刍议某高速公路隧道穿越断层破碎带施工技术

发布时间：2022-10-05 10:06 热度：

　　摘要: 某高速公路大别山隧道出口段穿越断层破碎带时围岩破碎、掉块严重、裂隙水发育,施工中通过超前地质预报对地质情况进行预判,采用超前小导管辅以水泥- 水玻璃双液注浆止水加固、正台阶法开挖的施工方案,取得了良好的工程效果。

　　关键词: 某高速公路;断层破碎带;超前地质预报;超前小导管

　　Abstract: a highway tunnel through the dabie mountains for fault fracture zone surrounding rock, DiaoKuai broken when serious, fracture water development in the construction, through the early geological forecast of geological condition anticipation, USES the advanced small catheter with cement-sodium silicate dual fluid grouting reinforcement of water stop, are the steps excavation method of construction project, has obtained the good engineering effect.

　　Key words: a highway; Fault fracture zone; Advance geological forecast; Advanced small catheter

　　1 　工程概况

　　隧道穿越围岩破碎、掉块较严重、裂隙水发育的断层破碎带,选择正确的的施工方法至关重要。在某高速公路大别山隧道出口段施工中,通过超前地质预报对围岩进行预判,采用超前小导管配合水泥—水玻璃双液注浆超前支护、台阶法开挖,结合架设I14 工字钢架、挂网、喷锚等措施,顺利通过断层破碎带,取得良好效果[1 ,2 ] 。大别山隧道为上下行分离的双洞隧道,隧道呈东西向展布,长4901 m。属特长隧道。隧道最大埋深482 m。

　　隧道区属某岭—大别山造山带核部,地质构造十分复杂,经历了多旋廻、多阶段的发展演化,区域构造属罗田褶皱束罗田穹隆。受白垩纪花岗岩的侵入影响,褶皱构造被破坏,仅在太古代大别群(ArD)中残留有露头尺度的层内褶皱、无根褶皱等。在白垩纪花岗岩岩体中破碎带发育, 在桩号ZK21 + 960～ZK22 + 000 处通过钻孔揭露出一条厚达20 m 左右的破碎带,埋深约100 m～120 m ,岩芯呈碎块状,绿泥石化严重,裂隙面铁质侵染相当明显,岩芯浸水后手捏即碎。

　　2 　施工方案

　　经过广泛收集资料,聘请专家论证,结合工程实际情况,本着“管超前、预注浆、短开挖、强支护、勤量测、早封闭”的原则,决定采用TSP203 超前地质预报对围岩进行预判,施工中超前小导管辅以水泥—水玻璃双液注浆止水加固、正台阶法开挖、I14 钢架配合锚喷支护的处理方案。施工方案包括围岩预判、形成加固圈、正台阶法开挖、初期支护等。

　　2. 1 　超前地质预报

　　虽然设计中通过钻孔对围岩情况进行了预判,可是实际施工围岩较设计仍然有较大出入。按照“新奥法”设计原则,需对围岩级别进行动态调整。因此,在施工掌子面至距离断层破碎带15 m 左右时应进行超前地质预报。根据建设单位、监测单位的预判结果,断层破碎带的围岩等级判定为Ⅳ级围岩,节理发育、岩体破碎、裂隙水较发育。

　　2. 2 　形成加固圈

　　形成加固圈就是通过超前小导管配合水泥—水玻璃双液注浆在拱部120°范围的开挖轮廓线四周形成一定强度和厚度的水泥浆加固拱,以提高围岩自承能力和稳定性。超前小导管Φ42 ,长4. 5 m ,沿隧道拱部120°范围的开挖轮廓线布置,环向间距40cm ,向外倾斜10°～15°。考虑钢架间距和搭接长度,按照3. 2 m 每环布置,预留搭接长度1. 3 m。注浆使用YZB - 120/ 7 型液压双液注浆泵,注水泥—水玻璃双液浆。

　　2. 3 　正台阶法开挖

　　开挖本着“短进尺、强支护”的原则,采用正台阶法开挖。上台阶开挖高度5. 7 m ,下台阶开挖高度2. 5 m ,左右交错开挖,进尺结合钢架间距控制在2m～2. 5 m。两个台阶纵向距离基本保持在15 m～20 m ,以利于及早落底。开挖后,尽量减少围岩暴露时间,迅速完成初期支护。

　　2. 4 　进行初期支护施工

　　初期支护参数如下: (1) 初喷封闭掌子面(4 cm厚的C25 喷射混凝土) ,施作钢拱架( I14 工字钢钢拱架,纵向间距100 cm ,Φ22 纵向连接钢筋,环向间距1 m) ,施工锁脚锚杆(Φ22 砂浆锚杆,长3. 5 m ,向下倾斜45°,端部与钢拱架两侧拱脚焊接) ; (2) 施工径向系统锚杆(Φ25 带排气中空注浆锚杆,长4m ,环向间距1. 0 m ,纵向间距0. 8 m) ,喷射混凝土至设计厚度(C25 聚酯纤维混凝土,厚度28 cm) 。

　　3 　施工要点

　　形成加固圈是本方案的施工要点,而超前小导管施工及水泥—水玻璃双液注浆是形成加固圈的重点。施工中确保超前小导管和注浆的质量是施工方案成败的关键。

　　3. 1 　超前小导管施工

　　由于岩体为全～强风化片麻花岗岩,节理发育、基岩破碎、夹层多、成孔困难、容易卡钻、坍孔,钻孔操作比较困难。如何确保小导管的位置和角度满足设计要求,是方案成败的关键所在,超前小导管横断面布置见图1 。小导管施工采用钻孔打入法。按照封闭岩面→钻孔→清孔→钢花管制、安→注浆的施工顺序施工。

　　施工主要工序:

　　(1) 封闭岩面:为确保注浆效果,对开挖岩面采用厚度3 cm～5 cm 的C25 喷射混凝土封闭,作为止浆墙。在钢花管安装完毕后,用锚固剂对钢管周围进行封堵,确保在注浆过程中不漏浆。

　　(2) 钻孔:钻孔前先检查气腿式风枪状况是否正常。钻孔速度应保持匀速,特别是钻头遇到孤石、夹层时,应控制钻进速度,避免发生夹钻现象。钻进过程中应经常用测斜仪测定其位置,根据钻机钻进现况及时判断成孔质量,并及时处理钻进过程中出现的事故。

　　(3) 清孔、验孔:用高压空气从孔底向孔口清理钻渣,用经纬仪、测斜仪等检测孔深、倾角、外插角。

　　(4) 钢花管安装:在钢管上按照15 cm 的间距、梅花型布置钻注浆孔,并在尾部留置不小于1 m 的止浆段。钢花管安装采用直接插入法,必要时通过在尾部加垫板用风枪送入。小导管构造见　　3. 2 　水泥—水玻璃双液注浆施工

　　该段围岩岩体破碎、裂隙发育、孔隙大、渗透性较好,为超前预注浆施工增加了难度。预防浆液流失和有效控制注浆量是注浆工作首要控制点,是能否形成稳固、安全可靠的加固圈的关键。注浆操作主要工序见图3 。

　　(1) 注浆参数:水泥浆液水灰比为0. 8～1. 0 左右,水玻璃浓度30～35 波美度,水泥浆与水玻璃体积比1 ∶0. 3～1 ∶0. 8 ,注浆压力0. 5 MPa～2. 0MPa 。

　　(2) 注浆顺序:采取由低孔位向高孔位进行,即由拱脚至拱顶顺序进行。

　　(3) 注浆准备工作:注浆前先检查注浆管路,确保管路畅通、不阻塞、不跑浆,机械性能良好。确认各项准备工作完成后,做现场注浆试验,确定合理的注浆参数,据以施工。

　　(4) 注浆施工:用YZB - 120/ 7 型液压双液注浆泵将浆液注入小导管内,注浆采用两次间歇进行。首次注浆可适当减少水灰比,增加水玻璃掺量,注浆压力控制在0. 5 MPa～ 1. 2 MPa ,当相邻孔眼有浆液流出时即结束首次注浆。间歇3 h～5 h 后,进行第二次高压注浆,注浆压力1. 2 MPa～2. 0 MPa ,当进浆量小于20 L/ 10min 时可结束注浆工作。若注浆量超限仍未达到压力要求,应调整浆液浓度继续注浆,直至符合注浆质量标准,确保钻孔周围岩体与钢管周围孔隙均被浆液充填,方可终止注浆。

　　(5) 注浆过程派专人值班,填写《注浆记录表》,记录注浆时间、浆液消耗量及注浆压力等数据,观察压力表值,监控连通装置,避免因压力猛增而发生异常情况。

　　3. 3 　监控量测

　　因该段地处断层破碎带地段,施工中重点对拱顶下沉及周边收敛进行监控。拱顶下沉、两组周边收敛点按正台阶法施工顺序在施工中布置。在开挖完成后,迅速进行埋设,并进行初始读数。通过对量测数据的分析处理,掌握地层稳定性变化规律,预见事故和险情,作为调整和修正支护设计参数及施工方法的依据,提供围岩和支护衬砌最终稳定的依据。

　　4 　施工注意事项

　　(1) 钻孔前,精确测定孔的平面位置、倾角、外插角,并对每个孔进行编号。钻进过程中应运用测斜仪,进行钻孔偏斜度测量,严格控制小导管打设方向,并作好每个钻孔记录。发现误差超限要及时纠正,至终孔仍超限者应注浆封孔,待强度达到要求后,原位重钻。

　　(2) 注浆过程中,要随时注意泵压及流量变化,若吸浆量很大或压力突然下降,注浆压力长时间上不去,应查明原因:如工作面漏浆,可采取封堵措施;如跑浆可通过调换浆液种类、调整浆液配合比、采用间歇注浆等措施,以达到注浆目的。

　　(3) 当注浆过程中发现有大的空洞等,可先注水泥砂浆或混凝土后进行注浆。

　　5 　结束语

　　本段隧道围岩为全～强风化片麻花岗岩,节理发育、裂隙水受地表水补给丰富,围岩遇水易软化、泥化,自稳能力丧失较快等是造成该段围岩等级低、稳定性差、易超挖掉块的主要原因。因此在施工处理中,抓住掉块主因,采取超前小导管配合水泥—水玻璃双液注浆进行止水加固,取得了止水防渗和加固隧道围岩的显著效果,整个过程安全、顺利。尤其是根据开挖过程中揭示的情况,更加验证了小导管配合双液注浆固结联合作用形成的加固圈是保证顺利开挖、防止掉块、减少超挖的重要手段。

　　参考文献

　　[ 1 ] 　杨尉涛. 秦岭隧道超浅埋及富水段施工技术探讨[J ] . 土工基础,2009 (6)

　　[ 2 ] 　黄波. 公路隧道软弱围岩开挖方法研究[ J ] . 土工基础,2004(05)

　　[ 3 ] 　高成雷,朱永全. 两种超前预支护技术控制地面沉降效果对比研究[J ] . 铁道标准设计,2003 (7)