赵建国

(山西省公路局太原分局，山西 太原 030012)

0 引言

随着我国交通事业的蓬勃发展，公路工程可利用的地质良好的走廊带日趋减少，隧道工程作为地下空间工程，穿过不良地质段落的工程状况时有发生，尤其以隧道穿过浅埋破碎带最为常见。目前，国内外在隧道穿过浅埋破碎带处治方面的研究多以隧道超前加固与现场调整支护参数等手段为主[1]。然而，由于洞身穿过断层软弱破碎带时，洞身岩体自稳能力较差，对于具体的工程，能否结合隧道实际围岩地质状况选取合理的施工技术方案是保证隧道安全、快速、经济地穿越断层破碎带关键所在，也是目前亟须研究的问题。

1 项目背景

此公路隧道项目的现场地质条件较复杂，其中隧道断层破碎带的长度接近为550 m，施工中需要穿过泥盆系(D)，岩层表现为浅灰色、灰白色以及灰绿色，核心成分是角砾(泥岩)与碎石(灰岩)，具体含量为66%。局部段落是炭质千枚岩，其特点为低强度、遇水后易软化，围岩结构稳定性能比较差，破碎问题较为严重，还包括落石与掉块问题。同时破碎带段上方和两侧包括数个落水洞与岩溶洼地，受季节性气候的影响地表水汇集之后从落水洞垂直下渗，常见溶洞与地下突水等相关地质灾害，严重影响了隧道施工质量及安全性，所以必须结合隧道项目实际情况科学采用施工技术。

2 施工技术

2.1 超前地质预报

此隧道项目中超前地质预报选择的方式是地质雷达、TSP以及红外探水，通过实时监测隧道围岩变化情况，为隧道参数设计、安全防护以及应急预案等提供参考依据。在进入隧洞之前，必须严格实施地质预报，然后和设计图纸内容及要求进行全面对比，合理优化隧道支护参数[2]。而进入隧洞之后每30 m就要完成1次超前地质预报，针对地质条件较为复杂的地段则必须加密预报，结合现场实际状况适当缩短预报距离，实现预报结果和循环开挖作业的有机整合，从而实现隧道围岩结构变化与支护参数的动态化掌握。

2.2 地表处理

1)洞顶排水。结合勘查结果可知，隧道需要穿过土洞(其上方包括冲沟)，现场地势低洼，排水难度较大。为了避免雨季期雨水下渗威胁施工安全，应选择砂浆对土洞进行回灌处理，同时进行紧密夯实，顺冲沟向建立混凝土排水沟，选择现场低洼处构建蓄水池，将雨水引至蓄水池，然后通过水泵将积水有效排出。

2)地表注浆。为了能够有效控制地表水下渗现象，实现土体加固，就需要采取注浆方式处理隧道破碎带，其中地表注浆选择的是热轧无缝钢管(其直径φ=2 mm)，以垂直方式插入到地表土体中，同时灌注水泥浆液，实现土体的固结处理，提升围岩结构强度，减小围岩的透水性，从而保证安全施工。

2.3 开挖

1)开挖步骤。此隧道项目开挖施工步骤如下：

先行导坑上部开挖与初期支护→先行导坑中部开挖与初期支护→后行导坑上部开挖与初期支护→后行导坑中部开挖与初期支护→后行导坑下部开挖与初期支护。

2)爆破施工。此隧道项目中爆破施工详细如下：

a.爆破设计。在钻眼施工前需要安排专业人员反复测量精准标记开挖断面中线与轮廓线，根据爆破设计确定炮眼具体位置，保证误差不大于5 cm。单次循环开挖进尺控制为0.6 m，周边眼与辅助眼的深度均控制为0.6 m，而掏槽眼的深度控制为0.75 m。

b.钻眼。以周边眼施工为例，需要按照爆破设计要求设置周边眼外插角，确保两茬炮交界位置台阶不小于15 cm[3]。结合炮眼处围岩凹凸情况合理对炮眼深度进行调整，使眼炮底处于同一平面。

c.清孔。采用炮钩与高压风等方式把炮眼内的石屑清理干净。

d.装药。此项目选择的是乳化炸药(其规格为0.75 kg/m，φ32 mm)，以分片分组方式进行装药，然后根据图纸设计要求确定装药量，按照从上至下的顺序安装雷管。各炮眼都要以炮泥为材料进行堵塞处理，其中堵塞长度应保证不小于20 cm。

e.连接起爆。按照要求安全连接起爆网络，必须确保起爆精准度与安全性。在连接阶段导爆管不可发生打结与拉细现象，所有炮眼雷管的连接次数保持一致，引爆雷管通过黑胶布实施包扎处理，最后安排专业人员全面检查[4]。

f.瞎炮处理。若是存在瞎炮则必须调查具体原因，然后由专业技术人员负责处理。

3)注意事项。隧道开挖掘进尺寸必须严格控制，单次循环开挖进尺确定为0.6 m；仰拱与掌子面之间的距离控制在50 m以内；二次衬砌与掌子面之间的距离控制在50 m以内；左洞、右洞与二衬之间的距离控制在10 m以内。

2.4 隧道衬砌施工

此隧道衬砌施工流程如下：

初喷混凝土→安装钢架→超前小导管→中空注浆锚杆→挂设钢筋网→喷射混凝土→防排水→二次衬砌。

1)初喷混凝土。通过喷浆机对掌子面实施初喷，选择的材料为钢纤维混凝土(级别C25)，厚度控制4 cm，以确保无落块与掉石现象。

2)安装钢架。选择的是 Ⅰ 20a工字钢，拱架间采用纵向连接筋焊接方式，梅花形布设，各榀拱架的两端建立锁脚小导管，以增强拱架结构的安全性，以及提升垂直度。

3)超前小导管。具体如下：

a.顺着拱架轮廓方向设置小导管。拱架制作选择从中间腹板的中部实施钻孔，其中孔径控制为5 cm，确定的间隔距离为0.4 m，通过双层小导管进行作业，第一层小导管的管径φ=42 mm，从拱架的上方呈梅花形布设，间隔距离为30 cm，然后和拱架以焊接的方式稳固连接，上仰角控制为15°～20°；第二层小导管需穿过拱架孔位，将上仰角控制为7°～10°，所有层小导管确定的纵向间隔距离为0.6 m[5]。

b.通过凿岩机实施钻孔，保证孔径不小于42 cm，待钻孔结束后，需及时设置小导管，以免发生缩孔问题。

c.插入小导管。其中小导管的长度控制为4.5 m，从小导管中以梅花形方式设置压浆孔(其直径φ=8 mm)，确定的纵向间隔距离为75 cm，其尾部1 m位置无需布设钻孔，而端部应设置成尖锥形状，在小导管插入阶段需通过凿岩机进行辅助顶入。

d.注浆。选择的注浆液为P.O42.5水泥浆，水泥浆比(质量比)是1∶1，注浆施工压力控制在0.5 MPa～1.0 MPa之间。选择间断注浆方式，直至注浆孔溢出新浆液为止，详见表1。

表1 超前小导管各项参数

4)中空注浆锚杆。通过搭建简易施工平台，首先喷射第一层混凝土，然后实施钻孔作业，在成孔后通过高压风将孔内的石屑清理干净，以锚杆的方式把锚固剂慢速顶入到设计指定部位，从锚杆尾端设置垫板、止浆塞与螺母，其中垫板处需设置塑料排气孔，实施注浆前必须认真检查注浆管与排气管的密封性，保证符合规定要求方可正式进行水泥浆液灌注。

5)挂设钢筋网。针对钢筋网和锚杆的交叉位置应进行焊接处理，其中钢筋网的保护层应大于2.5 cm，挂网后紧接着实施第二层混凝土喷射。

6)喷射混凝土。此项目中混凝土的喷射厚度控制在27 cm以上，若渗漏水较为严重，则必须提前从初支内埋设双壁打孔波纹管(其直径φ=110 mm)，实现引流处理，或从集中排水点设置引排水管[6-7]。

7)防排水施工。具体施工环节：初期支护全面检查→设置排水管→铺设土工布→安装防水板。

8)二衬施工。绑扎钢筋与二衬浇筑，在钢筋绑扎与焊接阶段，必须高度重视防水板保护处理，可以设置防护罩。同时二衬浇筑采用对称浇筑施工模式。

3 结语

在隧道工程的建设中，隧道穿越地质断层的情况非常普遍，断层破碎带围岩是一种软弱围岩，也是山岭隧道施工过程中经常遇到的地质灾害。断层破碎带稳定性较差，经常会导致岩体失稳，稍有不慎，就会造成事故，给隧道施工带来非常大的困难，文章结合隧道工程项目实际情况，合理选择与调整超前地质预报实施方案；加强地表截排水设施，加固地表土体；合理调整隧道开挖工法，优化爆破参数，控制循环进尺；优化隧道初支材料，加强工序控制，提高衬砌施工质量；将隧道穿过浅埋破碎带施工技术应用于项目后，隧道在穿过浅埋破碎带时，隧道洞身围岩变形收敛，整体稳定性明显增强。本文研究提出的隧道穿过浅埋破碎带施工技术思路具有普遍性，可为类似项目施工提供有意义的参考。