刘静涛

中铁隧道集团有限公司杭州公司

隧道断层破碎带渗水处理技术探讨

刘静涛

中铁隧道集团有限公司杭州公司

随着我国经济的快速发展，社会建设的不断推进，交通隧道的建设问题也越来越受到重视。本文以金温铁路油竹隧道为切入点，就山岭隧道断层破碎带的渗水处理技术，进行细致的探讨研究，期望为山岭隧道处理断层破碎带渗水问题提供帮助。

山岭隧道；断层破碎带；渗水处理技术

1 断层破碎带概况

油竹隧道为双线I级铁路隧道，设计时速250km/h，设计长度4835.55m，起讫里程为DK149+560.72～DK154+396.27。隧道总体地质条件较差,有F2断层2处，F3、F4断层各1处。F2断层在DK152+207处与隧道相交，夹角约64°，中线右侧见有断层痕迹，地貌为一沟谷，谷宽约10～15m，常年有水，断面较粗糙，具张扭性，产状110°∠85°。F3断层在DK153+275处与隧道相交，夹角约85°，具张扭性，产状136°∠ 73°，地表宽度约8m，地表地貌为一冲沟，沟底宽约4m，水深约0.3m，常年流水。F4断层在DK153+338处与隧道相交，夹角约26°，具张扭性，产状18°∠ 80°，地表发育一冲沟，沟底宽约3m，水深约0.2m，常年流水。断层带节理发育，岩体破碎，透水性较好，地下水发育。

2 隧道渗涌水特征

隧道会产生裂缝是受多种因素影响的，比如说岩性和褶皱的构造都会造成不同程度的裂缝，砂岩和泥石的裂缝也是大不相同，同一个砂岩层上的裂缝是相通的，同时，砂岩的刚性是也比较强，它所产生的裂缝连通性也比较好,从而砂岩成为相对的含水层。而泥岩却是相反，它的特点是具有软塑性,产生的裂缝大都是细而密的,含水导水性差,因此它就成为了隔水层。

3 隧道裂隙渗水的成因与特点研究

砂岩和泥岩二者之间会组成含水层或者是隔水层，每一层岩层的裂缝都需要承担来自断层的重力，这样一来，裂缝中的地下水才会向下流动。而F2、F3、F4本身的构造类型就属于断层，它的上层是砂岩夹泥岩混合特质，当外部降雨时，雨水通过地表向下渗入，给断层进行补给，致使地下水从岩石的裂缝中流出，发生隧道涌水现象。

4 断层破碎带渗水处理技术方法

断层施工组织不当或管理不规范，容易造成坍塌、冒顶、突水、突泥等地质灾害，严重影响工期及安全质量，在穿越断层施工过程中，要加强过程控制，充分利用超前地质预报、监控量测等辅助手段获取开挖面前方的地质信息，加强超前支护，施工方案也要随时的调整，找到最合适的施工方案，对施工过程施行动态、全过程监控，避免发生地质灾害，保证隧道安全顺利施工。

4.1 支护加固措施：

对F2、F3、F4断层采用Ⅳb型复合式衬砌结构，三台阶法开挖施工。

①支护措施应用超前小导管注浆来进行加固，纵向距离把握在每环三米左右。选择钢管时，外径控制在四十毫米左右，壁厚在三毫米左右，总长度不长于五米为最佳。之后对钢管孔口注浆，孔径为6～8mm左右，孔间距15cm，布置时按照梅花形来布置，钢管的前部分加工成锥形，尾部的长度不小于三十厘米，这样就形成非常好的止浆段。在注浆时还需注意水灰比的比率，要求为0.5-1，水泥型号采用525号普通硅酸盐水泥，注浆压力控制在0.5～1.0Mpa，具体根据现场实际情况来确定。如果破碎带的涌水量非常大，我们需要采取针对性的措施。

②严格按设计采用三台阶法开挖施工。

③拱、墙采用25cm厚喷C30纤维砼、网格为20cm×20cm的ф 6钢筋网、3.5m长ф25*7带排气装置注浆锚杆和ф22砂浆锚杆进行锚喷网联合支护，并用I18型钢钢架加强，间距0.8米/榀。

④设置仰拱，使环形封闭。仰拱采用25cm厚C25喷射砼支护，并用I18型钢钢架加强，间距0.8米/榀。

⑤二次衬砌采用Ⅳb型衬砌结构。拱、墙采用40cm厚C35纤维砼，仰拱采用45cm厚C35纤维砼。

4.2 加强超前地质预报

用TSP地质预报系统或地质雷达探测到的可能断层带以及设计图纸标定的断层里程前五米左右采用水平地质钻机对地层进行超前钻探，与此同时也可以用红外线探水仪来进一步确定含水量。

4.2.1 超前地质钻孔探测预报：在开挖断面的中部和周边施钻5个孔，均水平施钻。钻孔位置：中部1个，周边4个。

4.2.2 红外线探水：在断层每开挖15～30m，对开挖面前方施作一次红外线探水，对地下水情况进行预报。

4.3 加强监控量测

4.3.1 地表监测：监测的对象主要有:水温、水压、水质变化以及天气情况。监测方法主要就是记录和实地考察以及摄影拍照等。

4.3.2 地表沉降量测：若浅埋地段存在断层区，应该注重地表沉降的观测。纵向沿隧道走向埋设混凝土桩及水平基准点，其断面布置与洞内拱顶下沉、净空水平收敛断面布置相同，每个地表下沉量测断面上测点横向间距为2～5m。开挖隧道时，及时绘测下沉位移与时间关系的图像以及与距离的图像，在测地表沉降量时必须采用水准仪来检测，才能保证检测结果的精准性。

4.3.3 洞内监测：拱顶沉降和水平收敛拱顶下沉测点和净空变化（围岩收敛）测点布置在同一断面，断层带每5m布设一个断面，拱顶下沉测点原则上布置在拱顶轴线附近。

4.3.4 量测数据的处理与应用：拱顶下沉、净空收敛的位移量，绘制时态曲线。地表沉降值，绘制纵向和横向时态曲线。

4.4 监测结果分析处理

⑴在分析数据时，可根据散点图进行回归分析，并将回归分析得出的变形值与允许变形值比较，从而确定下一步施工采取的措施。

⑵根据位移变化速度判别

净空变化速度持续大于5.0mm/d时，围岩处于急剧变形状态，应加强初期支护。水平收敛（拱脚附近）速度小于0.2mm/d，拱顶下沉速度小于0.15mm/d，围岩基本达到稳定。

4.5 加强施工过程控制

强化开挖及支护的过程控制，隧道穿越断层时设计采用三台阶开挖，施工时严格执行。

Ⅳ级围岩三台阶开挖横断面图

4.5.1 ⑴隧道超前支护部分用钢架支护。⑵弱爆破开挖①部。⑶施作①部导坑周边的初期支护，即初喷4cm厚C30纤维混凝土，架立Ⅰ18型钢钢架，铺设φ6钢筋网，并打设Φ50锁脚钢管。

4.5.2 ⑴在滞后①部一段距离后，弱爆破开挖②部。⑵导坑周边部分初喷4cm厚C30纤维混凝土，架立Ⅰ18型钢钢架，铺设φ6钢筋网，并打设Φ50锁脚钢管。⑶钻设3.5m长径向锚杆后复喷至设计厚度。

4.5.3 ⑴在滞后于②部一段距离后，弱爆破开挖③部。⑵初喷4cm厚C30纤维混凝土，架立Ⅰ18型钢钢架，铺设φ6钢筋网，并打设Φ50锁脚钢管。⑶隧底周边部分喷混凝土至设计厚度。

4.5.4 根据监控量测结果分析，待初期支护收敛后，利用衬砌模板台车一次性灌筑Ⅴ部拱墙二次衬砌。

4.5.5 掌子面径向注浆：钢架安装完成后，开始径向钻孔，进行径向注浆。径向注浆作为穿越断层的一种重要辅助措施，有固结围岩、降低围岩孔隙率、止水的作用，因此，要严格注浆施工程序，重视注浆效果的检查，可根据实际情况调整注浆参数，确保注浆效果。

4.5.6 超前预注浆：当地质预报探测到断层、岩溶区内含水量较大、有溶洞、水包、泥包时应对前方地层采取超前深孔注浆，固结岩层，确保安全通过。

5 结束语

综上所述，在隧道施工过程中，遇到断层破碎带渗水问题时若不及时采取补救措施，就会引发周围断层出现一系列变化，从而使岩石稳定性降低，使施工危险系数增大，造成安全隐患事故的发生，同时岩石结构发生变化后，强度及承载力都有所下降，对隧道工程的整体质量带来不利影响。另外，隧道周围长期渗水也会给周边自然环境带来影响。因此，我们需要在施工过程中制定科学合理的施工方法与应对措施，保证隧道施工安全，也为以后运营安全提供强有力的保障。

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10.16767/j.cnki.10-1213/tu.2017.12.114