公路隧道工程中高压富水断层的施工技术

王家云

(贵州省公路工程集团有限公司第三分公司)

公路隧道在进行施工的过程中，由于构造运动作用，断层内的普通岩体往往会发生破碎，其自稳性非常弱，再加之高压水的影响，容易引起塌方事故进而导致失稳并出现突水突泥现象，最终酿造灾害，推迟了工程进展，所以，对高压富水断层部位的施工技术手段实施分析是非常重要的。

1 实例概况

1.1 工程情况

某公路隧道总全合计为1 878 m，该隧道的洞身线路纵坡呈现人字坡。而且其岭顶部位地形起伏，岭脊两侧属于沟谷发育地貌，通常是“V”形，地形很复杂。关于该隧道，其埋深最大值达到了274 m。在进行施工时选择钻爆法实施操作，该工程的平行导坑长度合计达到了1 323 m，全长贯通促进正线施工，联系平导超前这一因素深入调查地质条件，有利于为施工方案带来一些有效信息。

1.2 断层情况

利用平导下坡开展相应开挖工作，通常需要维持为DK114 +780 平导掌子面，接着左侧处会出现直径达到0.5 m 长的空洞，持续流出由页岩碎块以及凝灰岩组成的断层角砾(呈现为流体状)并拌合断层泥。由于清理工作在持续深入，空洞口面积也在持续增大，直到达到2.1 m 以上为止。在掌子面左侧处的拱部位置会首先遇到包含水分的断层，导致涌水突泥砂，最终改变了该段处的地下水压力值，大概是2.0 MPa。

正洞处的施工里程大概是DK114 +696，在施工过程中针对正洞采取了地质超前探孔分析以及超前地质预报系统(TSP203)，明确了断层带的具体长度，即29 m，而且得出了断层带物质主要包括:由高压构造水，凝灰岩以及页岩碎块组合而成的断层角砾岩并拌和断层泥，其中地下水压力值大概是2.0 MPa。通过超前探孔分析可以得出单孔出水量实现了15 ～20 m3/h，易于导致突泥(砂)以及涌水等现象。

2 正洞穿越断层的施工

2.1 超前支护以及加固

(1)对帷幕注浆进行的加固:在DK114 +696 ～DK114 +725 范围段内要采取帷幕注浆进行加固，注浆47 m 长，而且沿着掌子面周边设置了3 环注浆孔，其中注浆加固圈的轮廓线外要控制在6 m 以上。注浆孔孔底之间的间隔以及扩散半径分别是3 m 以及2.0 m。操作时采取前进式法进行分段注浆，注浆一般是先下后上的顺序，如果位置一样则按照先外后里的顺序进行，圈相同则按照隔孔间隔进行钻注。在钻注浆液时要结合实际情况进行粗粒，只有如此才可以使整体施工实现最佳效果。关于注浆终压以及水泥浆液分别采取了3 ～4 MPa 以及0.8∶1 ～1∶1。这有利于使上部断面在进行施工时，其掌子面能维持稳固，上部断面选择水平注浆加以固定，其长度超过了30 m，间距大约是1.5 m ×1.5 m，按照梅花形进行布置。(2)关于围岩超前支护问题:利用管棚工作室顺着拱部处开挖线，与此同时要确保两层超前管棚(Φ108 mm)，在对管棚进行施工时，其施工流程务必符合实际情况，最好采用无缝钢管材质，其中壁厚即δ 以及环向间距分别要求实现8 mm 以及40 cm。管棚施工完成后要设置4 根Φ22 mm 的钢筋，然后采取水泥单液浆进行注浆。具体如图1 所示。(3)超前进行的泄水以及减压:在进行施工时一定要考虑到隧道内部的具体结构，以确保正面涌水量具有相同压力。与此同时还可以确保帷幕注浆严格按照操作流程进行，在开始开挖前要顺着隧道外轮廓设计7 根纵方向上的泄水孔，以对水流进行集中处理。关于泄水钢花管，最好采取无缝钢花管，其壁厚以及外径分别是δ =8 mm 以及108 mm。泄水孔深度必须要达到47 m，此外钢花管管端最好设计在水量增多处，并确保对外插角维持在1° ～2°之间。

图1 超前管棚布置(单位:cm)

2.2 对正洞隧道断层段区域进行的开挖支护

(1)对断层段区域进行的开挖支护操作办法:开挖工作一般都在帷幕注浆以及管棚支护下开展，开挖采取三台阶法，短进尺以及强支护，开挖过程中，下台阶单边务必要与落底部位错开，及时进行仰拱以及护拱。关于三台阶施工，当每台阶施工达到要求的长度后即可停止，接着进入下一台阶。通常是上台阶操作10 m 后即可停止，喷厚度达到20 cm的混凝土以对掌子面进行封闭，以稳定掌子面，要注意上台阶排水工作一定要做到位，接着再开展二台阶开挖工作。在二台阶开挖的过程中，当支护到达上台阶处掌子面3 m 后即可停止该阶操作，并且喷厚度是20 cm 的混凝土以对二台阶掌子面进行封闭。接着再开展三台阶开挖以及支护操作，不管是三台阶还是二台阶，当操作到同里程后都要实施仰拱。仰拱一次操作是3.0 m，在进行仰拱施工的过程中要注意排水工作必须做到位，需要在掌子面方向设置一集水坑以对排水进行共同处理。在对每个台阶施工的过程中，均要于台阶底部处的嵌槽部位安置I22 型水平钢架以暂时当做横撑使用，闭合初期阶段的支护，进而加固支护。(2)三台阶施工的相关参数:断层段区域开挖工作通常都在管棚支护下开展，开挖采取三台阶法，上台阶，二台阶以及三台阶高度分别为352 cm，300 cm 以及310 cm，其中仰拱深度达到了113 cm;上台阶选择环形导坑核心土预留这一方式实施操纵，其中循环进尺大约是0.5 m。不管是二台阶还是三台阶均选择错开单边开挖支护方式，其两边错开间隔必须在1 m以上;初期阶段的支护选择I22 型钢架进行全环布设，其相互之间的距离是0.5 m，角度为45°的钢在纵方向上进行连接，其环向间隔是1 m，而且钢架拱脚之下都垫了10 mm ×30 mm×50 mm 的混凝土预制块并结合L 为5 m 的4 根/每榀·每边Φ42 mm 钢管进行锁脚，还于各个台阶底部安置了I22 型水平钢架暂时当做支撑使用，整个断面设计了Φ8 mm×Φ8 mm 钢筋网(双层)，网片相互之间的距离是15 cm ×15 cm，此外C25喷射厚度为25 cm 的混凝土;关于三台阶，其边墙处不存在管棚的地方，在开始开挖前选择超前小导管进行注浆，并给予开挖附近处以及掌子面相应的注浆加固，以稳固掌子面或者是拱顶部位。小导管最好选择Φ42 mm ×40 cm，其中L 值在3.0 ～3.5 m 之间，附近小导管具有10° ～30°的外插角，各个循环具有2.0 m 长的搭接。图2 是三台阶操作的相关尺寸参数。(3)关于护墙以及护拱:仰拱施工处理完成后，要根据施工现场实际情况选择合适的处理措施。通常按照实际要求实施护墙护拱，其中护拱采取了厚度在30 cm 左右的I16 型钢，并通过混凝土对小模板进行浇筑，循环长度实现了1 ～2 m。当护拱长度满足要求后要重复进行一次衬砌混凝土。

图2 三台阶施工法(单位:cm)

3 平导穿越断层段的施工

对平导断层区域实施调整或者是控制时，要将对正洞进行的操作做到位。特别是要积极发挥正洞前期阶段排水减压并在其贯通后由于排水卸压而形成的效果，进而显著减少地下水内压，确保地水下压力正常，以促进平导帷幕注浆操作的顺利开展，对松散砟体以及围岩开展必要的控制处理，以与施工具体要求相符，此外，平导操作的超前支护采取单层管棚进行超前加固。

4 结 语

关于对公路隧道高压富水断层区域进行的施工，一定要确保各方面操作有序进行，只有如此才能保证正常施工，同时也符合公路施工的相关规定。采取排联合堵的方式对水进行治理，有利于确保地质段地层的最终施工质量。

［1］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.

［2］王胜利，李宁，赵玉明.复杂地层地铁旁通道冻结孔施工技术［J］.现代隧道技术，2008，(6):89 －93.