隧道穿越活動(dòng)斷裂帶施工技術(shù)

趙明華

（中鐵十六局集團(tuán)第二工程有限公司,天津市 300162）

隧道穿越活動(dòng)斷裂帶施工技術(shù)

趙明華

（中鐵十六局集團(tuán)第二工程有限公司,天津市 300162）

隨著我國(guó)鐵路事業(yè)的迅速發(fā)展,鐵路隧道的建設(shè)需求和重要性日益明顯。由于我國(guó)地域廣闊,在線路選擇過程中,隧道難以避免會(huì)穿越斷裂破碎帶,從而導(dǎo)致施工難度大,難以確保施工安全?，F(xiàn)以柿子園工程為例,針對(duì)工程施工技術(shù)難點(diǎn),從超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、超前支護(hù)小導(dǎo)管、三臺(tái)階開挖法、初期支護(hù)、組合中空錨桿、鋼花管系統(tǒng)錨管、鋼筋網(wǎng)片、鋼架施工和圍巖監(jiān)控量測(cè)等幾個(gè)方面,闡述隧道穿越活動(dòng)斷裂帶的施工技術(shù),為同類工程提供借鑒和參考。

仰拱開挖；超前小導(dǎo)管；鋼筋網(wǎng)片；活動(dòng)斷裂帶

1 工程概況

新建成都至蘭州鐵路成都至川主寺段（黃勝關(guān)）鐵路柿子園隧道,地處四川省安縣境內(nèi)。柿子園隧道全長(zhǎng)14.069 km,龍門山前山斷裂帶體系中彭縣-灌縣活動(dòng)斷裂帶位于柿子園隧道進(jìn)口工區(qū),全長(zhǎng)130 m,巖層擠壓扭曲嚴(yán)重、地應(yīng)力大、節(jié)理極其發(fā)育、裂隙水發(fā)育,施工難點(diǎn)較大,需要采取適當(dāng)?shù)氖┕し椒ê图庸檀胧?確保施工安全和后期運(yùn)營(yíng)安全、穩(wěn)定。

2 施工技術(shù)難點(diǎn)

隧道穿越龍門山前山斷裂帶,太平場(chǎng)倒轉(zhuǎn)向斜構(gòu)中央斷裂帶、龍門山中央斷裂帶,每個(gè)構(gòu)造體系中斷層、褶皺極其發(fā)育,巖層多陡傾、直立或倒轉(zhuǎn),地質(zhì)構(gòu)造十分復(fù)雜,發(fā)育有13條斷層,5條向斜,4條背斜。不良地質(zhì)為活動(dòng)斷裂、巖溶、有害氣體、泥石流、危巖落石、高地應(yīng)力,施工中可能會(huì)發(fā)生突水、突泥等自然災(zāi)害,再加上“5.12”地震后影響顯著,施工中存在諸多不確定性,因此確保施工安全是該項(xiàng)工程的難點(diǎn)。

3 施工工藝

3.1 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

活動(dòng)斷裂帶施工超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作采用多種物探方法,主要有鉆探法、TSP、紅外探水、地質(zhì)雷達(dá)、瞬變電磁等方法探明前方破碎帶寬度、破碎程度、含水性,得出綜合分析結(jié)論,保證圍巖情況預(yù)判的準(zhǔn)確性。鉆探法布置超前水平鉆孔3孔,其中1孔取芯,另外2孔作為超前探孔。

引進(jìn)隧道掌子面地質(zhì)信息系統(tǒng)（TFGIS V1.0）技術(shù),對(duì)隧道前方圍巖地質(zhì)變化趨勢(shì)自動(dòng)分析,并作出圍巖穩(wěn)定性綜合評(píng)價(jià)。該系統(tǒng)采用高清數(shù)碼成像技術(shù)與軟件自動(dòng)分析技術(shù)相結(jié)合,將隧道掌子面照片輸入計(jì)算機(jī),用軟件自動(dòng)識(shí)別節(jié)理、裂隙、地層分界線,巖性變化分界線等結(jié)構(gòu)面自動(dòng)提取邊界,根據(jù)邊界數(shù)量和邊界位置做出綜合評(píng)價(jià)[1]。

3.2 超前支護(hù)小導(dǎo)管施工

超前支護(hù)措施采用常規(guī)處理辦法,小導(dǎo)管超前預(yù)注漿措施加固活動(dòng)斷裂帶巖體,拱部120°范圍采用42超前小導(dǎo)管,單根長(zhǎng)度4.5 m,每環(huán)布置38根,環(huán)向間距0.4 m,縱向間距3.2 m。

為充分發(fā)揮機(jī)械效能,加快注漿進(jìn)度,在小導(dǎo)管前安設(shè)分漿器,一次可注入3～5根小導(dǎo)管。在施工過程中,有效地控制注漿壓力、注漿量,開挖揭示很好地加固了活動(dòng)斷裂帶破碎巖體,確保了開挖施工圍巖初期的穩(wěn)定性、安全性。

3.3 開挖方法及工藝

柿子園隧道進(jìn)口活動(dòng)斷裂帶設(shè)計(jì)斷面為近圓形輪廓,更好地保證結(jié)構(gòu)的受力,其斷面比普通隧道開挖斷面擴(kuò)挖30～50 cm,作為補(bǔ)強(qiáng)空間；預(yù)留變形量10～15 cm,采用三臺(tái)階法開挖。

3.3.1 鉆爆設(shè)計(jì)與施工

柿子園隧道活動(dòng)斷裂帶開挖鉆爆設(shè)計(jì)按照V級(jí)圍巖弱爆破設(shè)計(jì),采用光面水壓爆破技術(shù)。斷層影響帶和斷層破碎帶圍巖極為破碎,多采用機(jī)械開挖方式,減少了對(duì)圍巖擾動(dòng),有效地避免了塌方、突水突泥等事故的發(fā)生。

3.3.1.1 鉆眼

采用簡(jiǎn)易鉆孔臺(tái)架作為施工平臺(tái),YT-28手持式風(fēng)鉆鉆眼,鉆爆參數(shù)為:掏槽眼眼深0.9 m,其它炮眼深0.8 m,計(jì)劃循環(huán)進(jìn)尺0.6 m。周邊眼保持5%的外插角,各炮眼的間距、排距應(yīng)嚴(yán)格按照鉆爆設(shè)計(jì)圖控制,保證爆破效果。

3.3.1.2 裝藥

3.3.1.3 起爆

采用非電毫秒雷管起爆。在周邊眼采用導(dǎo)爆索裝藥結(jié)構(gòu)時(shí),采用導(dǎo)爆索起爆。起爆網(wǎng)路由不少于兩位有經(jīng)驗(yàn)的爆破員組成,敷設(shè)線路與交底核對(duì),對(duì)起爆材料進(jìn)行全面檢查；起爆前,進(jìn)行警戒,所有人員撤離至不受有害氣體、振動(dòng)及飛石傷害的安全地點(diǎn)；起爆后,經(jīng)原裝藥爆破人員檢查確認(rèn)無瞎炮或其他險(xiǎn)情后,方可解除安全警戒。

起爆順序:掏槽眼→輔助眼→內(nèi)圈眼→周邊眼→底板眼。

3.3.2 仰拱開挖

由于斷面輪廓改變?yōu)榻鼒A形,仰拱開挖深度比普通斷面深,最大深度達(dá)到2.8 m,且斷面大,開挖時(shí)影響拱墻支護(hù)鋼架的穩(wěn)定性。開挖前,須檢查邊墻腳處的鎖腳錨管質(zhì)量是否符合設(shè)計(jì)要求,保證作業(yè)安全。斷層帶巖體比較破碎,采用機(jī)械開挖方式進(jìn)行仰拱開挖,局部硬質(zhì)巖采用弱爆破,每循環(huán)進(jìn)尺不大于3 m。先進(jìn)行測(cè)量放樣,避免超挖或欠挖。開挖時(shí),應(yīng)減少對(duì)圍巖的擾動(dòng),對(duì)掌子面前方的施工用水或掌子面滲水進(jìn)行引排,禁止流入仰拱基底侵泡軟化巖層,杜絕引起邊墻腳鋼架失穩(wěn)。在開挖完成后,清理仰拱基底內(nèi)的虛碴。開挖過程中應(yīng)嚴(yán)格控制循環(huán)進(jìn)尺,快速將支護(hù)鋼架封閉成環(huán),快速將初期支護(hù)封閉[2]。

3.4 初期支護(hù)

開挖后及時(shí)進(jìn)行初期支護(hù),并封閉成環(huán),加強(qiáng)支護(hù)采用I20b工字鋼,全環(huán)0.6 m/榀,鋼架分節(jié)長(zhǎng)度及接頭連接參見“成蘭隧參（11）07-25-02～06”,拱腳和邊墻腳設(shè)置[28a墊槽鋼,在拱腳和變墻角設(shè)置Ф42鎖腳錨管,每處兩根,長(zhǎng)5 m。拱墻設(shè)置系統(tǒng)錨桿,活動(dòng)斷裂兩側(cè)影響帶拱部120°采用Ф22組合中空錨桿,邊墻采用Ф22全長(zhǎng)粘結(jié)砂漿錨桿,長(zhǎng)度4 m,間距環(huán)向1.2 m×縱向1.0 m。全環(huán)掛設(shè)鋼筋網(wǎng)采用8圓鋼,網(wǎng)格尺寸20 cm× 20 cm,噴射早高強(qiáng)C30纖維混凝土,厚度27 cm。

3.5 組合中空錨桿施工

按設(shè)計(jì)圖要求在初噴混凝土面上進(jìn)行布孔。開挖初噴后,必須盡快利用人工手持風(fēng)鉆在簡(jiǎn)易臺(tái)架上進(jìn)行鉆孔,成孔后采用高壓風(fēng)吹洗清孔,檢查錨桿孔位間距、深度、角度是否符合要求,深度誤差不大于±50 mm,發(fā)現(xiàn)不合格鉆孔應(yīng)廢棄重鉆。桿體插入錨桿孔時(shí),保持位置居中,錨桿桿體露出混凝土面不大于噴層厚度,然后復(fù)噴至設(shè)計(jì)圖標(biāo)示厚度。有水地段先引出孔內(nèi)的水或在附近另行鉆孔再安裝錨桿。

采用注漿機(jī)注漿,注漿壓力為1.0～1.5 MPa,一般按單管達(dá)到設(shè)計(jì)圖標(biāo)示注漿量作為結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)注漿壓力達(dá)到終壓不少于20 min,進(jìn)漿量仍達(dá)不到注漿終量時(shí),亦可結(jié)束注漿。注漿結(jié)束后,將管口封堵,以防漿液倒流管外。錨桿墊板與孔口混凝土密貼,并隨時(shí)檢查錨桿頭的變形情況,緊固墊板螺帽。

3.6 鋼花管系統(tǒng)錨管施工

活動(dòng)斷裂帶核部（D2K76+950～+980）采用鋼花管系統(tǒng)錨管代替組合中空錨桿和砂漿錨桿,全環(huán)布置,長(zhǎng)4.5 m,加固隧道周邊破碎帶圍巖。

施工方法:按設(shè)計(jì)圖要求在初噴混凝土面上進(jìn)行布孔,采用人工風(fēng)槍在簡(jiǎn)易作業(yè)臺(tái)架上按孔位鉆孔,成孔后采用高壓風(fēng)吹洗清孔,鉆孔深度4.5 m,縱向間距1.2 m,環(huán)向間距1.0 m,梅花形布置。鉆孔結(jié)束后,檢查錨管孔位間距、深度、角度是否符合要求,深度誤差不大于±50 mm,孔位允許偏差10 cm,發(fā)現(xiàn)不合格鉆孔應(yīng)廢棄重鉆,插入鋼花管時(shí)居中,外露長(zhǎng)度為混凝土噴射厚度。

3.7 鋼筋網(wǎng)片施工

安裝網(wǎng)片在初噴后進(jìn)行,鋼筋網(wǎng)片隨初噴面得起伏鋪設(shè),與受噴面的間隙一般不小于4 cm,焊接固定于先期施工的系統(tǒng)錨桿之上,再把鋼筋片焊接成網(wǎng),網(wǎng)片搭接長(zhǎng)度為1～2個(gè)網(wǎng)格。網(wǎng)格間距20 cm×20 cm。在初期支護(hù)變形縫處,將鋼筋網(wǎng)片在同一截面斷開[3]。

3.8 鋼架施工

鋼架在拱架加工廠按照設(shè)計(jì)尺寸加工,并試拼合格后,運(yùn)輸至隧道內(nèi),安裝前先準(zhǔn)確定出每榀鋼架的位置,清理拱角或墻角的松碴,處理欠挖部位至設(shè)計(jì)斷面,型鋼鋼架按設(shè)計(jì)位置拼裝,型鋼鋼架與封閉混凝土之間間隙大時(shí)增設(shè)C15混凝土墊塊定位,兩排鋼架間縱向按設(shè)計(jì)要求用鋼筋聯(lián)接,形成縱向連接體系。鋼架安裝完成后,打設(shè)鎖腳錨桿或鎖腳鋼管焊接牢固,使之成為整體結(jié)構(gòu)。在初期支護(hù)變形縫處,將鋼架連接筋在同一截面斷開。施工工藝流程圖如圖1所示。

圖1 鋼架施工工藝流程圖

3.9 圍巖監(jiān)控量測(cè)

圍巖及初支變形量測(cè)是施工管理中的一個(gè)重要環(huán)節(jié),是施工安全和質(zhì)量的保障。凈空變化、拱頂下沉量測(cè)項(xiàng)目應(yīng)設(shè)置在同一斷面,以便于掌握變形規(guī)律。測(cè)點(diǎn)及側(cè)線布設(shè)應(yīng)符合《鐵路隧道監(jiān)控量測(cè)規(guī)程》的要求,采用無接觸量測(cè)技術(shù)。

活動(dòng)斷裂帶圍巖監(jiān)控量測(cè)采用新技術(shù):SAA（陣列式位移計(jì)和空間形態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)）,其采用微機(jī)電感應(yīng)方式和陣列式計(jì)算原理,可實(shí)時(shí)獲取連續(xù)變形曲線,SAA陣列式位移計(jì)是一種可以被放置在一個(gè)鉆孔或嵌入結(jié)構(gòu)內(nèi)的變形監(jiān)測(cè)傳感器。

采用凈空變形量測(cè)和結(jié)構(gòu)壓力、應(yīng)力等常規(guī)安全監(jiān)測(cè)手段,分析了F7斷層圍巖的穩(wěn)定性和對(duì)施工的影響,以及斷層段圍巖、初期支護(hù)、二次襯砌等變形特征,并提出施工建議,研究主要針對(duì)斷裂帶圍巖壓力和巖性的影響,而非斷裂帶運(yùn)動(dòng)的影響。

4 結(jié)論

綜上所述,該段活動(dòng)斷裂帶安全、如期、順利地通過了施工,結(jié)合施工中存在的問題和已克服的施工難題,總結(jié)以下幾點(diǎn)施工經(jīng)驗(yàn):

（1）做好超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作,利用好現(xiàn)有先進(jìn)地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)手段,準(zhǔn)確地判識(shí)前方圍巖情況,并結(jié)合掌子面開挖揭示圍巖情況進(jìn)行驗(yàn)證,做好超前支護(hù)工作,結(jié)合設(shè)計(jì)參數(shù)及開挖揭示圍巖穩(wěn)定性情況,查找不足、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)參數(shù),摸索出針對(duì)此活動(dòng)斷裂帶圍巖最佳的注漿壓力、注漿量等參數(shù),真正達(dá)到了圍巖超前支護(hù)效果。

（2）開挖方法采用弱爆破輔助以機(jī)械人工開挖相結(jié)合,減少對(duì)圍巖的擾動(dòng),對(duì)圍巖的穩(wěn)定性起到保護(hù)作用。

（3）采用短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、勤量測(cè)、緊跟襯砌的方法有效地控制圍巖變形,確保圍巖的穩(wěn)定性和施工安全,采用5 m的小型襯砌臺(tái)車,保證變形縫的設(shè)置,襯砌的高效緊跟,盡量縮小安全步距。

（4）控制好圍巖裂隙水和施工用水的引排工作,減少水對(duì)圍巖和支護(hù)的影響,確?；顒?dòng)斷裂帶施工的安全和高效。

[1]李林.隧道穿越斷裂帶地震響應(yīng)特性及抗震措施研究[D].成都:西南交通大學(xué),2014.

[2]許丁予.高鐵隧道工程穿越汶川地震斷裂帶抗錯(cuò)動(dòng)機(jī)理與設(shè)計(jì)參數(shù)研究[D].北京:北京交通大學(xué),2015.

[3]蔣樹屏,李鵬,林志.穿越活動(dòng)斷層區(qū)隧道的抗斷設(shè)計(jì)對(duì)策[J].重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）,2008,27（06）:1034-1036, 1041.

廣西河百高速公路完成投資70億元

廣西河池至百色高速公路（河池段）目前全線征地工作絕大部分已經(jīng)完成,項(xiàng)目開工累計(jì)完成投資70億元,占投資概算的51.3%。賀州至巴馬高速公路（都安至巴馬段）,初步設(shè)計(jì)完成獲批后將開展施工招投標(biāo)工作,計(jì)劃今年9月實(shí)質(zhì)性動(dòng)工。樂業(yè)至百色高速公路（天峨段）,施工單位已進(jìn)場(chǎng)進(jìn)行駐地建設(shè)。

U455.49

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1009-7716（2017）07-0175-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.07.053

2017-03-17

趙明華(1982-),男,黑龍江綏化人,工程師,從事土建施工技術(shù)工作。