中，需要运用相应的浅埋施工技术，做好浅埋的施工工作，该技术的主要施工包括地表锚杆、地表注浆加固、地表排水槽等，通过控制地面砂浆锚杆的直径、分布形态和杆间距离，要确保锚杆对周围地面的加固，这样才能够真正的做好水害的防治施工，确保隧道的施工质量，有助于实现隧道竣工后的良好使用。

五、超前小管棚施工技术

1.工艺原理

在破碎松散岩体中超前钻孔，打入小导管并压注具有胶凝性质的浆液，浆液在注浆压力的作用下呈脉状快速渗入破碎松散岩体中，并将其中的空气、水分排出，使松散破碎体胶结、胶化，形成具有一定强度和抗渗阻水能力的以浆胶为骨架的固结体，从而提高围岩的整体性、抗渗性和稳定性；使超前小管棚与固结体形成一个具有一定强度的壳体，在壳体的保护下进行开挖支护施工。

2.小管棚及注浆设计

采用4m/根的∮42mm小导管布设在拱部，外插角5°-7°，环向间距33cm，纵向环距2.5m，即每施作一排小导管，开挖支护2.5m；压注1：1水泥浆液，采用525#普通硅酸盐水泥，浆液中掺水泥用量3-5%的40Be’水玻璃，以缩短浆液的胶化固结时间，控制浆液的扩散范围。

3.施工要点

（一）小导管加工。小导管加工4m/根的∮42mm小钢管一端加工成尖锥形，距另一端100cm的位置开始至尖锥端之间按梅花型间距为20cm布设∮6mm的孔眼4排，以利于小导管推进和浆液渗入破碎岩体。

（二）小导管安设。如岩体松软，采用YT-28型风动凿岩机直接推送，如遇夹有坚硬岩石处，先用YT-28型风动凿岩机钻眼成孔后再推进就位。在施作小导管前应注意：第一，喷3-5cm厚混凝土封闭掌子面作为止浆墙，为注浆作好准备工作；第二，准确测量隧道中心线和高程，并按设计标出小导管的位置，误差±15mm；第三，用线绳定出隧道中心面，随时用钢尺检查钻孔或推进小导管的方向，以控制外插角达到设计的标准；第四，施工顺序为从两侧拱腰向拱顶进行，为提前注浆留好作业空间。

（三）注浆。选用UB6型注浆泵注浆，采用浆液搅拌桶制浆。为防止浆液从其他孔眼溢出，注浆前对所有孔眼安装止浆塞，注浆顺序从两侧拱脚向拱顶。由于岩体孔隙不均匀，考虑风镐环形开挖的方便，同时要达到固结破碎松散岩体的目的，保证开挖轮廓线外环状岩体的稳定，形成有一定强度及密实度的壳体，特别是确保两侧拱脚的注浆密实度和承载力，采取注浆终压（0.8-1.2MPa）和注浆量双控注浆质量，拱脚的注浆终压高于拱腰至拱顶。通过现场试验确定拱脚终压为1.2MPa，拱腰范围为1.0MPa，拱顶为0.8MPa。注浆时相邻孔眼需间隔开，不能连续注浆，以确保固结效果，又达到控制注浆量的目的。

六、结束语

通过对特长公路隧道穿越断裂层破碎带及水库区施工的相关研究，我们可以发现，在特殊的施工条件要求下，有关人员要从断层破碎带及水库的客观环境出发，充分分析多项影响因素，研究制定最为切实可行的穿越施工技术方案。

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