断层破碎带地段隧道施工技术

断层破碎带地段隧道施工技术

邱锐

中铁一局集团有限公司广州分公司 广东广州 510000

摘要：本文分析了断层破碎带对隧道工程建设的危害，探讨了工程建设前的技术推进准备内容，从半断面微台阶基坑开挖关键技术、关键技术左、右断面顺序基坑开挖、微震工程爆破关键技术喷射混凝土锚网协调支点关键技术钢拱架结构支点关键技术先进的锚杆支护、锚杆支护结构的加固、注浆加固等。对断层破碎带进行了详细描述区域隧道施工关键技术，致力于为断层破碎带的隧道施工提供服务支持和施工经验借鉴。

关键词：断层破碎带；隧道施工；开挖技术；

前言：

断层破碎带隧道工程施工难度系数很大。在施工过程中，应根据断层破碎带对隧道施工的危害，进行工程施工前的地质环境调查和工程施工设备的前期准备工作。做好隧道施工中基坑开挖和锚杆支护工作，确保断层区隧道施工合理施工，满足隧道施工具体要求，提高隧道安全系数建造。

1、断层破碎带对隧道施工的危害

1.1降低岩层硬度和可靠性

断层破碎带中的岩层在硬度和可靠性方面与其他岩层不同。经检测，断层破碎带岩层的硬度和可靠性不能满足隧道施工要求。隧道施工前，要准备好断层破碎带的石料，选择隧道开挖方式、支护方案，降低断层破碎带对隧道施工质量的危害，降低安全风险。由于断层破碎带内的岩层处于破碎状态，岩层的抗压强度较弱，断层破碎带本身的可靠性较差。破碎带的岩层极易产生碾压，对隧道施工造成不利危害。因此，掌握断层破碎带岩层特征对断层破碎带隧道工程的建设具有关键作用[1]。

1.2对隧道施工面抗滑摩擦阻力的危害

除了断层破碎带岩层的硬度和可靠性问题外，在隧道施工中，由于破碎带结构的可变性，会损害隧道施工结构的抗滑摩擦阻力。表面，使破碎区更频繁。因此，应实施合理的基坑开挖方法和锚杆支护技术，否则容易造成隧道施工坍塌等安全生产事故，对隧道施工的安全系数和施工质量造成极大危害。掌握断层破碎带的地层特征及对隧道施工的危害，是做好断层破碎带隧道工程建设的重要内容。

1.3极易造成喷水、喷砂

由于岩层抗压强度较弱，断层破碎带具有一定的变异性。在隧道施工中，一旦开挖方法不合理，就会造成断层破碎带关键连接点的工作压力升高，产生岩爆、造成涌水涌砂状况，危及隧道建造安全。如果涌水涌砂强度大，隧道施工就无法继续进行，会给施工队伍和施工机械设备带来很大的安全隐患。在断层破碎带隧道工程中，应对地质环境进行综合排查，确定关键连接点，防止水土流失及涌水涌砂对隧道施工造成的危害[3]。

2、断层破碎带隧道工程施工技术前期准备

2.1做好地质环境调查

隧道施工中一旦遇到断层破碎带，应用应做好地质环境调查，采取超前地质预报，掌握断层破碎带深层、长度、岩石抗压强度和岩石可靠性的基础情况等，全面掌握地质环境信息的内容。否则，由于地质环境信息不完整或对信息掌握不深，实施的作业方法不合理，极易在隧道施工中造成产质量问题和安全隐患。

2.2提前做好施工设备准备

在断层破碎带的隧道工程建设中，要采用相应开挖方法和支护技术。根据开挖工艺和锚杆支护方法的详细情况，要提前准备好相应的工业设备和原材料。例如：使用冲压车控制设备与设备之间的距离。根据设施的具体情况、原材料的种类和特性，明确设备和原材料的供应方式，确保工业设备能够在隧道开挖的整个过程中获得合理使用，提高施工质量，满足工程建设规定。

3、断层破碎带隧道施工关键技术

3.1超前支护及辅助工程施工

3.1.1超前大管棚

隧道施工出入口表面岩体暴露在空气中，长时间受外界因素影响，常为破碎状结构，因此该处采用超前大管棚支护[1]，用于稳固岩体。大管棚的原材料为热轧无缝管。管棚之间采用丝扣连接，连接长度不小于15cm。管棚尾部2.5m范围内不设置注浆孔，其余部分按15cm间距交错设置注浆孔，孔径10mm。管棚注浆压力0.5～1 MPa。注浆过程中注浆压力逐级缓慢提升。注浆浆液采用水泥单浆液，水灰比为1:1；当地下水较大采用水泥-水玻璃浆液。导向架的关键是完成设置的钢拱架，它安装在管棚前约2m处作为管棚结构的波导，然后将混凝土浇铸成拱形套拱结构。

3.1.2注浆小导管

隧道破碎带或围岩等级较低段宜采用超前小导管施工。不同于常规锚杆结构，超前小导管的基础原材料是直径42mm的热轧无缝管，前端需设置成尖锥状，管壁设置溢浆孔，导管以梅花形式进行布置，并在相应位置预留注浆管节[2]。工程施工时，选用气动钻机钻孔方式，钻孔外推角操纵视角为10°～15°，所有无缝钢管均应从钢拱架腹部位置拉出。另外，穿孔的长度需要达到长度的90%。最后将水泥浆液高压注入、渗透至地层的有效范围内，浆液便能呈脉状快速渗入土体，并将其中的空气、水份排出，使浆脉加密加厚，增密土体。随后浆液发生胶凝反应，使流塑粘土胶结、硬化，转变为硬塑，形成具有一定强度和抗渗能力，以浆脉为骨架的固结体，从而提高了围岩的强度、稳定性和抗渗性能,改善衬砌的受力状况，达到防止洞内突泥涌水、地表下沉和施工安全。

3.2隧道开挖工程施工

3.2.1环形开挖预留核心土法

围岩破碎较为严重时，一般采用环形开挖预留核心土发进行隧道洞室开挖施工。环形开挖预留核心土法是在上部断面以弧形导坑领先，并进行支护，其次开挖下半部两侧，再开挖中部核心土的方法。为方便采用机械化作业，提高开挖进度，施工中应尽量采用大断面分部。

在施工时，环形开挖预留核心土每循环开挖进尺宜为0.5～1m，预留核心土面积的大小应满足开挖面稳定的要求，不宜低于开挖断面面积的50%；开挖完成后及时施作喷、锚支护，安装钢支撑，每两榀钢架之间应采用钢筋连接，并应加锁脚锚杆（管）；上部弧形，左右侧墙部，中部核心土开挖各错开3～5m平行作业；仰拱施工紧跟下台阶，全断面初期支护完成距离拱部开挖面不宜超过30m。当地质条件差，围岩自稳时间较短时，开挖面在拱部设计开挖轮廓线外，进行超前支护。图1为环形基坑开挖预留核心土法。

图1环芯基坑开挖预留核心土法

3.2.2台阶法开挖

围岩破碎情况一般时，一般采用台阶法施工。上断面施工按基坑开挖锚杆支护标准进行。台阶长度应控制在10-15m以内。为提高项目施工阶段钻井的高效率，可在作业过程中配备相应的多用途装配平台。开挖断面时，可用挖掘机进行拆除道碴及其装载切割机的方法，运至特定区域堆积。图2为台阶法施工。

图2台阶法

3.3喷射锚网与锚杆支护关键技术

锚杆支护的基础应用在断层破碎带隧道工程建设中尤为重要。喷锚网和锚杆支护技术可以使隧道施工周围的岩石表面按照水泥稳定土的方法产生刚性或半刚性保护膜，提高岩石的可靠性。在混凝土喷射的整个过程中，应控制混凝土的喷射厚度。一般岩石表面混凝土的喷射厚度应调整在3~5cm的中间。混凝土喷口结束后，应在岩石周围固定锚索和钢网。根据钢网的布置，要保持岩石表面，使岩石表面的混凝土和钢网有利于岩石。螺栓支护提高了岩石结构的抗压强度。

3.4钢拱架结构支点关键技术

在断层破碎带隧道工程施工中，钢拱架结构支点的技术性是实现隧道施工的关键技术。钢拱架结构支点可以提高锚杆支护的抗压强度，提高钢拱架结构围岩的可靠性。可提高隧道结构的抗压强度，保证隧道施工在施工过程中避免坍塌风险。钢拱架结构支撑点技术实施难度系数低。施工中需注意一下几点：

（1）初喷混凝土施作中空注浆锚杆或砂浆锚杆后，应立即安设钢拱架。

（2）钢材质量和接头位置必须符合规范和设计要求。

（3）每榀钢架无漏焊、开焊，每环工字钢之间纵向连接钢筋应及时施做并连接牢固，连接筋搭接长度不小于10d。

（4）在初期支护形成“闭合”结构前，为减少初期支护下沉量，每个循环安装钢拱架时，在其基底设一块“托板”，以增大受力面积，减少下沉量。

（5）钢架应和围岩尽量靠近，未进行初喷的应留4cm间隙作混凝土保护层。当钢架和围岩的间隙过大时必须用喷射砼充填密实，不得用木材、片石等物体塞填。

（6）钢架架立前，必须消除基底虚碴，必须安放在牢固的基础上，必要时用砼加固基底。

结束语

总的来说，掌握合理的隧道开挖技术和支护技术，对于提高断层破碎带隧道工程的施工质量、满足工程施工规范具有关键作用。有必要充分认识和把握断层破碎带隧道洞口开挖技术和支护技术，提高关键技术在实际施工过程中的实际效果，为断层破碎带的隧道开挖提供全程服务支持。断层破碎带区域的隧道工程对施工技术要求较高，针对断层破碎带的具体情况，调整工程建设方案，提前做好地质环境分析，掌握断层破碎带的基础情况，选择合适的施工工艺，改进施工工艺，处理施工过程中的各种问题。

参考文献

[1]罗秀瑚.断层破碎带地段隧道施工控制技术研究[J].工程技术研究，2018(16):22-23.

[2]刘赛.试析铁路隧道穿越富水断层破碎带施工技术要点[J].黑龙江科技信息，2017(15):90-91.

[3]覃建源.高速公路隧道断层破碎带涌水塌方工程对策探讨[J].城市地理，2017(10):78-79.

[4]刘静涛.隧道断层破碎带渗水处理技术探讨[J].绿色环保建材，2017(12):19-20.

[5]刘宏力，刘品，吁燃.断层破碎带对公路边坡工程的影响分析[J].公路交通技术，2017(2):67-68.