不良地质、断层部分的隧道施工论述

不良地质、断层部分的隧道施工论述

叶辉

（西南交通建设集团股份有限公司，云南，昆明，650032）

【摘要】我国幅员辽阔、地形复杂，在隧道施工过程中经常会遇到不良地质、断层结构，给施工造成一定的困难。因此在隧道建设中，应该严格控制不良地质、断层中的隧道施工，维护隧道工程建设的安全与稳定，最大限度的规避施工中的潜在安全风险。本文主要对不良地质及断层部分进行研究，分析隧道不良地质的施工方法。

【关键词】不良地质；断层；隧道施工

我国地域广阔，公路系统施工建设中的隧道工程，经常会遇到不良地质或断层现象，增加了隧道施工的难度，而不良地质和断层也成为影响隧道施工质量与进度的主要因素。由于隧道工程在公路建设中占有重要地位，必须严格控制不良地质、断层部分的影响，才能保障隧道施工的安全、质量和进度，以免出现工程缺陷。

一、隧道工程中断层部分的施工技术

断层地质影响隧道施工的稳定性，全面保护断层地质内的隧道施工，确保隧道工程的质量。以云南新街至河口高速公路的马五邑隧道为例，分析断层地质中的隧道施工技术。

1、马五邑隧道工程简介

马五邑隧道中的断层地质非常明显，隧道里程左线K87+795至K88+354，计长559m；右线K87+795至K88+295，计长500m。明洞开挖完成后，根据超前地质预报，隧道走向与断层带走向基本一致，隧道洞身与断层带重合部分长度达292m，隧道整体施工受断层带影响很大，在断层挤压的状态下，马五邑隧道的围岩划分为Ⅰ类，断层内主要是严重风险的碎石、熔岩等，再加上断层裂缝的不断发育，引发严重的渗水情况。因此，马五邑隧道工程面临复杂的断层地质，断层分布不均匀，导致施工期间存在涌水、挤揉的风险。

2、断层部分的施工技术

根据马五邑隧道工程中的断层情况，采用科学合理的施工技术，严谨处理断层地质的影响。不良地质环境中，最主要的是保障隧道洞身的安全，需要根据隧道施工的实际情况，选择施工技术[1]。开挖工法在不良地质隧道施工内，具备很高的实践性，其可规范隧道施工的整个过程。为排除不良地质对隧道施工的干预，在制定开挖工法的施工方案中需要注意：(1)控制洞身掘进，提前掌握隧道工程的地质信息，选择掘进的方式，尽量利用人工与机械相结合的掘进方法，适当时设计洞身支护，以免隧道爆破时振动过大，降低不良地质在洞身掘进中的影响水平；(2)控制仰拱施工，仰拱施工时需要配合首次衬砌，用于辅助隧道施工，解决不良地质造成的地层缺陷问题；(3)规划二次衬砌的时间，其与不良地质隧道施工存在紧密的联系，二次衬砌时间控制，有利于衬砌的稳定性，既不会影响隧道支护的效果，也不会增加围岩的压力。

2.1隧道开挖技术

马五邑隧道工程受断层的影响，地质内含有大量的碎石，缺乏稳定度，为保障隧道开挖的质量，选择台阶式的爆破方法，在与断层交错部分及受偏压地段，采用I18的工字钢按照0.5m/榀布置临时支撑，先开挖上方部分的隧道，上方隧道支护稳定后，再安排下方爆破，上下台阶的距离保持在15-20m，用于确保围岩开发的稳定性[3]。马五邑隧道断层的干扰较大，爆破时还要注重安全控制，在爆破过程中需要注意：(1)保护隧道内的电力安全，禁止采用电雷管爆破；(2)合理安排爆破后的通风时间，通风期间严禁人员进入隧洞内；(3)检查爆破的效果，确定爆破安全后才能安排后续工作。

2.2超前导管注浆

预加固技术是不良地质的隧道施工中常用的方法，该技术可以根据不良地质的状态，划分隧道围岩的施工地段，按照围岩的状态设计预加固的技术方法[2]。例举预加固的技术方法，如下表1。

该案例中隧道自K87+813掌子面开始，顶部偏左1.0米至拱脚以上1.0米处出现片岩全风化成黄土状土体,土体环向长9.0米、右拱脚处土体侵入开挖面2.5米；K87+834.5掌子面，顶部左拱脚2.5米处向右往下倾斜约50度的左下侧为大理岩以外，掌子面其余部分为片岩全风化成黄土状土体；土体在右拱脚处用2米的钢筋探不到底。因此，土体侵入隧道有发展的趋势；实际围岩类别为I类（经云南航天质量无损检测站判定为斜交断层）。施工过程中，于K87+830附近发现一1毫米宽裂纹，并出现局部拱顶初期支护驳落，并有多道纵、环向5~10mm宽裂缝。为阻止初期支护变形的发展，确保安全，需对隧道初期支护进行加固处理。主要采用注浆小导管和大管棚支护。

超前支护加固隧道的地层，沿着隧道开挖的线路进行加固。首先是钻孔，根据马五邑隧道断层的地质情况设计钻孔，钻孔要平行于中线，防止断层再次破碎；其次是检测地下水，因马五邑隧道断层部分含有丰富的地下水，检测水量后设计注浆参数；然后制造导管。

注浆小导管：选用φ42热轧无缝钢管加工，壁厚4mm；外插角5～10°，单根长度取4.5米；环向间距30～40cm，搭接长度不小于1米；注浆液一般选用水泥砂浆（水灰比W/C=0.8～1，注浆压力0.5～1MPa）；当有加固地层需用时，采用纯水泥浆，地下水较大时为水泥－水玻璃双液注浆（压力1.2～1.5MPa）。

大管棚：选用φ108热轧无缝钢管加工，壁厚6mm；环向间距可取30cm左右；单根长度10～40米，外插角宜小于1～2°，搭接长度不小于3米；为加固地层，需通过管棚向地层注浆，注浆液一般选用纯水泥浆或水泥－水玻璃双液注浆（注浆压力1～2Mpa），；每孔在地层注浆完成后，应对钻孔清孔，然后放入钢筋笼注入M20水泥砂浆。

同时注意安装事项，以防注浆外泄；最后安排注水试验，为注浆提供可靠的参数，确保隧道施工中不含有漏水现象，提升浆液扩散的速度。超前导管注浆后还要规范格栅钢架的安装，确保其符合施工方案的标准，严格控制安装中的误差，具体误差范围如下表2。

表2格栅钢架安装的误差范围

由于采用超前小导管或大管棚支护，有效预防塌方的发生，同时超前锚杆和超前小导管的布置密度一般较系统径向锚杆高得多，尤其是采用双层或双排、大长度搭接的情况，因此开挖时的洞形控制较为理想。在后续的挂网混凝土、架立格构架等施工环节，可获得较平整的表面，贴附性好，通过实践，小导管及大管棚支护特别适用于主要以手风钻为钻爆工具、施工手段单一或受各种条件制约、大型机具不能就位的隧道施工。把不良围岩段容易引发塌方的各种因素的影响消除到最低限度，能很好预防塌方的发生。

2.3混凝土二次衬砌

施工人员检测马五邑隧道断层的位移速率＜0.2mm/d时，安排混凝土二次衬砌。二次衬砌施工方案的内容主要包括：(1)拱墙部分的混凝土浇筑，借助模板台车完成浇筑，模板台车在拱墙混凝土浇筑中具有很大的灵活优势，着实满足隧道拱墙浇筑的需求，控制模板台车的速度在6-8m/min即可；(2)仰拱部分的混凝土浇筑，先清理隧道浇筑的现场，凿除突出部分并填充低洼点，仰拱混凝土浇筑不能有任何外漏，实行均匀的混凝土衬砌，以免衬砌过程中发生裂缝。

2.4绑扎衬砌钢筋

二次衬砌中的钢筋材料直径小，为防止其变形需要绑扎钢筋，利用外力控制钢筋变形。施工企业按照施工方案的要求，提前焊接钢筋，不同位置采取不同的焊接方式，确定钢筋绑扎的稳定度后投入应用。

二、不良地质、断层隧道施工的质量控制

不良地质、断层部分的隧道施工中要注意施工质量控制方式的科学合理，能够有效规范隧道施工的整个过程，进而规避隧道施工中的地质风险[4]。第一，隧道事情前期，应充分研究不良地质、断层部分的状态，以隧道施工的质量控制为主，严谨设计施工方案，方案中应强调落实质量控制的方法；第二，隧道施工的过程内，施工企业安排相关人员，深入考察不良地质、断层部分的后续影响，控制不良地质的动态变化，保障隧道施工的稳定进行；第三，汇总隧道施工中不良地质、断层的干扰，针对有可能发生的事故制定应急措施，防止突发情况引起的风险。

结束语：

不良地质和断层部分会对隧道施工造成一定的困难，影响隧道施工质量，导致隧道工程处于高风险的建设状态。在隧道施工过程中需要根据不良地质、断层部分的具体情况进行分析，制定详细的施工方案，规范施工过程，同时借助质量控制的手段，完善不同施工技术的有效应用，提高隧道结构的稳定性，保障工程建设安全。

参考文献：

[1]刘刚锋.公路隧道施工不良地质灾害对策研究[D].长安大学,2010.

[2]郭乾.典型不良地质条件下隧道围岩稳定性分析及对策研究[D].重庆交通大学,2010.

[3]王鲁南.隧道穿越断层破碎带施工风险分析及围岩变形规律研究[D].山东大学,2012.

[4]韩志强.乌竹岭隧道施工监测与信息反馈[D].吉林大学,2007.