新南岭隧道通过F5断层破碎带段的技术控制

新南岭隧道通过F5断层破碎带段的技术控制

一、摘要

新南岭隧道位于京广铁路南岭隧道东侧约一公里，穿越南岭山脉的五盖山与骑田岭夹持地带剥蚀低山丘陵区，隧道全长3097m，埋深50～150m。根据地质测绘和隧道大地音频物探资料推断，隧道在DK1876+4处穿越F5断层，断层带宽在1～2米，组成物质为断层泥、糜棱岩及岩块、岩粉，破碎带中局部还有黄铁矿聚集，并且断层具透水性和较大的压缩性。因此在通过时具有很大的危险性，必须采取重点措施。

受F5断层影响，设计确定DK1876+470～DK1876+660段为Ⅳ级围岩，支护参数按Ⅴ级围岩复合式衬砌进行，辅助措施为超前小导管注浆。DK1876+470～DK1876+604段采用3m围岩径向注浆，DK1876+604～DK1876+660段采用5m围岩帷幕注浆。施工工法拟采用台阶法进行施工。

二、施工原则

F5断层段施工严格按“早预报、先治水、管超前、短进尺、弱爆破、强支护、快封闭、勤量测，步步为营、稳步前进”的原则组织施工。施工前制定完整的紧急预案，做好技术、物资、机械的储备，确保隧道施工安全。

三、主要施工方案

采用人工配合机械台阶法开挖；出碴采用挖掘机、正铲侧卸式装载机配合自卸汽车运输；开挖按照“小分块、短台阶、早成环、环套环”施工原则；遵循“管超前、严注浆、短进尺、强支护、快封闭、勤量测”十八字方针，并加强超前地质预报工作。

开挖前采用水平钻机进行长探孔，孔深20～30m，全断面布设3～5个，记录钻孔情况。断层地段出现大量涌水时，采用排堵结合的综合治理措施,必要时采用帷幕注浆超前堵水或围岩径向注浆措施。通过断层的各工序间的距离尽量缩短，并尽快封闭成环，减少岩层暴露。断层地段的支护只能加强不得减弱，加强监控量测,及时调整支护参数。

四、施工方法及施工工艺

1、工艺流程：

地质情况与设计不相符

（1）超前地质预报及时上报相关单位修改设计

（地质情况与设计相符）

（2）超前小导管 （3）采用台阶法开挖 （4）径向注浆

（5）初期支护 （6）隧底开挖 （7）施工仰拱

（8）防排水施工 （9）二次衬砌施工

2、主要施工工艺

⑴超前地质预报

采用HSP声波反射法进行超前地质预报测试，详细探测掌子面前方100米范围内的地质情况。地质雷达除进行开挖面前方探测以外，在隧道已开挖过的可溶岩地带隧底、断层破碎带洞壁8～15m范围进行连续探测，以发现可能的不良地质体。（超前地质预报工作流程图见有关规程）

在施工至F5断层约200米处开始进行长探孔工作，即每开挖30m利用超前水平地质钻孔对开挖前进方向进行钻探，主要是探测水源和溶洞，判断可能出现涌水突水的位置、规模和岩体渗透性能等，以准确确定掌子面前方水压、水量、围岩破碎程度情况等。超前钻孔采用孔径为Φmm的地质钻，每次施工长30m，在拱顶及拱腰布设钻孔3-4个，在施钻过程中发现前方有异常地质情况时，适当增加钻孔数量，做好记录；超前钻孔必要时部分兼作超前排水孔，超前探水孔终孔超出开挖轮廓线外150cm。

⑵超前小导管

在断层破碎带，软弱围岩地段拱部采用超前小导管注浆预支护以加强围岩的稳定性。为保证小导管的支护效果，减小导管的外插角，在配合使用的型钢钢架地段，在型钢腹板穿孔以便小导管穿过，也可以采用一榀格栅钢架替孔型钢钢架，钢管尾部与钢架焊接其纵向搭接长度不小于1.0m，使其形成一个整体来支撑围岩。

⑶超前帷幕注浆

在距F5断层约50米处开始采取超前帷幕注浆措施，并要求通过F5断层后至少10米仍需设帷幕注浆。隧道的帷幕注浆设计为：注浆加固范围为开挖轮廓线外5米范围，称为5m超前预注浆，其主要设计参数为：

主要参数表（1循环）

项目 单位 数量

注浆孔布置 中心孔 孔/角度/斜长 1/0o0’0”/30.0m

第1环 孔/角度/斜长 6/4o17’21”/30.08m

第2环 孔/角度/斜长 12/8o31’51”/30.34m

第3环 孔/角度/斜长 19/12o40’49”/30.75m

第4环 孔/角度/斜长 25/16o41’57”/31.32m

第5环 孔/角度/斜长 24/20o51’21”/21.4m

第6环 孔/角度/斜长 24/26o8’11”/15.59m

注浆钻孔 Φ110 孔 111 m 333

Φ91 孔 111 m 2497

孔口管(Φ108钢管) kg 4229.1

注 浆 量

地层条件 单位 发泡剂 固堵剂 1：1水泥浆

断层破碎带 m3 45.56 320.8 177.1

第1循环止浆墙C20砼 m3 215.74

⑷开挖

采取两台阶开挖方法，在开挖过程中视围岩情况对开挖台阶长度进行调整，如岩层极其破碎考虑台阶法环行开挖预留核心土，或者改为三台阶临时仰拱法，若改三台阶法需要报工法变更。

⑸径向注浆

径向注浆紧跟开挖面进行，设计径向注浆长度3m，注浆孔按浆液扩散半径1.0m布设，注浆孔按梅花型布置，每环设37孔，孔口环向间距拱墙120cm，墙脚90cm，仰拱部140cm，孔底环向间距170cm；注浆孔纵向间距170cm。注浆孔采用风机钻开孔，孔径为52cm。孔口管采用φ50mm，壁厚3.5mm的热扎无缝钢管，钢管长1.0m，孔口管应埋设牢固，并有良好的止浆措施。注浆材料采用纯水泥浆，或遇特殊地质情况可采用含无收缩多液固堵剂、发泡注浆抢堵剂、TGRM固接剂的特殊浆液，注浆压力按0.5～1Mpa。注浆效果检查：注浆完成后，

每延米隧道涌水量≮2m3/24h，则判断注浆达到效果，否则应该进行补注浆。

⑹初期支护

按设计要求初期支护采用钢架+锚喷网联合支护，钢架紧跟开挖施作，及时封闭成环。对开挖后的岩面及时进行初喷，加强监控量测工作，根据位移量测结果，评价支护的可靠性和围岩的稳定状态，及时调整支护参数，确保施工安全。

⑺隧道底部处理、仰拱、二衬要及时施做形成封闭结构，提高衬砌结构的承载力。

五、断层段富水软弱破碎围岩施工

1、加强超前地质预测预报，提前了解开挖工作面前方地质、地下水情况，以便及时采取有效的处理措施。

2、施工中采用注浆堵水结合超前钻孔限量排水。

3、当地下水与地表水连通时，采用注浆开挖工作面预注浆堵水措施。

4、开挖采用台阶开挖法，掘进循环进尺为1.0～2.0m。

5、加强超前小导管注浆、管棚、钢架、钢筋网、喷射混凝土等多种支护手段，构成强支护体系。

6、加强防排水的技术措施：

(1)二次衬砌混凝土严格按防水混凝土要求施工；施工缝、变形缝的防水处理必须满足质量要求。

(2)防水层铺设前对喷射混凝土基面作平整和清除浮碴处理。

(3)防水层铺设应平顺，并密贴喷射混凝土基面，接缝应采用常规法、充气法或真空法检查，确保严密可靠。

(4)必须先进行注浆并达到止水目的后，方铺设防水层。防水层铺设后，严禁在铺设防水层范围内注浆。

(5)排水盲管安装前对岩面进行平整，纵、横向排水盲管在二次衬砌施工前完成，基底应清理干净，确保排水顺畅。

六、施工监控措施

隧道监控量测主要包括围岩及支护状态观察、拱顶下沉、周边位移及收敛、隧道内分段涌水量和水压、涌水含砂量与含泥量观察、地表水水位观察等监测项目，由专职的监控量测小组负责进行。

七、应急措施

（一）隧道坍塌、突泥涌水应急措施

项目部要根据相关规定、规范要求制定隧道坍塌、突泥涌水应急措施。根据规定需准备物资和机械设备。

1、物资：方木、钢拱架、格栅拱架（提前加工）、各类锚杆、网片、钢管管棚钢管、锚固剂、喷浆设备及材料（现场拌制）、方木、编织袋（装沙袋）及其他零星机具材料若干。

2、机械设备：挖掘机1台、装载机2台、自卸汽车8辆、农用车1台、多功能台架5个、发电机1台、水泵若干（45KW一台、37KW一台、30KW二台、7.5KW三台、3KW一台）。

八、注意事项

1、加强管理和控制，施工中必须加量测及预测预报工作，及时反馈量测结果。

2、准备充足的应急物资，如编织袋（沙袋用）、注浆设备及其他突泥涌水处理用材料、机具。

3、断层带开挖严格遵循“管超前、严注浆、短进尺、弱爆破、强支护、快封闭、早成环、勤量测”的施工方法；开挖之前打设超前钻孔以探明前方的地质状况。

4、认真按照应急预案在正式施工前进行注浆演练，熟悉工艺及操作要领。

九、结束语

通过本实例事实证明这种通过F5围岩的技术控制措施是安全有效的，我们只要在施工管理中注意通过超前地质预报摸清围岩土质变化情况、做实监控量测工作，在施工中严格按施工工艺落实技术措施，势必能在隧道总体施工方面达到预期效果，同时能确保施工工期得到较好的控制，为隧道贯通提供了质量、工期、安全保障。

参考文献：1 陈豪雄、殷杰主编.隧道工程.北京：中国铁道出版社，2003

2 关宝树编著.隧道工程施工要点集.北京：人民交通出版社，2003

3 朱汉华等著.公路隧道设计与施工新法.北京：人民交通出版社，2002

4王梦恕主编.大瑶山隧道.广东科技出版社，1994