1、公路隧道断层破碎带综合施工技术探析摘要：包家山隧道的长度在当时在建隧道国内排名第三，仅次于 18公里终南山特长公路隧道和 12.3 公里的宝天高速公路麦积山隧道，且包家山隧道与终南山隧道不同之处还在于没有贯通的铁路隧道可依托，无法增加工作面，施工条件、地质条件相对较差。本文以包家山隧道断层破碎带施工为例介绍了超前预报、开挖支护、通风等施工技术，望对类似工程提供借鉴。 关键词：断层破碎；超前预报；开挖；通风 中图分类号：F54 文章编码： 一、工程概述 包家山特长隧道位于小康高速公路的咽喉部位，是最艰巨的工程地段之一。隧址所在地质构造单元属于秦岭褶皱系南秦岭留坝白河褶皱带，隧道轴线横穿的主要断裂
2、是麻坪河断裂。由于受区域构造影响，隧道区地质构造相对发育，沿隧道共发现断层 37 条，其中主要断层有 13条；主要的褶皱构造有 3 组；已发现的岩溶异常区有 17 处。 本隧道衬砌断面内轮廓采用三心圆，应急停车带长度为 40m。车行横洞的间距为 750m 左右，在两个车行横洞间加设两个人行横洞，车行横洞采用净宽 4.5m、净高 5.0m 曲墙式断面；人行横洞采用净宽 2.0m、净高2.5m 直墙式断面。行车横洞与行车方向夹角为 60，两端与路缘带顺坡，并设置半径不小于 5 米的转弯喇叭口；行人横洞与行车方向夹角为 90，其底面与检修道盖板顶面平齐。本隧道通风方案采用加射流风机的斜（竖）井送排式
3、纵向分段通风方式，为了满足施工工期要求，本工程在建设阶段将通风斜井（或竖井）作为施工工作面加以利用。隧道衬砌结构型式采用“新奥法”复合式衬砌，其设计参数见下表： 二、包家山隧道的难点 1、地质条件差。全隧共穿越断层 37 条、大型褶皱带 3 处、涌水段25 处，施工过程中共遭遇各种地质灾害 120 多次，发生大型涌水七次（其中造成全面停工的重大涌水事件为五次） ，前后停工近四个月，直接损失约两千五百万元。 2、施工条件差。由于包家山隧道位处小康高速中段，山高谷深，道路崎岖，施工中遇到材料运输困难、冬天大雪封山、开工条件不足等先天性困难。与终南山隧道不同之处还在于没有贯通的铁路隧道可依托，无法增
4、加工作面。 3、生活条件差。隧道地处贫困山区，就医、购物、通信等基础生活设施簿弱，加之便道绕行需六十多公里，逢雨遇雪往往形成缺菜少盐局面。 三、包家山隧道断层破碎带综合施工技术 （一）隧道开挖与支护技术 一般断层破碎带,采用径向锚杆、钢筋网、喷砼、格栅钢架等加强初期支护，并在拱部施作超前小导管周壁预注浆，对洞周岩体进行预加固和超前支护。在超前支护下，采用上半断面法或正台阶法开挖。在台阶上部施作超前小导管，上部开挖后及时施作拱部初喷砼，径向锚杆，挂钢筋网，格栅钢架。在作好拱部初期支护后方能开挖台阶下部。超前小层管管径根据钻孔直径选择，一般选用 4250mm 的直热轧钢管,长3.5m5.0m,外插
5、角 1020,管壁每隔 10cm20cm,交错钻眼,孔口150cm 段不钻孔,眼孔直径 6mm8mm,采用水泥砂浆或水泥水玻璃浆液灌注,导管环向间距 30mm50mm,纵向两组导管间水平搭接长度不小于1.0m。 断层出露于地表沟槽,具隧道为浅埋,可采用地面砂浆锚杆结合地面加固和排泄地表水及防止地表水下渗等措施。地面锚杆垂直设置，锚杆间距 1.0m1.5m 按矩形或梅花形布置,锚杆直径 18mm22mm,长度根据覆 盖厚度确定,锚固范围根据地形和推测破裂面确定。 管棚钢架超前支护半断面开挖；当断层宽度大,岩体极破碎时,可采用注浆管棚和钢架超前支护,管棚长度一般 10m40m,能一组管棚穿过断层破
6、碎带,则采用一组管棚,但受地质和施工条件限制,断层宽度大,可分组设置,纵向两组管棚的搭接长度不小于 3.0m。管棚用钢管直径80150mm,一般多采用 108 厚壁热扎无缝钢管,环向钢管中心间距为管径的 23 倍即 3040cm,钢架根据地质情况,可采用型钢或格棚,其间距0.81.0m 一榀,在管棚支护下,采用上半断面先开挖,在作好上半断面的锚、网、喷、钢架等到初期支护后，才能开挖下部。 （二）超前地质预报技术 断层的超前预报对隧道施工来说,是一项基础性的重要工作。若断层走向与隧道轴线接近正交的话,它的出现具有一定的突然性,如没有意识到断层的存在,依然采用常规的施工方法,将导致断层带出现塌方而
7、影响到整个工程的施工。 所采取的断层及破碎带预测手段主要有: （1）传统地质法:即工程地质法,根据地质资料结合实际地质素描,进行初步的地质分析。一般断层带在隧道中是有一定的延伸长度,其出现也是有一个由小到大的过程,若隧道局部围岩破碎、石质较差,且围岩软硬分界明显,应小心对待,可根据岩层的走向、倾角等预测前方可能出现的断层破碎带;在实际凿岩作业中,遇钻速突然加快,岩浆有异常变化时,则肯定存在明显的软硬岩层分界面,应探明情况并及时采取相关措施。 （2）超前地质钻孔:对重点怀疑地段,可采用 89 空心钻。根据岩芯和钻进过程中的岩粉、钻速和水质情况,判断前方水文、地质条件;取岩芯,并利用岩芯作式样进行
8、试验,对钻进的地质状态进行判断;钻速测试,根据钻机在岩石中的钻进速度和岩石特性之间的关系来判断。 此外在某些特殊地段,尤其是含水地段,也可采取地质雷达、TSP203地质超前预报系统等。 本隧道已开展的 TSP203 超前地质预报技术暴露出局部路段预报准确率低、对含水岩层不敏感等弱点，如何改进值得探讨。我们的经验：TSP超前预报技术只能作为“参考面” ，不能作为“施工依据” ，对有问题路段，还需启用超前钻探“眼见为实” 。 （三）通风技术 充分利用现有设备，在满足通风效果的前提下，进行合理调配减少新购风机的数量及总功率。在净空允许的情况下，采用大直径风管，减少能耗损失。通过适当增加一次性投入，减
9、少通风系统的长期运行成本。在右线靠近掌子面的第一个横通道向洞口方向布臵 1#、2#通风机，分别供应右、左两洞掌子面新鲜空气，1#通风机直接采用通风管将新鲜空气送至左洞掌子面，2#通风机采用通风管通过通风用横通道将新鲜空气送至右洞掌子面。1#、2#通风机距通风用横通道不小于 30m； 在通风用横通道与右洞相交处布置 3#通风机，3#通风机的作用是改变右洞掌子面回流的污浊空气流动路线，使之在到达通风用横通道口时，通过横通道流至左洞，从左洞洞口排出； 在左线洞口向掌子面方向约 50m 处布臵 4#通风机，4#通风机的作用是从洞内向洞外抽风，使洞内形成负压，洞内污浊空气自然从洞口流出洞外； 将掌子面向
10、洞口方向不作为通风用的横通道全部封闭，使左右线 形成两条单独的空气通道； 在局部污浊空气淤积处，可采用增加局扇的方法进行疏解。另为保证通风效果，可在右洞通风用横通道口靠洞口方向设臵风帘，阻挡右洞污浊空气进入新鲜空气供应通道。 四、包家山隧道的亮点 1、斜井优化采用大断面（4.55 米半径，原设计 3.5 米） ，既满足了通风要求、又加快了施工进度（承担正洞 6.6 公里任务） ，实现了性价比最大化； 2、在施工工作面，配置救生衣、救生圈、气垫船及灭火器等安全生产器材； 3、在洞口设立指纹识别系统，将安全生产管理工作纳入程序化； 4、论证批复工期 60 个月，实际使用工期为 34 个月（其间遭遇
11、断层、涌水、涌泥及轻微岩爆等地质灾害，基本岩性以片岩、千枚岩为主的古生界浅变质岩） ，创国内同类型地质条件施工进度首位； 5、在国内公路隧道中，首次利用互联网技术将现场施工纳入远程监控； 6、在国内公路隧道斜井承担正洞施工中，首次采用无轨-有轨-无轨运输自动转化系统，完成正洞施工任务 4.1 公里； 7、在国内公路隧道施工中，首创利用 243 米深的竖井投放砼混合料8.2 万方，无一质量和安全事故发生； 8、有轨斜井安全运行 960 天、49200 次，平均 21.3 次/时(0.35 次/分)，创国内公路隧道之最； 9、全隧岩性以片岩、千枚岩等古生界浅变质岩为主，其中级以上软弱围岩接近 60%，施工中穿越了 37 条断层，遭遇特大涌水 8 次，影响施工的涌水、涌泥事件 146 次，大小塌方 168 次，创造了零伤亡施工记录。 结束语 隧道断层破碎带施工中应根据隧道工程特点,制定切实可行的施工方案,施工量测尤为重要,要提前做好预测预防措施,坚持“管超前,严注浆,弱爆破,短开挖,强支护,快封闭,早成环,勤量测”的原则。大断面隧道CRD 法施工工序繁琐,应合理安排人员和机械,控制好施工工序和施工要点,保证施工顺利安全进行。隧道防排水属于全包防水,需要材料匹配、设计合理、施工精良、检验有力、维护有效。
