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大跨度公路隧道穿越断层破碎带施工技术
作者：王鹏飞
来源：《价值工程》2015年第16期
摘要： 结合工程实例，通过对穿越F19（鸡笼山断裂）、F20（源潭断裂）的莲花山2#隧道施工实践的归纳，借助超前地质预报手段，根据围岩情况及时调整施工方案，取得良好效果，通过该段施工更加深了对地下工程特别是特殊地质的认识。
Abstract： Based on an engineering example， by summarizing the construction practice of Lianhuashan 2# Tunnel crossing the F19 （Jilongshan fracture） and F20 （Yuantan fracture）， this paper used advanced geological prediction means to adjust the construction program according to surrounding rock， which had made good results and deepened the understanding to the underground construction project in particular special geology. 关键词： 大跨度；隧道；破碎带；施工；技术
Key words： large-span；tunnel；fracture zone；construction；technology 中图分类号：U455 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）16-0068-04 0 引言
随着我国经济的高速迅猛发展，对交通运输能力要求不断提升，适应交通的三车道隧道已成为设计首选。而大跨度隧道在施工过程中可能会遇到断层破碎带，选择合理施工方法确保安全顺利的通过断层破碎带尤为重要。为确保大跨度隧道成功穿越断层破碎带，本文以莲花山2#隧道为为例，详细介绍了三车道隧道穿越断层破碎带的采用监测方法、支护参数及时调整、开挖工法控制要点，为类似工程项目提供借鉴。 1 项目背景 1.1 工程概况
莲花山2#隧道为特长隧道，双向六车道，左右线分离布设，进口里程K200+337（ZK200+365），出口里程K200+445（ZK205+505），隧道左线长5140m，右线长5108m。最大开挖高度11.4m，最大开挖宽度17.65m，最大开挖面积169.2m2。隧道区属丘陵地貌，地形起伏较大。隧道范围内中线高程118m～695m，最大高差约578m。山体自然坡度20°～35°，植被较发育。进、出口均处于山前斜坡地带，山坡处于基本稳定状态。隧址区潮州端洞口附近仅有狭窄山路通过，惠州端洞口有简易道路通过，交通条件差。隧址区第四系覆盖层主要为坡积成因（Qdl）含碎石粉质黏土、粉质黏土及残积成因（Qel）粉质黏土，分布不均匀，
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部分地段基岩出露，地层岩性主要为侏罗系上统南山村组（J3n）熔结凝灰岩等，部分段为燕山期（γπ）花岗斑岩侵入体。
F19（鸡笼山断裂）：隶属于北西向源潭断裂组，断裂呈300～340°方向延伸，倾向南西，倾角70～80°。发育10～25m左右不等的硅化破碎带、断层角砾岩，宽约20m。 F20（源潭断裂）：断裂呈300～310°方向延伸，倾向北东，倾角55～80°。延伸长6km，发育5～10m不等的硅化破碎带、由硅化石英岩组成，具重结晶现象。 1.2 断裂带特点
F19（鸡笼山断裂）：断裂经历了正断层向逆冲断层的转化，由张性向压剪性转化，剪切方向多为左旋。地貌上常表现为脊状山峰，有时也表现为线状沟谷。ZK198+320-ZK201+000段与线路走向大致平行，位于线路左侧约100m-500m。鸡笼山断裂的分支断裂F19-1与莲花山2号隧道相交于地表桩号ZK201+200、K201+265处，倾向西南，倾角约70°-80°；物探可控源法（CSAMT）测线揭示K201+120～K201+600段，在隧道底板上方约50m范围内有一处低阻带，视电阻率为800～1100Ω·m，推测为该段地层含水量丰富；钻探2-ZK3揭露孔深368.2m-373.7m为构造破碎带，张拉裂隙发育，多岩屑充填，已硅化，物探揭示的低阻带为构造破碎带及其影响带，与钻探及地质调查验证良好；该断层对隧道围岩级别划分影响较大。 F20（源潭断裂）：断裂性质表现为张扭性，断裂经历了正断层向逆冲断层的转化，由张性向压剪性转化，剪切方向多为左旋。地貌上常表现为脊状山峰，有时也表现为线状沟谷。地质调查点FD11、FD12、FD13、C8D950均揭露到该断层露头；物探高密度测线L2H4、L2H5横测线均有低阻异常；因倾角变化大，2-ZK8钻孔未揭露至该断层。该断层与线路相交于地表桩号K204+310、ZK204+440处，呈约20°小角度相交，对隧道围岩级别影响较大。（隧道破碎带里程见表1） 2 施工方案
开挖作业前对前方围岩利用地质雷达进行地质预报，提前掌握了解前方围岩情况、裂隙水发育情况，便于采取有效的施工方案，根据地质探测结果进行超前支护，随后严格遵循“微爆破、短进尺、强支护、及时二衬”的原则，采用人工配合机械开挖，尽量维护岩体的原始状态，避免爆破对围岩产生扰动而出现破坏性坍塌，根据该段围岩的特殊性采用“双侧壁导坑法”分部开挖，各部位严格按照设计图纸安全步距进行开挖，每循环进尺0.75m。 3 主要施工工序 3.1 TSP超前地质预报
在隧道右边墙（面对掌子面）布置爆破钻孔24个，采用？准38mm（钻头钻孔），间距1.5m，深度1.5m。孔口离隧底高1m，第1个炮孔离同侧接收器孔20m，炮孔距1.5m。每个炮
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孔装药166g。采用？准45mm钻头钻孔，接收器孔位于隧道左右边墙（各1个），孔深2m，孔口离隧底高1m，距离掌子面约55m。监测体系布置如图1、图2所示。 3.2 开挖作业
四段围岩都处于破碎带围岩主要为破碎带，岩体极破碎，围岩自稳能力差，无支护时拱部易坍塌，侧壁易失稳。集中降雨状态下洞室内呈淋雨状或点滴状出水，可能产生突泥、突水现象。因此对于四段破碎带影响里程段采用“双侧壁导坑法开挖”，每循环进尺0.75m。双侧壁导坑开挖采用人工开挖配合机械开挖，每循环进尺不大于一榀（0.75m）。隧道左右断面间距控制在1～2倍洞径尺寸，隧道左、右侧导洞上下掌子面间距少于10m，主洞上、中台阶间距5～10m，主洞中台阶长度5～10m，主洞下台阶长度5～10m，二衬距离下台阶长度小于20m。
采用长度4.5m？准50环向间距40cm超前注浆小导管进行超前支护，在施工过程中，初期支护若发生较大变形，通过过个循环的试验，分别对小导管的外插角、水灰比、水泥浆与水玻璃体积比、水玻璃浓度、注浆压力等进行优化。 双侧壁导坑法施工步序为：
①主洞长管棚超前注浆或超前小导管注浆预支护。 ②左侧导洞上半断面开挖。
③左侧导洞上半断面初期支护（安装钢拱架、挂钢筋网、安装锚杆、喷混凝土）。 ④左侧导洞下半断面开挖。
⑤左侧导洞下半断面初期支护（安装钢拱架、挂钢筋网、安装锚杆、喷混凝土）。 ⑥右侧导洞上半断面开挖。 ⑦右侧导洞上半断面初期支护。 ⑧右侧导洞下半断面开挖。
⑨右侧导洞下半断面初期支护（安装钢拱架、挂钢筋网、安装锚杆、喷混凝土）。 ⑩主洞上部开挖。
{11}主洞上部初期支护（安装钢拱架、挂钢筋网、安装锚杆、喷混凝土）。 {12}主洞中部开挖。
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{13}主洞下部开挖。
{14}主洞下部初期支护（安装钢拱架、喷混凝土）；拆除临时侧壁。 {15}浇注主洞仰拱。
{16}敷设防水板，采用模板台车全断面一次模筑二次衬砌混凝土。
采用？准50热轧无缝钢管长度4.5m超前注浆小导管进行超前支护，间距40cm，导洞使用I18钢拱架，纵向间距75cm。Φ22药卷锚杆长度2.5m，间距150*75cm。径向锚杆采用？准25中空注浆锚杆，I22b工字钢纵向间距75cm。在施工过程中，初期支护变形较大时，通过多个循环的试验，分别对小导管的外插角、水灰比、水泥浆与水玻璃体积比、水玻璃浓度、注浆压力等进行优化。
施工工序及衬砌施工平面图见图3、图4。 3.3 初期支护
隧道主洞、导洞设计支护参数见表2、表3。
施工过程根据监控量测数据，及时隧道的支护参数，主要是采取增加超前小导管的长度、锁脚锚杆的长度、及时调整钢拱架间距等措施，利用超前支护及时对破碎围岩进行固结，增加围岩的稳定性，充分发挥钢拱架整体受力作用，减少围岩变形，进而充分保证隧道安全。 3.4 监控量测
通过监控量测数据及时掌握围岩动态，及时掌握破碎带走向和支护的稳定性，保证隧道安全和施工质量。各个导坑收敛测试结果如表4、表5。
将表4及表5数据作散点图，连成曲线，先行导坑开挖第十天后行导坑开挖，导坑收敛曲线图5所示。
从散点图可以看出，后行导坑与先行导坑的收敛趋势基本一致，但先行导坑收敛值较大，第8-10天先行导坑仰拱开挖，先行导坑收敛速度明显增大。第18-22天后行导坑仰拱开挖，后行导坑收敛速度也明显增大，同时对先行导坑收敛速度也有一定影响。导坑拱顶沉降值如表6、表7所示。
将表6及表7数据作散点图，连成曲线，先行导坑开挖第十天后行导坑开挖，如图6所示。
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从散点图可以看出，后行导坑与先行导坑的变化趋势基本一致，但先行导坑收敛值较大，第8-10天先行导坑仰拱开挖，先行导坑沉降速度明显增大。第18-22天后行导坑仰拱开挖，后行导坑沉降速度也明显增大，同时对先行导坑的沉降速度也有一定影响。 3.5 二次衬砌
在仰拱和回填完成后，及时进行二次衬砌施工，按照设计要求施作防水层和其他排水措施，同时做好各种预埋件及预留洞室的安装，利用衬砌模板台车一次性灌注衬砌混凝土。 4 几点体会
①各个洞室开挖完成后，要及时进行初支及临时支护，封闭成环。
②严格按照设计图纸中双侧壁导坑开挖支护步骤，各部开挖时，每个循环保留一定的安全步距，避免整体开挖造成工字钢悬空，产生变形。
③临时钢拱架的拆除应在洞身主体结构除吃支护完成且稳定后方可进行。
④根据监控量测的结果，及时调整支护参数，锁脚锚杆可以调整为锁脚锚管，加强注浆更好的保证钢拱架的整体受力。
⑤施工过程中加强洞内的排水，各部开挖时预留排水坡，尽量保持洞内干燥。 5 效果分析
大跨度隧道越断层破碎带采用双侧壁导坑法开挖，施工中借助超前地质预报手段，根据围岩监控量测情况及时调整支护参数，取得显著效果主要体现在：一是及时优化调整支护参数，强化支护措施，确保施工及后期运营安全；二是通过调整导坑断面来提高机械利用率，减少人工开挖，加快施工进度；三是借助综合超前地质预报及监控量测，动态调整施工方案，降低了施工成本。 6 结语
采用“双侧壁导坑法”施工采用机械与人工配合开挖，实现了对围岩的零扰动，对围岩的相对稳定起到了积极的作用。强支护，仰拱紧跟，早封闭成环，有效的控制变形确保围岩的整体性和施工安全。及时排除围岩积水，各个工序衔接紧凑，避免围岩长时间暴漏浸泡，而产生的围岩及支护体失稳变形，及时施工二次衬砌。 参考文献：
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[1]广东省高速公路工程设计标准化隧道标准图，中交第一公路勘察设计院有限公司，2013.
[2]JTJF60-2009，公路隧道施工技术规范[S].北京：人民交通出版社，2009. [3]GB50108-2001，地下工程防水技术规范[S].北京：中国建筑出版社，2009. [4]大跨隧道双侧壁导坑法施工力学行为研究[J].北方交通，2008.
