施工技术隧道斜井断层破碎带施工技术杨勇郭得福2（1.中铁隧道集团科研所，河南洛阳471009；2中铁隧道集团工程处，河南新乡453000）井施工中安全通过断层破碎带的技术难题，达到了安全施工的目的。

　　杨勇（1980-），男，河南洛阳人，中铁隧道集团科研所防排水室助理工程师，河南洛阳市西工区陵园东路3号石忠高速公路方斗山隧道是沪蓉国道主干线分水岭（渝鄂界）至忠县境内的重点控制性工程，穿越断层、煤层、岩溶等不良地质，该断裂带承压地下水丰富，地表有碑记沟穿越。其斜井左线倾角24°，右线倾角22°左线断面面积为727m2，为目前国内大断面斜井。

　　受F4断层影响严重，岩体破碎~较破碎，呈角碎状松散结构，层间结合力差，围岩易坍塌，处理不当会出现大丹塌，侧壁不稳，经常小坍塌。预计出水量大于20⑴0m3 /d受断层导水影响，可能发生涌水、突泥等灾吾现象。

　　1描绘掌子面321里程时，掌子面围岩左侧为泥灰岩，右侧为强风化极软质页岩、泥岩，岩体主要呈薄层状构造，节理裂隙发育，层间结合力差，围岩自稳能力较差；斜井右线开挖至JYK0+354里程时，掌子面围岩以强风化极软质页岩、泥岩为主，夹有少量泥灰岩，呈薄层状构造，节理发育，层间结合力差，褶曲构造极发育，呈扭曲、倒转状，极软质页岩在开挖后遇水迅速风化，围岩自稳能力极差。左右线累计出水量约达5448m3/，给抽水工作带来极大负担，地表有几处泉水水量逐渐减小，直到枯竭。

　　2超前地质预报为了掌握掌子面前方地质情况，保证施工安全，为下一步施工方法的选择提供可靠的信息保证，必须实施超前地质预报，在斜井断层破碎带的特殊条件下，主要采取TSP-203、地质雷达、超前探孔等超前地质预报方法，以及利用地质描述综合判断地质情况，获得了详细实用的数据，有力地指导了下一步的施工。

　　2.1TSP超前地质预报利用TSP-203探测隧道前方地质情况，能够解决以下问题：①能够探测和解译掌子面前方的断层、特殊软岩、媒系地层中的煤层、富水砂岩和媒系地层与其它地层的界限，还可以探测和解译掌子面前方存在的溶洞、暗河、岩溶陷落柱和淤泥带等不良地质体；②可以查明上述不良地质的位置和规模，也可以大致判断为不良地质体的围岩级别。

　　方斗山隧道斜井断层破碎带的TSP-203超前探测结果与实际揭露地质基本一致，因此可作为指导性的地质资料，TSP-203预测结果如表1所示。

　　注浆材料主要采用普通水泥单液浆或普通水泥-水玻璃双液浆……注浆顺序为先注普通水泥单液浆后油1池丨全断面超前又预注浆施工工工艺流程如图/所示：enki.et表2注浆方案选择里程长度/m主要采用的注浆方案左JZK0+321~ JZK0+28338全断面周边注浆线JZK0+124107局部注浆右JYK0+34311全断面周边注浆斜材料选择流程3注浆参数选择（见表3）表3注浆参数参数名称斜井断层破碎带加固范围开挖轮廓线外6m扩散半径m2终孔间距m<3注浆段长m30注浆终压MPa25表1TSP-203预测结果里程长度/m探测结果推断左~JZK0+283743围岩强度相对较软弱，岩体破碎较破碎，节理裂隙较发育，局部可能出现渗水JZK0+283 ~JZK0+23152围岩强度相对软弱岩体破碎，节理裂隙发育，岩溶发育，存在含水构造。推测为断层及影斜~JZK0+124107响带，段内可能出现突水突泥围岩强度相对较强岩体完整~较完整，局部可能有渗水右~JYK0+37010.8围岩强度相对较强岩体较破碎，节理裂隙较发育，岩溶较发育，局部可能出现渗水JYK0+370 ~JYK0+34327围岩强度相对软弱岩体破碎，节理裂隙发育，岩溶发育。存在含水构造，可能出现涌水斜~JYK0+29152围岩强度软弱，岩体破碎，存在含水构造，可能出现突水突泥JYK0+291 ~JYK0+25833围岩强度相对软弱岩体较破碎，节理裂隙较发育2.2超前探孔预报采用水平地质钻机对斜井左右线掌子面前方地质进行了超前钻探，这是一种比较直观的探测方法。经对钻孔过程分析后发现：斜井左线JZK0+321JZKO+291段斜井通过的区域围岩破碎，水量较大，伴有黄泥产生，处于不同地质的交界带，地质条件异常复杂，开挖时容易产生突水、涌泥和坍方等事故；右线JYK0+ 354JYK0+324段斜井通过的区域围岩破碎，水量较大，地质条件异常复杂，开挖时容易产生突水、涌泥和坍方等事故，因此必须实施全断面超前预注浆，用以固结围岩及堵水，确保前方施工安全。

　　2.3地质雷达超前地质预报根据地质雷达的技术水平和特点，探测此范围地层的地质异常体（溶洞、土洞、断裂、孔隙）是一种比较理想的手段，一次探测530m取得了较好的效果。并且采用中低频率的天线探测开挖后铺底前隧道底部是否隐伏岩溶洞穴破碎围岩，保证了施工安全。

　　4地质描述综合判断根据已开挖的地质情况，结合地质雷达、TSP以及超前探孔等预报手段，并参照设计单位提供的地质资料，经综合分析得出相应可靠的结论，描绘出地质情况，从而有效地对施工进行指导。

　　3超前预注浆施工由于斜井的特点，流水无法自动流出，因此在保证开挖安全的情况下，需要保证隧道的涌水量较小，所以，采用注浆堵水并加固围岩的方法，保证施工安全和减少隧道涌水量。

　　1注浆方案选择根据超前地质预报和设计要求以及现场情况，采用局部注浆、全断面周边注浆、全断面帷幕注浆3种注浆方式进行施工。在断层影响带采用全断面周边注浆，过断层带时采用全断面帷幕注浆，开挖后根据情况采用局部注浆。结合TSP超前地质预报对具体注浆方案选择如表2所示。

　　3.2注浆材料选择现场注浆施工中，注浆参数应根据情况进行动态调整优化。

　　3.4注浆工艺实施前进分段式注浆工艺，破碎带注浆分段长度为35m，其它地层每次注浆分段长度为58m.深孔1-成每一段的超前预注浆后！实施该段（的Mblishing根据大断：画斜井的特点采用t小型挖掘机配合斜3.5注浆效果评定分析法主要是根据注浆施工过程中的曲线、浆液填充率反算、涌水量对比分析等方法来评定注浆效果。

　　钻检查孔法根据注浆实施状况，选择可能存在薄弱环节的位置进行钻孔检查，检查孔应不涌水、涌泥、涌砂。单孔涌水量应符合要求。

　　3.6补充注浆选择可能出现薄弱环节的位置进行钻孔检查，若达不到注浆效果应进行补孔注浆，补孔数量、参数、要求等根据实际情况动态设计。针对方斗山隧道斜井破碎带地质构造，采取超前预注浆方案只能达到整体性的注浆加固堵水效果，保证施工中不会产生大范围的涌泥、涌砂、涌水和坍塌。但要减小注浆盲区，提高注浆效果，保证开挖施工的安全和稳定，还需增加2个循环的小导管进行注浆加固。

　　4开挖后径向注浆在断层破碎带开挖及初期支护完成后，为保证安全，加固围岩，需要进行径向注浆，径向注浆加固范围为5m，垂直于开挖轮廓线环向布设2mm注浆孔。注浆孔呈梅花形布置，利用小导管进行注浆施工，以达到堵水加固的目的。径向注浆采用小导管（必要时采用TSS管）全孔一次性注浆，注浆材料主要为普通水泥-水玻璃双液浆；注浆终压为0.51.（MPa. 5开挖及支护51开挖方法的选择开挖及初期支护施工，开挖前，先施作42mm超前注浆小导管（L=5. 0m，§=4mm），再进行开挖。断层破碎影响带主要采用分部开挖法或者CD法施工，初期支护紧跟掌子面施作。开挖分上下短台阶，上台阶预留核心土环形开挖，完成拱部后，利用核心土稳定掌子面，兼做施工平台，如开挖后变形过大，可增设型钢中隔墙进行加强支护。在断层破碎带的核心区用CD或CRD法开挖支护，以保证安全。整段开挖坚持“短进尺、弱爆破、紧封闭、强支护、勤量测”的原则进行。

　　52采用光面爆破技术爆破采用浅孔光面爆破，降低一次爆破用药量，尽可能减少爆破对围岩的影响。采用人工风钻钻孔，非电毫秒雷管松动爆破。开挖进尺可根据现场情况确定，但不得超过1榀拱架的间距。

　　53支护技术开挖后必须及时施作型钢拱架，系统锚杆采用管式注浆铺杆（即2mm注浆小导管，L=50m，§=4mm），系统锚杆安装后施作钢筋网，喷混凝土尽快封闭。在型钢拱架与拱架之间采用连接钢筋焊接牢固，喷射混凝土要减少回弹量，管式注浆锚杆要施作到位，以保证注浆效果，钢筋网设置牢固并均匀承重。

　　对于断层破碎带的特殊地质条件，每个循环的复喷必须及时进行，否则会发生因应力作用不均匀而导致初喷混凝土和围岩碎块剥落现象，危及施工安全，复喷混凝土必须密实，表面平整光洁。

　　不良地段施：工小组技术资洵：中铁隧道集团科研所井提升系统出碴，挖机不能到达的地方采用人工出碴，集中后由挖机装车，然后由提升系统提升出碴，提升系统主要由提升设备、矿车及轨道组成。

　　提升设备斜井共采用4⑴kW双钩绞车进行提升，左右线各1台，卷桶直径2 500mm，卷桶宽15⑴mm，拉力90kN，大提升速度3.8m/s，钢丝绳直径31mm（为右交捻绳）钢丝绳长1⑴0m，电机功率400kW，总重35矿车运碴专用矿车容量为4m3，理论运碴约65t，左右线各2台。钢丝绳与矿车采用绳卡连接，矿车的另一端可与喷浆料运输车连接，在喷浆作业时可简单安全地连接，在喷浆作业后便于及时摘除。

　　轨道布置采用四轨双线，43kgm钢轨，轨距温泉。超前地质预报技术在方斗山隧道施工中的应用。隧道维力学分析。现代隧道技术，2005，（4）。

　　张海波，殷宗泽，朱俊高。近距离叠交隧道盾构施工对老隧道影响的数值模拟。岩土力学，2⑴5，（2）。

　　关宝树。隧道施工的技术特性、理念及其发展（上）。铁道建（上接第51页）出，当隧道开挖断面较小时，隧道拱顶沉降与地表沉降都较小，而随隧道开挖断面的增加，拱顶沉降和地表沉降都增加，且拱顶沉降的台阶法地层分层沉降曲线速率大于地表沉降的速率。

　　5结论由上述分析可以得出如下结论：台阶法和CD法这两种开挖方法均能保证施工安全。

　　台阶法和CD法这两种开挖方法位移都满足规范要求，但CD法引起的地表沉降发展速度均匀，地层应力释放较为均匀。

　　由于隧道开挖引起地应力松弛，导致围岩变形，因此隧道拱顶沉降大于隧道上方沉降，符合工程实不同的开挖方法，围岩应力释放取决于隧道开挖的状态，通过数值模拟理论计算隧道开挖过程中围岩应力释放引起地表沉降，为确定隧道施工各种工艺、工法的控制及关键步骤提供理论依据，为施工中有效约束围岩应力释放提供依据，以便采取合理的施工措施，确保施工安全。