ｒｙ Ｂｒｉｄｇｅ ａｎｄＴｕｎｎｃ Ｍａｃｈｉｎｅｌ 桥机械＆施工技术＆ ＲＭＣＭ ●■■■●——●●■一 ＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 隧道穿越软弱围岩及断层破碎带的工程对策 Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｓ ｆｏｒ Ｔｕｎｎｅｌ Ｔｒａｖｅｒｓｉｎｇ Ｗｅａｋ Ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ Ｒｏｃｋ ａｎｄ Ｆａｕｌｔ Ｃｒａｃｋｅｄ Ｓｔｒｉｐ 潘雪峰 ＰＡＮ Ｘｕｅ—ｆｅｎｇ 山西省交通规划勘察设计院，山西太原（｝３（）（）Ｉ２ Ｓｈａｎｘｉ Ｐｒｏｖｉｎｃｉａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｐｌａｎｎｉｎｇ，Ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｔａｉｙｕａｎ ０３００１ ２，Ｓｈａｎｘｉ，Ｃｈｉｎａ 【摘要】隧道穿越软弱围岩及断层破碎带路段时，容易产生突发性地质灾害，直接威胁施工人员和设备的安全 本 文结合山西省第一长隧道——宝塔山特长隧道的工程实践，介绍了隧道穿越软弱围岩及断层破碎带路段的衬砌结构 设计及施工防洽措施，同时着重分析了超前帷幕注浆设计及施工的关键技术，可供同类工程设计和施工参考。 【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ｗｈｅｎ ｔｕｎｎｅｌ ｔｒａｖｅｒｓｅｓ ｗｅａｋ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｒｏｃｋ ａｎｄ ｆａｕＩｔ ｃｒａｃｋｅｄ ｓｔｒｉｐ，ｉｔ ｉｓ ｅａｓｙ ｔｏ ｂｒｉｎｇ ｐａ ｒｏｘｙｓｍａｌ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｄｉｓａｓｔｅｒ ｉｎ ｃｏｕｒｓｅ ｏｆ ｄｉｇｇｉｎｇ ａｎｄ ｉｔ ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｔｈｒｅａｔｅｎｓ ｔｈｅ ｓｅｃｕｒｉｔｙ ｏｆ ｂｕｉｌｄｅｒｓ ａｎｄ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ．Ｆｏｒ ｔｈｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｅｘａｍｐｌｅ ｏｆ ｔｈｅ ｆｉ ｒｓｔ ｌｏｎｇｅｓｔ ｔｕｎｎｅｌ，ｔｈｅ Ｂａｏｔａｓｈａｎ ｔｕｎｎｅｌ ｉｎ Ｓｈａｎｘｉ ｐｒｏｖｉｎｃｅ，ｔｈｅ ｌｉｎｉｎｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｄｅ— ｓｉｇｎ ａｎｄ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｕｒｅ ｍｅａｓｕｒｅ ｗｈｅｎ ｉｔ ｔｒａｖｅｒｓｅｓ ｗｅａｋ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｒｏｃｋ ａｎｄ ｆａｕＩｔ ｃｒａｃｋｅｄ ｓｔｒｉｐ ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ Ｋｅｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ａｂｏｕｔ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ａｄｖａｎｃｅ ｃｕｒｔａｉｎ ｇｒｏｕｔｉｎｇ ａｒｅ ａｄ— ｄｒｅｓｓｅｄ，ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｐｒｏｖｉｄｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ａｎａＩｏｇｏｕｓ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ。Ｓ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ 【关键词】隧道；软弱围岩；断层破碎带；帷幕注浆 【Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ】ｔｕｎｎｅｌ；ｗｅａｋ ｓｕ ｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｒｏｃｋ；ｆａｕｌｔ ｃｒａｃｋｅｄ ｓｔｒｉｐ；ｃｕ ｒｔａｉｎ ｇｒｏｕｔｉｎｇ 中图分类号：Ｕ４５２．２７ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１０００－０３３Ｘ（２０１０）０２—００６３—０４ ０引言 随着经济的快速增长．高等级公路逐步从平原微丘 区向山岭重丘区延伸．、为适应地形、克服高差、缩短里棒、 １０ ４８０，ｌ１－是山两省第一长隧道，为满足营运通风及施工 辅助坑道的需求，共设置３处斜井，ｌ 斜井长１ ０３２ ＩＩ ，２ 斜 井长９１２．６ Ｉ１１。３ 斜井长８９４．９… 隧道设计为双车道，设计 速度为８０ ｋｍ．Ｉｌ ．行车道宽７．５ Ｔ１．单洞建筑限界宽度为 保护牛态环境．公路线型无法避免在不良地质路段修筑 １０．２５ ｒ”．紧急停车带建筑限界宽度为ｌ３．Ｏ０ ｌ１隧道洞体 隧道 隧道处于不良地质路段不仅极大地增加了设计和 最大埋深约６００ Ｉ（１１。两端洞口设计高在ｌ ｌ５２～１ ２９２ ｌｎ之 施工难度．而且严重地影Ｅ向施工人员和设备的安全，延误 工期、增加工程造价，影响隧道工程的运营质量和耐久 性． 本文结合实际工程．介绍隧道在软弱围岩及断层破碎 带路段的衬砌结构设计及施工防治措施，熏点提出帷幕 间，相对高差约１４０ １３ｌｆ 、 ２工程水文地质概况 宝塔山隧道埋深范闱内地下水类 为基岩裂隙水，主 要赋存于基岩节理裂隙及断层构造带内，隧道富水段主要 注浆设计及施工的关键技术，为以后同类 隧道的设计 与施工提供指导 集中在隧址区东段的构造带中．．根据隧道埋深情况，隧道 １工程概况 宝塔山特长隧道为山岭石质隧道，地处汾邢（汾阳至 邢台）高速Ｋ１９＋５３５～Ｋ３０＋０１５段。左洞长】０ １９０ ｍ，右洞长 洞体处在地下水渗流带中，综合地质调－杳、钻探验证和物 探结果等资料分析。洞体富水段落集中在Ｋ２６＋３５０－Ｋ２８＋ ５００。其中以Ｋ２６＋３５０～Ｆ１７断层ｆＫ２７＋８００）为主富水段．Ｆ ｌ７ 断层（Ｋ２７＋８０Ｏ卜Ｋ２８＋５００段为次富水段 、主富水段洞室内 桥 机械＆施工技术Ｂｒｉｄ￣ｔｅ ａｎｄ Ｔｕｎｎｅ Ｍａｌ ｃｈｉｎｅｒｙ Ｃ＆ ｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＦＩＩ ＭＣＭ ●■●——一●■一 ，ｇＹ ４．２．２长锚杆力口固 ｆ３１注浆压力 比实测水压高２ Ｍｌｉ，ａ，注浆终孔压力 比实测水压高４ Ｍ ．孔口段以渗透注浆为主，注浆压力 为０．５～１．０ ＭＰａ 锚杆采用直径４２ ｎ的钢管整环加固，长度为４．５ ｍ， 环向间距（）．５ ｍ．纵向间距０．６ ｆＪｌ，使用高压注浆加固，注 浆压力为１～２川 现场施工过程中，可根据监控鼙测数 ｆ４１４注浆孔开孔直径为１０２～１２７ ＩＩ１１１１，开挖轮廓线上 的注浆导管采用５～ｌ０ ｌ１长、０８９～１０８ ｌｌｌｌｌ／的钢花管作孔 口管，中间部分注浆导管采用 ｌＯ０ Ｉｌｌ［１ 的ＰＶＣ花管。 据及阐岩情况调整锚杆 ４ ２．３锏拱架支护 钢支撑采用了ｌ２０１）３２字钢拱架．．施工中应根据变形 ｆ５）在达到设计终压之后继续注浆一段时问，在注浆 情况增设钢架支护或提高钢拱架的强度和刚度 ４．２ ４超前帷蒜注浆 根据断层工程水文地质条件，通过理论计算、工程类 比等方式，对软弱闱岩及断层影响带采用超前帷幕注浆。 结合现场施ｌ台架、机械设备等情况，确定钻孔、终孔位 置均采用平行布孔方式。注浆设计如图１所示 １ 孔厩往浆爻孔Ｉ羹Ｉ 为准确掌握适宜的超前帷幕注浆参数，提高注浆质 量。廊首先进行注浆试验，掌握浆液填充率、注浆量、浆液 配合比、凝结时间、浆液扩散半径、注浆终压等参数，并根 据试验结果调整注浆参数和注浆量、注浆主要参数表见 表３。注浆时应注意以下几点 袅３超前帷幕洼紫主要参数 …每个断面注浆导管数量为４０～８０根，具体施工中 可根据闱岩情况局部调整 掌子面注浆孔间距为０．７５～ １．５ ｍ，可根据实际开挖情况全断面或局部布孔注浆加 固 、浆液扩散区重叠５（ （２）注浆孔长度为ｌ５～２０｜１１，开挖１０～ｌ５ ｍ１．预留５～ ８ ｎ 作为下一段注浆的止浆岩盘 注浆时应注意观察掌 子面的变形 必要时用５０～ｌＯ０ Ｃｍ厚的模筑混凝土作为注 浆封堵面 压力没有明显下降时结束注浆 每次循环注浆结束后，应 做钻子Ｌ检查和红外线探测 检查合格后方可开挖．否则府 做补注．． （６）注浆过程中 经常检查，记录注浆压力、注浆量、 凝固时间、掌子面及附近支护状况，并根据地质条件变化 调整注浆参数 、 ４…－－）５长管棚注浆超前加固 超前帷幕注浆施工完毕并经检育合格后，采用超前 长管棚预支护拱墙，管棚直径为８９ ｔ ［１１，长度为２０ ｍ，环向 间 ０．３ ｍ，外插角５。～８。，高压注浆，注浆压力大于２ ＭＰａ， 注水泥水玻璃浆 使管棚与隧道初期支护形成封闭的支 护体系，以防止阐岩坍塌．确保隧道施工安全。 ４．２ ６允许变形的措施 喷层预设纵向伸缩缝，环向间ＩｇＥ２～３ ｍ．缝宽…～ｌ５ ， 变形稳定后采用高强喷射混凝土实现封闭， 采用钢纤维喷射混凝土，并辅以０８ ｍｍ钢筋网 施 工时可根据峪控量测及地质超前预报数据，在喷射混凝 土中掺加其他各类纤维、专用聚合物或在喷层中铺设各 类网片以增加其变形最，形成柔性ＩＩ责层 ４．２．７二次衬砌 采用封闭式钢筋混凝土进行二次衬砌．加强仰拱．二 次衬砌要早成环 。 ４．３施工方法及注意事项 ４．３ １地质超前预报及大变形预驯 首先对照设计文件就岩层流变情况进行调禽与核 对．对岩石进行翌畏踪式物理力学指标测试．建立地质数据 库。结合地应力及现场量测反馈信息．分析预报大变形破 坏程度及段落长度，进而根据预测的围岩变形程度采用 相应的支护结构．避免盲目施工！、 ４．３．２开挖方式的选择 …选择开挖方法 在软岩开挖中采用预裂爆破或光 面爆破，预留松动层，变深孔爆破为浅孔爆破，加密初期支 撑，各工序衔接紧凑，要及时对基底进行临时封闭，掌握好 控制的时间与空间效应：在有条件时采用无爆破掘进， （２）选择开挖断面 开挖方法采用双侧壁导坑法、单 侧擘导坑法，使开挖断面／ｊ、于发牛大变形的临界断面 （３）设置预留量 在洞宰开挖过程中预留４０ ｔｍ・变形 ＲＭＣＭ Ｂ桥隧机械＆施工技术 ｒｉｄｇｅ ａｎｄ Ｔｕｎｎｅｌ Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ＆Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 最。由于地下工程的复杂性与不可预见性，为了避免围岩 塑性区范围的长锚杆；缩短台阶长度与从开挖到支护的时 产生过大变形侵入限界。允许围岩产生一定变形．防止初 间，及早闭合支护环；下半断面与仰拱同时施工．仰拱及早 期支护变形侵入限界 闭合；适时全断面施工二次衬砌 ４．３．３建立日常量测管理机制 ｆ４１防止开裂。喷层设纵向伸缩缝。采用喷钢纤维混 在隧道开挖后施作初期支护的同时。需按照工程量 凝土，二次衬砌配置钢筋 测要求安设各种测点．对洞室收敛变形ｆ垂赢和水平位 （５）改良围岩。管棚高压注浆加固围岩．小导管高压 移）、围岩内部变形、喷层接触压力及锚杆轴力进行量测。 注浆，超前钻孔注浆 通过对量测资料的反馈分析，结合软岩变形与地压分布 特点确定围岩变化趋势和支护结构的工作状态．调整支 ５结语 护参数，逐步建立起完善的控制管理基准．进行最终位移 的预测 本文结合宝塔山特长隧道的工程实例，介绍了隧道 ４．３．４工程措施 穿越软弱围岩及断层破碎带路段的结构设计及施工防治 在施工中需根据洞室破坏的不同部位采取有针对性 措施。软弱困岩及断层破碎带在隧道开挖过程中具有很 的工程措施。做到有的放矢 。 强的突发性和破坏性，同时也具有一定的规律性 为了掌 （１）加固掌子面。掌子面顶部打设超前铭杆或超前小 握隧道支护结构的受力状态，提高隧道穿越复杂地质的 导管注浆或长管棚高压注浆加固地层：喷射混凝土及时 设计和施工水平，确保隧道长期运营安全。应考虑对隧道 封闭掌子面，增设正面超前锚杆；小断面分部开挖或留核 穿越不良地质路段的衬砌外水土压力、模筑衬砌内力、隧 心环挖，及时加固；缩短每一次掘进的长度 道基础沉降等进行长期观测与监控 （２）稳定基脚。向底部软弱 岩高压注浆加固；打设锁 参考文献： 脚锚杆并施加预应力；扩大拱脚；采用带垫板的支撑增大 ［＝ｊ］ＪＴＧ Ｄ７《）一２（）（）４，公路隧道设计规范（ｓ］． 支承面积；采用大曲率加强型钢筋混凝土仰拱．及时封闭 ［２］徐建国，王复明，蔡迎春隧道收敛变形监测及围岩特性参数反 成型，保证隧道收敛：采用分部开挖时上半断面设临时底 演【ｆ】中国公路学报，２００８，２／（３）：８１～８５． 部弧形支撑或仰拱。将拱脚顶紧形成拱部：临时封闭结构． ［３］』 ＦＧ Ｆ６（）一２（】ｃ）９，公路隧道施工技术规范［ｓｊ 防止拱脚向洞内变形或整体下沉，尽早形成临时闭合环。 收稿日期：２００９－０７－１１ （３）防止断面挤入、 开挖后随即打设径向锚杆、网喷混 ［责任编辑：唐伟琼］ 凝土（钢纤维混凝土）直至增加钢拱架支撑；增加超过围岩 （上接第６２页） 道建设，２（）０９．２９（２）：２２７－２３１． 测成果进行及时分析、反馈，才能理性地作出判断。采取 Ｉ ２ 孙伟亮堡镇隧道高地应力顺层偏压软岩大变形段的快速施工 合理的处治方案，抑制高地应力。在隧道开挖中，尽量采 技术『Ｊ 隧道建设，２０（ ，２９（１）：７６～８１ 取短台阶、少装药、弱爆破的方式，以减小对闱岩的扰动。 ［３］刘志春，李文江，朱永全，等．软岩大变形隧道二次村砌施作时机 在高地应力段炭质页岩的隧道施工中．仰拱及二次衬砌 探讨［Ｊ］．岩石力学与工程学报，２００８，２７（３）：５８Ｏ一５８８． 要紧跟施作．尽早形成封闭的受力环，及时利用二次衬砌 ［４］来弘鹅，林永贵，谢永利，等不同应力场下软弱强岩公路隧道的 的闭 性结构来抵御围岩的余变，才能确保隧道顺利穿过 力学特征试验ｆＪｊ．中国公路学报，２００８，２１（４）：８１—８７． 受高地应力影响的炭质页岩大变形地段。 收稿日期：２ＯＯ９一Ｏ８一Ｏ９ 量瞳室麴 ……………………一……一…………………… ［责任编辑：唐伟琼］ ＿１］王水善．堡镇隧道软岩高地应力地层大变形控制关键技术［Ｊ］ｌ遂