公路工程隧道穿越断层破碎带施工技术

发表时间：2020-10-23T03:26:23.654Z 来源：《防护工程》2020年17期 作者： 贾明海[导读] 阐述了隧道穿越断层破碎带的施工技术，以期能够对其他类似工程项目有所借鉴。四川路航建设工程有限责任公司 四川成都 610000

摘要：公路工程项目施工中经常需要开挖隧道，不可避免地会遇到断层破碎带的情况，对施工技术提出了相对较高的要求。本文以某公路工程项目为例，从超前支护、隧道开挖技术、初期支护技术等多个层面介绍了隧道穿越断层破碎带的施工技术。对于积累工程实践经验，提升隧道施工质量具有重要的实践意义。 关键词：公路工程；隧道；断层破碎带；施工技术 引言

随着我国基础设施建设力度的不断加大，当前阶段大量的公路工程项目被施工。很多情况下公路工程需要进行隧道开挖，不可避免地会遇到隧道穿越断层破碎带的情况[1]。与普通地质情况相比较而言，当隧道需要穿越断层破碎带进行施工事，必然给施工过程带来了较大的难度，对隧道施工技术提出了相对更高的要求[2]。因此在工程实践中必须充分总结实践经验，不断提升施工技术，才能够确保施工质量[3]。本文以某公路工程项目为案例，阐述了隧道穿越断层破碎带的施工技术，以期能够对其他类似工程项目有所借鉴。 1.公路工程概况

某公路工程项目全程长度约110km，经过前期规划设计，该公路需要穿越一座大山，因此需要进行隧道开挖施工。该隧道采用的是分离式隧道模式，单动的规格尺寸为11m×5.5m，隧道总体长度和最大埋深分别为9km和700m，设计标准为双向4车道。为保证隧道施工过程安全，在正式施工前对隧道穿越的区域进行了系统全面的地质勘查，结果发现存在断层破碎带。基于此，必须对隧道施工工艺进行合理选用，这样才能够保证施工过程安全同时提升施工质量。

在分析相关区域地质情况并结合以往成功实践经验的基础上，本公路工程隧道穿越断层破碎带施工技术如下：首先，基于先进的超前地质预报技术对隧道围岩性质进行全面勘查并预报；其次，采用超前支护，支护方式是超前小导管并使用水玻璃和水泥双液注浆对破碎带进行加固处理；最后，隧道开挖过程采用台阶法，刚开始开挖时需要通过工字钢架以及挂网的方式进行辅助施工。最终的实践结果表明，采用上述隧道开挖技术取得了良好的实践效果。 2.隧道开挖工程采用的主要施工手段分析 2.1.隧道围岩性质勘察与研判

传统隧道开挖施工时，主要基于钻孔方法来勘查隧道围岩属性，但实践经验表明，此法获得的隧道围岩性质与实际情况存在一定程度差异。此法只适用于隧道围岩性质较为稳定的情况，而对于本文所述的存在断层破碎带的情况不太适用，需要采用更加先进的技术手段。本工程中最终选用的是新奥法对围岩性质进行勘探，然后基于勘查结果开展隧道开挖施工设计工作。当断层破碎带与施工撑子面之间的距离只有15m左右时，需要基于新奥法对断层破碎带围岩属性进行提前预报。基于预报结果最终将断层破碎带等级设置为两级围岩。 2.2.超前支护方案的确定

隧道开挖通常需要对其进行支护，尤其是对于断层破碎带而言，更加需要强化支护方案设计工作。本隧道开发工程中，基于加固圈技术对断层破碎带区域的围岩支护进行强化加固。即通过超前小导管将水泥和水玻璃双液注入到断层破碎带中，实现破碎带的加固，提升围岩稳定性，注浆范围在隧洞顶部120°范围以内。其中超前小导管的长度为4.5m，主要沿着顶部拱形位置进行环向布置，相邻导管之间的距离设置为40cm，导管需要倾斜布置，倾斜角度在10~15°范围内，通过双液压注浆泵来完成整个注浆过程。 2.3.隧道开挖技术的选择

在对断层破碎带区域进行隧道开挖时，必须强化支护、降低开挖速度，在充分结合实际情况的基础上，本工程项目中选用的是正台阶开挖法。其中施工时上台阶和下台阶的开挖高度分别控制在5.7m和2.5m左右，在纵向方向上两个台阶的距离需要控制在15~20m范围内，并且采用相互交错的模式进行交替开挖。整个开挖过程中，需要对钢架距离进行严格控制，保持在2~2.5m范围即可。在完成开挖工作后需要马上进行初期支护施工，因为支护施工时间越晚，发生坍塌的可能性就越大，整个工程项目面临的风险就越大。 2.4.初期支护方案的确定

初期支护方案非常重要，对整个工程项目的安全具有重要的影响。本隧道开挖工程中选用的初期支护方案技术参数主要如下：利用C25水泥混凝土对拱面进行初期封闭，采用的施工方式为喷射施工，厚度大约为40mm。然后利用拱形钢架对隧洞围岩进行保护，其中拱形钢架

利用工字钢焊接制作而成，在纵向和环向方向上，拱型钢架之间的距离全部设置为1000mm。在径向方向还需要利用锚杆进行支护，锚杆的直径和长度分别为20mm和4m，同排锚杆之间的距离设置为1000mm，相邻两排之间的距离设置为800mm。最后进行纤维混凝土喷射进一步强化支护效果，喷射厚度为280mm。 3.隧道穿越断层破碎带关键施工技术分析

基于以往的实践经验，隧道穿越断层破碎带施工时，最关键的在于形成加固圈，以提升隧道围岩的稳定性。基于超前小导管将水泥和水玻璃双液注入破碎围岩中，可以起到加固围岩的效果。因此需要对上述施工环节进行重点关注，确保施工质量。 3.1.超前小导管施工技术及质量控制

经过实地勘查发现，隧道穿越断层破碎带区域的围岩以麻花岗岩，并且存在强风化属性。这种类型的围岩存在明显的节理发育，基岩出现了明显的破碎，并且中间存在很多夹层。在此种类型围岩上进行钻孔施工存在一定难度，经常会出现卡钻的问题，给施工过程造成很大的麻烦。而对超前小导管进行安装时首先就需要钻孔施工，所以在钻孔施工时必须保证钻孔质量，确保小导管能够按照设定的深度和角度进行安装，以提升后续注浆工序质量。

为保证钻孔施工质量，在正式开始钻孔前，首先结合实际情况对钻孔工艺进行了科学合理的设计，并在实践中严格执行。整个施工过程主要包含以下几个工序：第一，封闭岩面。为避免后续注浆施工时出现冒浆问题，在钻孔前需要对整个岩面进行封闭处理。采用的是C25水泥砂浆，基于喷射方式进行施工，喷射厚度为40mm。另外，在完成钢花管安装工作后，同样需要在钻孔位置实施封闭处理，避免发生漏浆问题；第二，钻孔。钻孔施工中需要用到钻孔设备，开工前要对设备运行情况进行检测，确保能够正常稳定工作。钻孔前需要利用专业仪器设备对钻孔位置进行准确测量并确认。整个施工过程必须确保钻进速度的均匀性，尤其是碰到夹层情况时，更应该对钻孔速度进行严格控制，通过对速度的控制能有效避免出现夹钻的问题。同时还需要对钻孔的角度进行监测，确保角度能够满足实际使用需要。钻孔过程中如果遇到问题必须立即停止施工，直到找到问题原因并解决问题后才能继续施工；第三，清孔。完成钻孔工作后需要利用高压空气对孔洞进行彻底清理，保证孔洞的清洁性，同时对孔洞质量进行检测；第四，安装钢花管。钢花管即小导管，本工程案例中小导管之间的距离控制在150mm左右。主要通过直接插入法进行导管安装，对于特殊位置也可通过风枪注入法进行安装。如图1所示为超前小导管的安装结构示意图。完成导管安装工作后即可开始注浆施工，注浆时不需要将整个小导管全部注满，而应该在尾部位置预留1m左右的空间。

图1 超前小导管安装结构图示意图 3.2.注浆施工技术及质量控制

基于以上的围岩属性分析可以看出，断层破碎带的围岩节理发育、存在较大的空隙，因此渗透性通常较大，这给注浆施工带来了很大的困难。为确保注浆施工质量，必须对注浆过程中的注浆量以及浆液流失情况进行严格控制。如果能够控制上述两项技术参数，则能够显著提升破碎围岩的稳定性，进而保证施工效果。

本工程项目中，需要对水泥和水玻璃两种浆液进行双注浆施工，涉及到的技术参数主要包含以下几点：第一，注浆参数。需要对水泥浆液的水灰比进行严格控制，本工程中将水灰比控制在0.8~1.0范围内，可以根据具体情况在该范围内微调，水玻璃的比例则控制在30~35波美度。另外，水泥砂浆与水玻璃两者之间的比例同样需要进行控制，具体为1:(0.3~0.8)。第二，注浆压力。注浆施工中注浆压力是非常重要的工艺参数，本案例中将注浆压力设置为1MPa，且注浆压力需要逐渐升高；第三，注浆顺序。首先对位置相对较低的孔进行注浆，然后再对位置相对较高的孔进行注浆。

考虑到断层破碎带性质的特殊性，在整个开挖施工过程中都需要对顶棚以及周边围岩变形情况进行实时监测。基于监测结果预判潜在的安全风险，并及时采取措施进行处理。按照上述的施工工艺进行施工，取得了良好的应用效果，整个施工过程未发生严重的安全事故，同时确保了施工质量。 4.结束语

公路工程隧道施工中经常会穿越断层破碎带，由于该区域的围岩性质不是非常稳定，给隧道开挖造成很大困难。本文结合某公路工程具体案例，详细阐述了隧道开挖过程中断层破碎带的施工技术，主要包括前期围岩属性勘查技术、超前小导管支护技术、双浆液注浆技术和初期支护技术。考虑超前小导管支护技术是最为关键的环节，对该项技术的施工工艺及质量控制措施进行了详细研究。本文所述隧道穿越断层破碎带施工技术工艺在实践中取得了较好的应用效果。

参考文献：

[1] 陈国亮. 公路桥梁隧道工程开挖防护施工技术分析[J]. 商品与质量. 2020(8): 123.

[2] 李善斌. 复杂破碎围岩条件下大断面公路隧道初期支护的合理时机分析[J]. 工程技术研究. 2020, 5(8): 24-27. [3] 张进贵. 高速公路富水破碎段隧道施工工艺研究[J]. 建材发展导向（下）. 2018, 16(9): 175.