论文部分内容阅读
摘要：受我国地理环境的影响，在交通建筑工程施工中经常会遇到了隧道断层破碎带施工的情况，由于地质条件复杂、围岩稳定性差等原因，增加了工程施工的难度，如果控制不好，将会严重影响到隧道工程的施工质量，因此提高断层破碎带施工技术水平是保证隧道工程施工质量的重要手段，也是促进我国交通建设快速发展的重要途径。
关键词：隧道；断层破碎带；施工要点；监控测量
近年来，我国对交通建设的投资力度逐步加大，隧道工程项目也越来越多，对于施工的技术要求也越来越高。在隧道工程施工中经常会遭遇断层破碎带施工的情况，采取科学合理的施工方法是保证工程安全、稳定、快速施工的首要条件。本文以某隧道工程施工为例对断层破碎带施工技术的应用进行探讨。
1工程概况
某隧道工程在横洞工区施工时遭遇断层破碎带，宽度在50m左右，围岩自稳能力差，给施工造成极大困难。面对这一现状，综合考虑各种因素，决定采取在拱部设超前中管棚注浆预固结围岩的保护，然后再采用大拱脚台阶法施工的方法。
2工程地质
2.1地层岩性
炭黑色、黑灰色、灰绿色，硬质状，夹5～15%的碎石角砾，粒径10～300mm，局部偶夹块石，石质为页岩、辉绿岩、泥质灰岩等，遇水极易软化。分布于隧道洞身各围岩段，厚0～10m，属IV～V级围岩。
2.2地质构造
地质资料及测量显示4#断层（玉莫断层）为区域性逆断层，大致在DK368+600附近地表与线路相交，断层大致走向N27°E，倾向NW，倾角80°左右；两盘均为（Ptbnbq（3））地层；断层破碎带带宽50m，由断层角砾、断层角砾岩、压碎岩组成[1]。
3水文地质及特征
该断层区域地下水主要为构造裂隙水，构造裂隙水赋存于断层带、褶皱带、构造节理裂隙中，含水量相对丰富，地下水受大气降水补给，通过裂隙、孔隙径流，多以片状、线状在低处向冲沟排泄。
4超前中管棚施工
如何确保中管棚的位置和角度满足设计要求，是方案成败的关键所在。
4.1 中管棚及注浆设计
采用Φ60mm中管棚布设在拱部，导管外插角6～8°，每环34根，每根长10m，环向间距50cm/根，纵向间距8m/环。压注1：1纯水泥浆（w/c=1.0），采用P.042.5R普通硅酸盐水泥，注浆压力为0.5～2.0MPa。采用短进尺开挖支护，每循环开挖支护不超过1m。
4.2 施工要点
4.2.1中管棚采用Ф60mm热轧无缝钢管（壁厚5mm）加工，中管棚前部钻3排注浆孔，孔径为10mm，孔间距20cm，呈梅花型均匀布置，前端加工成锥形钎头，尾部止浆段长度不小于200cm，以利于中管棚安装推进和浆液渗入破碎岩体。
4.2.2中管棚安设采用C6地质钻机成孔及推进就位，孔径80mm。
4.2.3注浆准备工作：注浆前先检查注浆管路，确保管路畅通、不阻塞、不跑浆，机械性能良好。确认各项准备工作完成后，做现场注浆试验，确定合理的注浆参数，据以施工。注浆参数选择水泥浆液水灰比为0. 8～1. 0 左右，水玻璃浓度30～35 波美度，水泥浆与水玻璃体积比1 ∶0. 3～1 ∶0. 8，注浆压力0. 5 MPa～2. 0MPa。
4.2.4注漿选用KB-50/70液压注浆机注浆，浆液采用搅拌机拌制，为防止浆液从其它孔眼溢出，注浆前对所有孔眼安装止浆塞，注浆从两侧拱脚向拱顶顺序进行；注浆时相邻孔眼间隔开，不能连续注浆，以确保固结效果和注浆量控制。间歇3 h～5 h 后，进行第二次高压注浆，注浆压力1. 2 MPa～2. 0 MPa，当进浆量小于20 L/ 10min 时可结束注浆工作。若注浆量超限仍未达到压力要求，应调整浆液浓度继续注浆，直至符合注浆质量标准，确保钻孔周围岩体与钢管周围孔隙均被浆液充填，方可终止注浆。
4.2.5注浆过程派专人值班，填写《注浆记录表》，记录注浆时间、浆液消耗量及注浆压力等数据，观察压力表值，监控连通装置，避免因压力猛增而发生异常情况。
5超欠挖和围岩的扰动控制
为了有效控制超欠挖和减少对围岩的扰动，采用短进尺、弱爆破进行开挖，开挖进尺根据围岩稳定性确定为l～2榀钢拱架间距，即1.0～1.2m，边墙按钢拱架的两个单元分两个台阶施工，上下台阶相距3m，左右边墙错开5m，隧底开挖一次成形，每循环进尺1.5～1.8m。
6锚喷初期支护
6.1初支
系统支护拱部采用Φ22组合式中空锚杆，边墙采用Φ22砂浆锚杆，纵、环向间距均为1.0m/根，呈梅花形布置，锚杆每根长4.0m；全环设I20b工字钢钢架，钢架纵向间距为0.6m/榀；拱墙设Φ8钢筋网，网格尺寸20cm×20cm；喷射28cm厚C25喷射混凝土。
6.2喷射混凝土施工
（1）施工采用湿喷工艺，强度为C25喷射混凝土，混凝土的强度及施工配合比应通过现场试验确定。喷射机要求密封性能良好，输料连续、均匀，附属机具的技术条件应能满足喷射作业需要。
（2）喷射混凝土前应清除松动杂质，设置控制喷射混凝土厚度的标志（钉设厚度检测钢筋）。喷射中如有松动或脱落的石块、混凝土块应该及时清除，确保施工安全。
（3）如工作面有滴水或淋水，提前做好钻孔埋管的引排水工作。
（4）喷射混凝土的喷射路线须自下而上呈“S”形运动；喷射时，喷头作连续不断的圆周运动，并形成螺旋状前进，后一圈压前一圈三分之一。
（5）喷射机风压要求0.4～0.6Mpa，喷头与受喷面距离控制在0.8m～1.2m为宜。
（6）喷头与受喷面宜保持垂直，如遇受喷面被钢筋网片、钢架覆盖时，可将喷头稍微偏斜10°～20°。 （7）喷射厚度受混凝土进入喷射机、速凝剂的效果、气温的影响，喷射墙部时，一次喷射厚度不超过10cm，喷射拱部时，一次喷射厚度不超过7cm。
（8）喷射混凝土表面须大面平整并呈湿润光泽，无干斑或滑移流淌现象。
（9）为缩短围岩的暴露时间，防止围岩进一步风化，该段在开挖到位后先初喷4cm厚混凝土，待钢架、锚杆及钢筋网安裝完成后复喷射24cm厚混凝土至设计厚度，喷射混凝土总厚度为28cm。
（10）混凝土喷射完成后及时采取有效的养护和保护措施。
6.3钢筋网铺设
钢筋网采用Ф8HPB235钢筋在洞外集中加工焊接成片，洞内安装，网片网格尺寸为20cm×20cm。网片安装搭接长度为1个网格（20cm），钢筋网片搭接必须焊接牢固，网片安装时应紧贴围岩初喷面，与锚杆连接牢固，以保证喷射混凝土时不松动。
6.4型钢架设
型钢钢架在洞外加工后洞内现场拼装，单元间连接处用M24×80螺栓进行连接，各单元间必须连接牢固。
（1）型钢钢架严格按设计间距架立。
（2）为充分发挥钢架的承载能力，首先要求钢架的垂直度必须满足规范要求；其次，拼装拱部钢架时，严格控制左、右拱脚标高，以防拱架偏斜，影响与边墙部分钢架的圆顺连接或初期支护侵限。
（3）为方便拱部与边墙钢架的连接，在拱脚连接处铺设纵向槽钢。钢架边墙底部必须置于基岩上，以防下沉变形。
7监控测量
初期支护完成后，在隧道拱顶、拱脚及边墙的内轨顶面标高处埋设测点进行拱顶下沉和水平收敛量测，根据量测结果及时调整工序及预留变形量、开挖进尺等，便于指导施工，确保施工安全。经量测，拱顶最大累计下沉量为15mm，水平最大累计收敛量为11mm。通过对断层破碎带采用超前中管棚棚预支护、人工环形及周边开挖技术和锚喷初期支护措施，且通过现场监控量测得出以下结论：
（1）短进尺、弱爆破开挖可以减小对围岩的扰动，有效控制超欠挖。
（2）超前中管棚注浆预加固支护，可以大量减少拱部围岩的坍方、掉块，保证了施工安全、质量和进度。
（3）通过现场监控量测，将预留变形量由设计的10cm调至5cm，有效控制拱墙二次衬砌回填数量。
8结束语
通过现场施工实践，说明断层破碎带施工技术在长大隧道施工中的效果非常显著，为隧道开挖支护创造了积极有利的条件，本文总结了断层破碎带施工技术在铁路工程长大隧道施工中的应用，供类似工程项目施工参考。
参考文献：
[1] 魏建发，崔宝林，李天铭.宜万铁路龙凤坝隧道浅埋段软弱围岩施工加固方案[J].铁道标准设计，2007（Z1）：134-136
[2] 苑郁林，周群立.乌鞘岭隧道穿越F7断层隧道变形机理分析及其支护措施的探讨研究[J]. 中国铁路，2005（02）.
[3] 薛继连.长梁山隧道软弱围岩施工方法[J].岩石力学与工程学报，2000，9（增）：1085-1090.
[4] 王梦恕.地下工程浅埋暗挖技术通论[M].合肥：安徽教育出版社，2004：568-572.
[5] 杨尉涛. 秦岭隧道超浅埋及富水段施工技术探讨[J ] . 土工基础，2009（6）
关键词：隧道；断层破碎带；施工要点；监控测量
近年来，我国对交通建设的投资力度逐步加大，隧道工程项目也越来越多，对于施工的技术要求也越来越高。在隧道工程施工中经常会遭遇断层破碎带施工的情况，采取科学合理的施工方法是保证工程安全、稳定、快速施工的首要条件。本文以某隧道工程施工为例对断层破碎带施工技术的应用进行探讨。
1工程概况
某隧道工程在横洞工区施工时遭遇断层破碎带，宽度在50m左右，围岩自稳能力差，给施工造成极大困难。面对这一现状，综合考虑各种因素，决定采取在拱部设超前中管棚注浆预固结围岩的保护，然后再采用大拱脚台阶法施工的方法。
2工程地质
2.1地层岩性
炭黑色、黑灰色、灰绿色，硬质状，夹5～15%的碎石角砾，粒径10～300mm，局部偶夹块石，石质为页岩、辉绿岩、泥质灰岩等，遇水极易软化。分布于隧道洞身各围岩段，厚0～10m，属IV～V级围岩。
2.2地质构造
地质资料及测量显示4#断层（玉莫断层）为区域性逆断层，大致在DK368+600附近地表与线路相交，断层大致走向N27°E，倾向NW，倾角80°左右；两盘均为（Ptbnbq（3））地层；断层破碎带带宽50m，由断层角砾、断层角砾岩、压碎岩组成[1]。
3水文地质及特征
该断层区域地下水主要为构造裂隙水，构造裂隙水赋存于断层带、褶皱带、构造节理裂隙中，含水量相对丰富，地下水受大气降水补给，通过裂隙、孔隙径流，多以片状、线状在低处向冲沟排泄。
4超前中管棚施工
如何确保中管棚的位置和角度满足设计要求，是方案成败的关键所在。
4.1 中管棚及注浆设计
采用Φ60mm中管棚布设在拱部，导管外插角6～8°，每环34根，每根长10m，环向间距50cm/根，纵向间距8m/环。压注1：1纯水泥浆（w/c=1.0），采用P.042.5R普通硅酸盐水泥，注浆压力为0.5～2.0MPa。采用短进尺开挖支护，每循环开挖支护不超过1m。
4.2 施工要点
4.2.1中管棚采用Ф60mm热轧无缝钢管（壁厚5mm）加工，中管棚前部钻3排注浆孔，孔径为10mm，孔间距20cm，呈梅花型均匀布置，前端加工成锥形钎头，尾部止浆段长度不小于200cm，以利于中管棚安装推进和浆液渗入破碎岩体。
4.2.2中管棚安设采用C6地质钻机成孔及推进就位，孔径80mm。
4.2.3注浆准备工作：注浆前先检查注浆管路，确保管路畅通、不阻塞、不跑浆，机械性能良好。确认各项准备工作完成后，做现场注浆试验，确定合理的注浆参数，据以施工。注浆参数选择水泥浆液水灰比为0. 8～1. 0 左右，水玻璃浓度30～35 波美度，水泥浆与水玻璃体积比1 ∶0. 3～1 ∶0. 8，注浆压力0. 5 MPa～2. 0MPa。
4.2.4注漿选用KB-50/70液压注浆机注浆，浆液采用搅拌机拌制，为防止浆液从其它孔眼溢出，注浆前对所有孔眼安装止浆塞，注浆从两侧拱脚向拱顶顺序进行；注浆时相邻孔眼间隔开，不能连续注浆，以确保固结效果和注浆量控制。间歇3 h～5 h 后，进行第二次高压注浆，注浆压力1. 2 MPa～2. 0 MPa，当进浆量小于20 L/ 10min 时可结束注浆工作。若注浆量超限仍未达到压力要求，应调整浆液浓度继续注浆，直至符合注浆质量标准，确保钻孔周围岩体与钢管周围孔隙均被浆液充填，方可终止注浆。
4.2.5注浆过程派专人值班，填写《注浆记录表》，记录注浆时间、浆液消耗量及注浆压力等数据，观察压力表值，监控连通装置，避免因压力猛增而发生异常情况。
5超欠挖和围岩的扰动控制
为了有效控制超欠挖和减少对围岩的扰动，采用短进尺、弱爆破进行开挖，开挖进尺根据围岩稳定性确定为l～2榀钢拱架间距，即1.0～1.2m，边墙按钢拱架的两个单元分两个台阶施工，上下台阶相距3m，左右边墙错开5m，隧底开挖一次成形，每循环进尺1.5～1.8m。
6锚喷初期支护
6.1初支
系统支护拱部采用Φ22组合式中空锚杆，边墙采用Φ22砂浆锚杆，纵、环向间距均为1.0m/根，呈梅花形布置，锚杆每根长4.0m；全环设I20b工字钢钢架，钢架纵向间距为0.6m/榀；拱墙设Φ8钢筋网，网格尺寸20cm×20cm；喷射28cm厚C25喷射混凝土。
6.2喷射混凝土施工
（1）施工采用湿喷工艺，强度为C25喷射混凝土，混凝土的强度及施工配合比应通过现场试验确定。喷射机要求密封性能良好，输料连续、均匀，附属机具的技术条件应能满足喷射作业需要。
（2）喷射混凝土前应清除松动杂质，设置控制喷射混凝土厚度的标志（钉设厚度检测钢筋）。喷射中如有松动或脱落的石块、混凝土块应该及时清除，确保施工安全。
（3）如工作面有滴水或淋水，提前做好钻孔埋管的引排水工作。
（4）喷射混凝土的喷射路线须自下而上呈“S”形运动；喷射时，喷头作连续不断的圆周运动，并形成螺旋状前进，后一圈压前一圈三分之一。
（5）喷射机风压要求0.4～0.6Mpa，喷头与受喷面距离控制在0.8m～1.2m为宜。
（6）喷头与受喷面宜保持垂直，如遇受喷面被钢筋网片、钢架覆盖时，可将喷头稍微偏斜10°～20°。 （7）喷射厚度受混凝土进入喷射机、速凝剂的效果、气温的影响，喷射墙部时，一次喷射厚度不超过10cm，喷射拱部时，一次喷射厚度不超过7cm。
（8）喷射混凝土表面须大面平整并呈湿润光泽，无干斑或滑移流淌现象。
（9）为缩短围岩的暴露时间，防止围岩进一步风化，该段在开挖到位后先初喷4cm厚混凝土，待钢架、锚杆及钢筋网安裝完成后复喷射24cm厚混凝土至设计厚度，喷射混凝土总厚度为28cm。
（10）混凝土喷射完成后及时采取有效的养护和保护措施。
6.3钢筋网铺设
钢筋网采用Ф8HPB235钢筋在洞外集中加工焊接成片，洞内安装，网片网格尺寸为20cm×20cm。网片安装搭接长度为1个网格（20cm），钢筋网片搭接必须焊接牢固，网片安装时应紧贴围岩初喷面，与锚杆连接牢固，以保证喷射混凝土时不松动。
6.4型钢架设
型钢钢架在洞外加工后洞内现场拼装，单元间连接处用M24×80螺栓进行连接，各单元间必须连接牢固。
（1）型钢钢架严格按设计间距架立。
（2）为充分发挥钢架的承载能力，首先要求钢架的垂直度必须满足规范要求；其次，拼装拱部钢架时，严格控制左、右拱脚标高，以防拱架偏斜，影响与边墙部分钢架的圆顺连接或初期支护侵限。
（3）为方便拱部与边墙钢架的连接，在拱脚连接处铺设纵向槽钢。钢架边墙底部必须置于基岩上，以防下沉变形。
7监控测量
初期支护完成后，在隧道拱顶、拱脚及边墙的内轨顶面标高处埋设测点进行拱顶下沉和水平收敛量测，根据量测结果及时调整工序及预留变形量、开挖进尺等，便于指导施工，确保施工安全。经量测，拱顶最大累计下沉量为15mm，水平最大累计收敛量为11mm。通过对断层破碎带采用超前中管棚棚预支护、人工环形及周边开挖技术和锚喷初期支护措施，且通过现场监控量测得出以下结论：
（1）短进尺、弱爆破开挖可以减小对围岩的扰动，有效控制超欠挖。
（2）超前中管棚注浆预加固支护，可以大量减少拱部围岩的坍方、掉块，保证了施工安全、质量和进度。
（3）通过现场监控量测，将预留变形量由设计的10cm调至5cm，有效控制拱墙二次衬砌回填数量。
8结束语
通过现场施工实践，说明断层破碎带施工技术在长大隧道施工中的效果非常显著，为隧道开挖支护创造了积极有利的条件，本文总结了断层破碎带施工技术在铁路工程长大隧道施工中的应用，供类似工程项目施工参考。
参考文献：
[1] 魏建发，崔宝林，李天铭.宜万铁路龙凤坝隧道浅埋段软弱围岩施工加固方案[J].铁道标准设计，2007（Z1）：134-136
[2] 苑郁林，周群立.乌鞘岭隧道穿越F7断层隧道变形机理分析及其支护措施的探讨研究[J]. 中国铁路，2005（02）.
[3] 薛继连.长梁山隧道软弱围岩施工方法[J].岩石力学与工程学报，2000，9（增）：1085-1090.
[4] 王梦恕.地下工程浅埋暗挖技术通论[M].合肥：安徽教育出版社，2004：568-572.
[5] 杨尉涛. 秦岭隧道超浅埋及富水段施工技术探讨[J ] . 土工基础，2009（6）