研究断层破碎带对宽体隧道的设计有何影响

庞建民

（中铁二院贵阳勘察设计研究院有限责任公司，贵州 贵阳 550000）

随着国内交通事业的快速发展，行业内对于宽体隧道的设计与研究工作越来越重视。具体设计工作中，要加强对施工现场水文地质的勘测工作，并在设计施工中具体问题具体分析，进而有效提高宽体隧道的施工质量与运行效果。

1 影响分析

1.1 隧道与断层破碎带之间的关系

大量的调查研究与施工经验表明，在进行隧道设计施工时，断层破碎带对于隧道的影响主要集中在支护结构方面。设计施工中，影响因素的不同将导致设计组合形式上存在很大的差异。一般来说，如果设计工作中通过对不同组合结构进行周全的计算，可以得到多种不同的组合结构形式，进而便于后续隧道开挖、支护工作的开展。

1.2 断层破碎带对于宽体隧道设计工作的影响

所谓的断层破碎带，其本质上属于一种较为特殊的自然现象。随着断层两盘之间相对运动的不断加剧，受到挤压的作用使得周围岩石出现了破碎挤裂的现象，久而久之就形成了具有一定带宽的断层破碎带，这一带层结构和岩石带基本平行。就理论上而言，在进行隧道工程的选址工作时，断层破碎带的存在不会对选址问题产生严重的影响。同时，隧道选址与断层破碎带的走向也没有必然的联系。但是，为了提高隧道施工与运行期间的安全性，大多情况下会选择避开断层地质带，确保宽体隧道运行的安全性与稳定性。

2 案例分析

2.1 隧道概况

在进行某国家重点公路的设计施工时，经过设计与论证之后，某一隧道路段采用了分离式双洞结构作为基本形式。设计中，隧道采用左、右两线形式，左线的长度为2111m，右线的长度为2101m。通过对国家公路技术标准的研究，可以得出该段隧道公路宽体公路的范畴。隧道内部的轮廓宽度达到了11.36m，总体高度为7m。其中，下图1 为隧道和破碎带之间的相对位置示意图，从图中能够看出二者之间的位置关系。

图1 隧道和断层破碎带的位置图

2.2 地质、水文条件分析

隧道设计施工之前，设计人员对工程现场的地质、水文条件进行了勘测。勘察结果发现，拟建的隧道工程位于山区重丘地带，施工环节中不仅会受到冲沟问题的影响，并且还受到溪沟以及植被过密等因素的干扰。此外，通过对现场的地质条件进行研究，表明施工区域在早期的内部构造运动中相对剧烈、频繁，因而施工区域的地质状况较为复杂，地表存在着褶皱、断裂等不良地质现象。因而，地质状况会对施工工作造成严重的影响。另外，就水文地质条件而言，因为该隧道工程的其中某一部分需要穿过山间地带，并且这一区域为洼地，因此施工过程中容易受到地下水状况的影响。在雨季施工时，需要做好隧道路面的排水工作。

2.3 施工揭露地质状况

一方面，掌子面不存在积水问题，并且地下水在环向、纵向两个断层处发育较为良好，同时水量也比较大。另一方面，隧道结构的围岩呈现出大块状，在节理、裂隙方面不发育。因而，掌子面开挖之后会保持干燥、无水的状况。由于纵向、环向存在着断层破碎带处，因而在围岩的内部会出现渗水通道，并且开挖工作开始之后存在着水分的渗出。经过初期支护处理，水量大的地方在施工3 到5 天之后，出现了钢筋网锈蚀的问题。鉴于此，施工人员应该对防水层进行混凝土复喷处理，确保结构有着良好的防水效果。

2.4 断层破碎带对宽体隧道设计的影响

详勘工作中，借助于物探法进行勘探的工作难度较大。对于范围较小的断层破碎带而言（＜100m），隧道开挖环节中可以借助于超前地质预报的方法进行施工，并且要注重开挖揭露发现，进而可以采取针对性措施解决施工中出现的问题。在该工程中，从上图1 中可以看出β 的角度相对较小，因而存在的断层破碎带将会在纵向长度上对隧道的设计施工造成严重的影响。一般而言，随着β 的不断降低，断层破碎带对于纵向施工造成的影响将会越来越严重。通过计算得出，如果设计中把隧道工程的开挖深度设定为13m，那么要确保β＜45°。这样一来，断层破碎带对隧道工程纵向长度产生的影响将会超过13m。但是，如果施工中的β＞80°，那么在纵向长度上所产生的影响将会急剧降低，其数值将会降低到2.3m 米左右。施工时，对于Ⅳ类以及Ⅴ类围岩结构，如果断层破碎带的宽度相对较大（D 超过了1m），同时破碎带与掌子面之间的轴线交角相对较低（α＜45°），并且破碎带存在着严重的风化问题，那么设计施工时需要对初期支护以及二次衬砌的参数进行调高，进而保证隧道工程的安全效果。如果D＜1m，那么仅仅依靠初期支护就可以确保隧道工程的安全性。此外，如果隧道B＜b/2，那么断层破碎带处于边墙位置处或掌子面的内部，那么施工时要对开挖状况进行分析，合理选取加固方法。如果施工中B＞b/2，那么断层破碎带分布在掌子面的外部，这种情况下就很难进行预测。施工时，如果断层角度比较小，同时与隧道开挖轮廓之间的距离不大，那么隧道施工使用期间将存在着严重的安全隐患，甚至施工时开挖工作经导致塌方问题，这就要求做好超前地质预报工作，并且对施工区域前方的围岩结构进行三维空间预测，进确保施工设计时能够对围岩的产状做出全面的判断，保证施工过程的安全效果。

另外，设计工作中断层破碎带的倾角α 对于隧道工程的围岩结构稳定效果也有着较大的影响，对着α 的不断增加（＞60°），则影响逐渐降低。当α＜45°时，破碎带对于隧道两侧的围岩结构的稳定性有着严重的影响。具体设计工作中，需要适当的降低围岩类别进行设计，进而提高工程的安全性。 此外，在进行掌子面中部的施工时，由于断层破碎带对左、右侧的围岩风化状况有着较大的影响，同时破碎带又是一个重要的渗水通道，因而会显著降低围岩结构的强度。鉴于此，要对其风化程度进行有效的甄别。如果出现了严重的风化问题，那么在进行支护设计时要按照较差围岩进行设计。最后，断层破碎带的高度对于隧道设计也有着较大的影响。如果断层的上部没有贯穿隧道工程的拱部，并且岩脉的规模较小，那么隧道工程的支护结构不需改变，但是，如果开挖轮廓和断层之间的相交区域超过了h/2，则表明断层分布在边墙位置，这种情况下就要求对初期支护做出特殊设计，确保支护结构的有效性。

3 结语

在进行宽体隧道的设计时，断层对于工程有着直接的影响。这一过程中，要对断层的规模、地下水以及地质状况做出全面的分析，并且要加强对勘察工作、超前地质预报等环节的控制，选取合理的隧道设计方法，并综合工程现场的具体状况开展设计工作，进而确保隧道工程施工运行过程的安全性。