技术论文--隧道穿越断层破碎带的施工技术

隧道穿越断层破碎带的施工技术

[摘要] 结合上峪子隧道实例，详细介绍了隧道穿越断层破碎带的各项技术措施，施工工艺。

关键词：断层破碎带 施工工艺 技术措施 1.工程概况

新建山西中南部铁路上峪子隧道位于山东省境内，地形起伏较大，隧道里程DK1161+865~DK1163+425，全长1560m。隧道穿越丘陵区，地面高程153.5m--236.6m之间，相对高差最大83.1m，纵向自然坡角一般为20°~55°，横向自然坡角为10°~20°，隧道埋深浅，最大埋深大约为75m，隧道内为3.0‰的单面下坡

2.不良地质条件

隧道区洞身主要穿越F1断层，综合物探资料，区域地质资料及调绘资料表明：断层F1为压扭性断裂，与线路相交于打开DK 1162+310，交角约为30°，破碎带宽80m--100m，断层产状114°＜75°。F1断层由数条近于平行的断裂组成。总体走向5°~10°，倾向东南，局部产状近直立或倾向北西，倾角70°~85°，主要断裂面成舒缓波形，断裂面上阶步，擦痕，线理发育。断裂两侧寒武系地层不连续、产状杂乱。发育沿60°方向延伸的派生挤压裂隙。断裂带内岩性破碎，呈土加碎粒状，泥质胶结，岩层、岩体节理产状无规律。

3.断层破碎带处理原则

针对上峪子隧道断层破碎带围岩成洞条件情况,断层宽度较小,围岩稳定性相对较好,隧道通过这样的断层,可不变施工方法,与前后段

落的施工方法一致,避免频繁变更施工方法,影响施工进度,但过断层带要加强初期支护和适当的辅助施工措施渡过断层带。如超前锚杆与径向锚杆配合，加厚喷射混凝土，并增设钢筋网等措施。必要时可增设钢架。本着“弱爆破、短进尺、少扰动、强支护、紧封闭、勤量测”的施工处理原则。在超前地质预报的指导下，采用在拱部超前小导管注浆预固结围岩的保护下，采用三台阶流水作业法进行施工。 4.断层破碎带施工技术 4.1断层的超前预报 4.1.1地质超前预报。

采用tgp206型隧道地质超前预报系统(tgp即tunnel ge-ology prediction的英文缩写，简称tgp)。利用在隧道围岩以排列方式激发弹性波，弹性波在向三维空间传播的过程中，遇到声阻抗界面，即地质岩性变化的界面、构造破碎带、岩溶和岩溶发育带等，会产生弹性波的反射现象，这种反射波被布置在隧道围岩内的检波装置接收下来，输入到仪器中进行信号的放大、数字采集和处理，实现拾取掌子面前方岩体中的反射波信息，以准确掌握前方断层破碎带的详细情况以及围岩节理裂隙、破碎的发育程度。

4.1.2超前地质探孔。掌子面开挖前，采用长度长于开挖长度2 m～2.5 m的超长钻杆对前方围岩进行钻孔(即使洞身周边出现涌水、涌泥、坍塌等不良地质还能保证2 m以上止浆墙)，根据岩芯和钻进过程中的岩粉、钻速和水质情况，判断前方水文、地质条件。

4.2开挖断层

破碎带开挖采用三台阶流水作业法进行施工，设置临时仰拱支撑，采用短进尺，弱爆破的方法。开挖进尺根据围岩稳定性确定为榀，两榀钢拱架的间距控制为0.75m。小炮开挖，严格控制装药量，尽量一次爆破成型，控制超欠挖避免引起对围岩的二次扰动。 4.3 支护

4.3.1 超前支护

断层破碎带围岩破碎,节理发育,虽然勘测地下水不发育,但工程实际在雨季施工，渗水较多，固采用小导管注浆加固作为超前支护 ①小导管设计参数

1）材料：钢管采用外径42mm、厚3.5mm的热轧无缝钢管，钢管长度4.5m，钢管前端做成尖锥状，尾部焊上箍筋；

2）间距：钢管环向间距为40cm。纵向相邻两排搭接长度不小于150cm；

3）外插角：10°左右。 ②小导管注浆

1）水泥浆水灰比：0.5~1.0（重量比）；

2）注浆压力：0.5~1.0MPa，对于本段有涌水量较大地段，采用有针对性的注浆材料。 ③小导管施工要求

1）小导管安装采用钻孔打入法，即先按设计要求钻孔，钻孔直径比钢管直径大3~5mm，然后将小导管穿过钢架，用钻机顶入，顶入长度不小于钢管长度的90%。

2）小导管安设后，用锚固剂等封堵孔口及周围裂隙，必要时初

喷混凝土，以防工作面坍塌。

3）隧道每循环应小于小导管的注浆长度，预留部分作为下一循环的止浆墙。

4）注浆前注意检查机械是否正常，注浆量达到设计注浆量或达到设计终压时结束注浆，注浆过程中随时观察注浆压力，分析注浆情况，防止堵管、跑浆、漏浆，做好注浆记录。 4.3.2锚喷初期支护

开挖后为缩短围岩的暴露时间，防止围岩进一步风化，必须先初喷混凝土4cm厚封闭围岩；边墙采用4m φ22砂浆锚杆、拱部采用4m φ22中空注浆锚杆，锚杆均设置垫板。纵环向梅花形布置，采用系统锚杆和中空注浆锚杆主动约束洞周变形。锚杆与钢架可靠焊接，形成整体。

锚杆注浆时，安装前须先做好材料、机具、脚手平台和场地准备工作，注浆材料使用硅酸盐或普通硅酸盐32.5水泥，粒径小于2.5mm的砂子，并须过筛，胶骨比1:0.5～1:1，水灰比0.38～0.45，砂浆标号不小于M20。砂浆锚杆作业程序是：先注浆，后放锚杆，具体操作是：先将水注入牛角泵内，并倒入少量砂浆，初压水和稀浆湿润管路，然后再将已调好的砂浆倒入泵内。将注浆管插至锚杆眼底，将泵盖压紧密封，一切就绪后，慢慢打开阀门开始注浆。在气压推动下，将砂浆不断压入眼底，注浆管跟着缓缓退出眼孔，并始终保持注浆管口埋在砂浆内，以免浆中出现空洞，将注浆管全部抽出后，立即把锚杆插入眼孔，然后用木楔堵塞眼口，防止砂浆流失。

锚杆孔中必须注满砂浆，发现不满须拨出锚杆重新注浆。注浆管不准对人放置，以防止高压喷出物射击伤人。

砂浆应随用随拌，在初凝前全部用完，使用掺速凝剂砂浆时，一次拌制砂浆数量不应多于3个孔，以免时间过长，使砂浆在泵、管中