大断面隧道穿越断层施工要点

2018年第28期（10月 上）

大断面隧道穿越断层施工要点

刘驰辉

（广东华路交通科技有限公司，广东 广州 510420）

摘要：隧道工程在公路工程中相对于桥梁、路基、路面隐蔽性强、操作难度大，在掘进过程中根据掌子面围岩变化、现场地质预报与设计图纸进行比较，如果与原设计地质描述出入较大，应及时采取措施，调整、加强支护参数，以免造成安全质量事故。断裂带对隧道施工带来安全风险，且目前全国高速公路基本以双向六车道为主，大断面掘进对断裂带扰动影响更大，以潮惠高速为例介绍施工中穿越破碎带质量控制要点，为今后隧道施工中遇到类似隧道地质情况处理提供一个参考。关键词：大断面；隧道；穿越断层；施工要点中图分类号：U455

文献标识码：B

0 引言

隧道属于地下结构工程，因隐蔽性强，不可预见因素多，给隧道施工带来困难。在掘进过程中的支护参数不仅以设计图纸为依据，还要结合地质预报给出的报告及掌子面围岩实际情况进行动态跟踪。相对于隧道施工中常见的地质灾害如突泥、涌水、冒顶、岩爆等，断层破碎带的突发性没有那么明显，但穿越断层采用措施不当，没有预先准备，特别是大断面（双向六车道），造成的后果会非常严重。现在以莲花山1号隧道成功穿过断层中的施工要点进行分析。

状出水，自稳能力较差，无支护时可能会掉块，侧壁可能掉块；K189+760—910原设计标明有一条F13断层破碎带，围岩自稳能力差，呈淋雨状或滴状出水，可能产生突泥突水，采用SⅤa支护参数。

3 施工过程控制

3.1 现场施工塌方征兆

掌子面开挖至K189+650—721围岩坚硬，节理裂隙少，围岩整体性好，因围岩比原设计好，实际采用S3b支护参数，两台阶开挖；掌子面至K189+721右侧拱脚岩面呈黄褐色，但岩体坚硬，围岩相比之前开始变差，因已经接近断裂带，不敢掉以轻心，现场加强监控措施，并加密地质雷达以探明前方地质情况，始终贯彻“少扰动、早喷锚、勤量测、紧封闭”原则；掌子面至K189+726右侧拱腰至拱脚岩面呈黄褐色，局部有裂隙，渗滴状出水，裂隙少量发育，围岩已经持续两天向不利于施工发展，尽管工期紧张，现场掌子面果断采用弱爆破技术确保安全进尺；当掌子面K189+730.8掌子面围岩突变，左侧中风化，右侧为全风化，节理裂隙发育，夹泥明显，手拈易碎，拱顶流状出水，右侧拱腰及拱顶断崖式大股状出水，水质浑浊，在右侧形成纵向长约10m、弧长约12m、高度不明确的空腔，虽然掉顶周围初喷加固后，但掉块持续，空腔进一步加大，最终形成纵深12m，弧长22m、高10m的空腔；因掌子面塌方影响K189+656—690（S3b支护参数，无钢拱架支护）右侧拱脚、拱腰初期支护出现裂纹，K189+670右侧边墙处有股状水流出。因事前防范到位，没有造成人员伤亡及机械损失。3.2 现场措施

埋深已经达821m，裂隙发育如此明显在广东省内隧道中并不多见，因水压大，股状渗水，排水尤为关键。首先减轻水压，以排水不带走物质为前提，掌子面采用洞渣反压回填，形成两台阶工作平台，塌腔部位用土袋码砌，码

1 工程概况

潮惠高速公路双向六车道，是粤东沿海地区第二条高速，穿过广东四大山脉之一的莲花山脉，位于海丰县境内莲花山1号隧道，左洞长5190m（进口端K187+590、出口端K192+780），右洞长5225 m（进口端K187+590、出口端K192+815），成为潮惠高速最长的隧道，也是广东省当时在建高速路最长的单向三车道山岭隧道。单洞净宽14.75m、净高5m，最大埋深840m，然而莲花山1号隧道长度大、覆土埋深大、断面大等特点，而且要穿过F13、F14两个断层，地质条件复杂，给施工带来困难。

2 地质条件

莲花山1号隧道隧址第四系覆盖层为坡积成因粉质黏土、碎石不均匀分布，地层岩性主要为侏罗系上统熔结凝灰岩、下统银屏瓶山组砂岩，设计图纸显示F13位于ZK189+790左780—ZK190+110左80m，产状0°＜70°，属于压扭性断裂，带内发育硅化带，叠加于理化带之上，F14断层位于ZK190+915（K190+900处），其产状约240°＜70°，表现为硅化带、局部石英脉侵入。莲花山1号隧道是进、出口端对向开挖，进口端右洞为先行洞。右洞K189+700—760原设计为SⅣa，节理裂隙发育点滴状或淋雨

收稿日期：2018-05-18

作者简介：刘驰辉（1978—），男，工程师，主要研究方向为交通土建工程。

72砌完毕后在土袋上铺设钢筋网片，喷射厚15cm的C25喷射混凝土进行封闭，土袋墙预埋一根直径110泵送管及两根直径200PVC管对裂隙水引流；探明前方地质情况，是确定下一步掘进施工支护参数的关键，F13断裂带宽度、F13和F14断裂带的距离等未知数据迫切掌握，以确保安全施工，因为洞内有二衬、仰拱、水沟等施工干扰，TPS地质预报精确度受到一定的影响，所以决定采取最直观的水平钻方法，即在掌子面拱脚左右侧各钻一个70m长的地质孔，根据芯样判断前方地质状况，最后根据芯样状况及相应的长度来确定设计变更方案；封闭掌子面后及时泵送混凝土，填充塌腔；K189+656—690初支出现裂纹段落补做14工字钢贴面做成支撑，加强支护，以防掌子面塌方反射的裂缝进一步扩大而造成二次塌方；K189+670右侧边墙出水部位在前后各10m位置（K189+660、K189+680）各钻取一个地质孔，既能查明地质情况，也有利于排水。3.3 穿越断裂带

从K189+660、K189+680右侧边墙地质芯样判断为中风化熔结凝灰岩，整体性好，股状出水为裂隙水，只需引排裂隙水，边墙不需加固；从掌子面芯样判断左幅前方为中风化熔结熔灰岩，岩体坚硬，右幅前方20m为全风化熔结熔灰岩，虽然有泵送混凝土固结，但内部夹杂软塑性黏土，局部依然松散，考虑到断层只有20m，且集中在右侧，管棚穿越断裂带最为理想，为了减轻塌孔风险，管棚采用自进式锚杆施工，所以泵送混凝土达到28d强度后，在K189+729.6—730.8立6榀间距为50cm规格22钢拱架作为管棚支撑点，在拱顶左幅6m范围采用24m长、右幅全幅采用30m的直径89自进式锚杆，自进锚杆环向间距30cm，并上扬5°～15°，形成管棚，管棚端头安装止浆阀后立即注浆。泵送混凝土填充空腔，板结一块形成整体，管棚注浆等同于劈裂注浆，将内部空隙填满。

掌子面采用SⅤa支护参数，泵送混凝土达到设计强度后才开始挖掘，开挖后立即架立钢拱架，系统锚杆采用3.5m中空注浆锚杆，与管棚配合受力。超前锚管采用50管，长5m，搭接不少于2m。锁脚采用钢管加强，中部注浆。钢拱架间距及连接板处机械连接严格按设计图纸、规范控制；因地质环境特殊，借鉴浅埋暗挖方式掘进，管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测，及时封闭成环原则，时刻观察掌子面围岩的变化，施工中若发现围岩软弱，适当地增加超前小导管数量；施工过程中提高监控量测频率，水平收敛、拱顶下沉是监测重点，一旦有异常马上启动应急预案。

交通世界TRANSPOWORLD3.4 开裂初支段加强措施

后续施工中因K189+656—690最初是按SⅢb支护参数无钢拱架施工初期支护，为了加固初支防止裂缝进一步发展加设14的钢拱架后，出现二衬断面厚度尺寸不够现象（含预留沉降15cm），为了保证隧道工程质量，以防二衬因断面厚度不够而开裂，此段又是薄弱点，需拆除临时加固的钢拱架，并加设二衬钢筋补强。在拆除临时拱架时，根据二衬台车长度（本隧道二衬台车为12m）确定每次拆除钢拱架的长度，以防拆除过长又不能及时施工二衬而引起二次塌坍。

3.5 防水板铺设、二衬施工

断裂带富水、水涌大，为减少水压对二衬影响，将裂隙水用半圆水管接引至边墙底部纵向排水管，横向排水管将纵向管的水接入暗沟，纵向管、横向管需用土工布包裹，以防杂物将PE硬式透水管堵塞，因为此段富水丰富，所以半圆管、横向管需加密布置。防水板铺设前将基面尖锐物、钢筋头清除干净，无法清除的钢筋头需加套帽，以防刺破防水板，二衬钢筋焊接处加临时垫板，以防焊渣烧伤防水板。二衬止水带采用中埋式，固定止水带不得位移。二衬台车就位后，将缝隙封堵，不得漏浆；二衬混凝土严格按照抗渗要求配合比，施工过程严格控制振捣质量，不得漏振、过振。

4 结语

因为此段是地质灾害区，异常重视施工质量，管棚、超前、锚杆、锁脚、钢拱架、钢筋、二衬、防水等参数严格把关，近一年潮惠高速通车至今未发现异常，在雨季也未发现渗、漏水。随着隧道在高速公路的比重越来越高，遇到的不可预见因素也越来越多，但只要结合图纸、地质预报、现场经验判断掌子面前方地质，在施工过程中观察围岩情况，掌握动态变化，便可大幅度降低施工风险。

参考文献：

[1] 中交第一公路勘察设计研究院有限公司. 两阶段施工图

设计文件 第五册第一分册[M] 西安：中交第一公路勘察设计研究院，2013.

[2] 王亚琼，赖金星. 隧道工程复习与习题 第二版[M]. 北

京：人民交通出版社，2012.

[3] 张向东. 隧道力学 第一版[M]. 徐州：中国矿业大学出版

社，2010.

（编辑：赵艳）

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