试论梅花洞隧道断层破碎带施工技术控制措施

发布时间：2022-10-05 10:10 热度：

试论梅花洞隧道断层破碎带施工技术控制措施

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摘要: 本文结合长珲高速公路梅花洞隧道断层破碎带段施工中采用超强小导管及超强管棚预支护、锚喷初期支护、开挖方法等施工技术进行论述，为今后类似工程提供参考依据。

关键词：高速公路 隧道工程 破碎带 控制 建筑设计论文,发表论文,职称论文网

一、工程概况

梅花洞隧道地处吉林省龙井市境内，隧道围岩岩层节理非常发育，地下水丰富，滑层较多且变化频繁，施工难度极大。围岩较为破碎，埋深较浅，岩石为强风化，色泽灰白色、紫红色，呈碎块，为IV级围岩，弱风化黑云母花岗岩，裂隙较发育，岩石色泽为灰白色、紫红色，呈短柱状—长柱状。岩土工程施工分级为V级。通过IV、V类围岩断层破碎带，岩性主要为粉质黏土夹碎石、粉砂岩、强风化黑云母花岗岩、节理发育的弱风化黑云母花岗岩，节理、层理及裂隙发育，层面交错，风化极为严重，呈压碎状态，致使围岩自稳能力极差，成型困难针对上述情况，结合施工生产要素及施工生产能力，按照“弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤测量”的施工原则，在拱部超前小管棚注浆预固结围岩的保护下，采用中隔法分三层施工。

二、超前小管棚施工工艺控制

1、工艺原理

在破碎松散岩体中超前钻孔，打入小导管并压注具有胶凝性质的浆液，浆液在注浆压力的作用下呈脉状快速渗入破碎松散岩体中，并将其中的空气、水分排出，使松散破碎体胶结、胶化，形成具有一定强度和抗渗阻水能力的以浆胶为骨架的固结体，从而提高围岩的整体性、抗渗性和稳定性；使超前小管棚与固结体形成一个具有一定强度的壳体，在壳体的保护下进行开挖支护施工。

2、小管棚及注浆

设计采用5m/根的φ45mm小导管布设在拱部，外插角5°～12°，环向间距45cm，纵向环距4m，即每施作一排小导管，开挖支护4m；压注0.5～1.0(重量比)水泥砂浆，注浆压力采用0.5～1.0MPa，根据不同岩性及岩石状态提高注浆压力；采用42.5MPa普通硅酸盐水泥。

3、施工要点

小导管采用外径45mm厚4mm的热轧无缝钢管，钢管长度5m，为便于超前小导管插入围岩内，钢管前端做成尖锥状，尾部焊上φ6加紧箍筋，防止顶入时对尾部的损伤和注浆时压力对小导管造成提前破坏；距另一端100cm的位置开始至尖锥端之间按梅花型间距为15cm布设φ10mm的孔眼5排，以利于小导管推进和浆液渗入破碎岩体。小导管安设采用钻孔打入发，既先按设计要求钻孔，钻孔直径比钢管直径大4～6mm，然后将小导管穿过钢架，用锤击或钻机顶入，顶入长度不小于钢管长度的90%，并用高压风将钢管内的砂石吹出。小导管安设后，用塑胶泥(或锚固剂)封堵孔口及周围裂隙，必要时在小导管附近及工作面喷射混凝土，以防止工作面坍塌。在安设小导管时必须保证精度，应用测斜仪，进行钻孔偏斜度测量，严格控制打入方向。

三、隧道开挖与锚喷初期支护

　 为控制超欠挖及减少对围岩的扰动，拱部弧形及边墙周边均采用风镐分台阶开挖，中心部分均采用挖掘机开挖，开挖进尺根据围岩稳定性确定为l—2榀钢架的间距，即0.6～1.2m，紧密结合“短进尺、强支护”的原则，开挖轮廓完成立即支护，并初喷C25混凝土27cm，形成早强壳体，稳定安全施工，保障进度。中隔墙也采用同等级别工字钢临时支护，并打设系统临时砂浆锚杆。边墙按钢架的三个单元分三个台阶施工，上、中、下台阶相距3m左右，左右边墙错开5m进行开挖，减少弱爆破时的扰动，增强稳定性。

初期支护参数：系统锚杆拱部采用4m／根的WTD25型中空注浆锚杆，间距1.0m×0.6m，梅花型布置；拱墙设I20工字钢拱架，间距60cm，钢架每侧拱脚设2根φ32中空锁脚钢管，布置在钢架的两侧并与钢架锁定焊接牢固；钢架内侧挂φ8钢筋网，网格尺寸为20cm×20cm，喷射混凝土厚 27cm.

四、隧道施工质量监控量测

在岩层爆破开挖后的第一时间、初期支护没有进行时进行第一次监控量测，初期支护完成后，在拱顶与拱脚及边墙的内轨顶面标高处分别埋设拱顶沉降观测点、水平收敛观测点，来进行拱顶下沉和水平收敛量测。测试元件用φ12圆钢加工而成，每根元件长40cm，锚入初期支护体35cm，外露5cm，因为初期支护厚度为27cm，必须把钢筋锚入岩体才能够真正分析岩体在开挖后的动态，才能够减弱爆破震动带来的测量影响。水平收敛量测采用铁科院武汉岩体力学研究所研制的收敛仪进行观测。量测频率开始6h观测1次，然后根据变形量的减小而减小量测频率，即12h、24h、48h、72h、168h，根据量测结果及时调整工序及预留变形量、开挖进尺，最最重要的是知道施工安全，预防塌方何时做好加强支护等，便于指导施工，确保施工安全。量测点看具体围岩破碎情况每隔10m或5m布设1组。经量测，拱顶最大累计下沉量为35mm，水平最大累计收敛量为15mm.通过对断层破碎带采用超前小导管棚预支护、人工环形及周边开挖技术和锚喷初期支护措施，通过现场监控量测控制要求：第一，周边人工开挖可减小对围岩的扰动，有效控制超欠挖；第二，超前小管棚注浆预支护，可以大量减少拱部围岩的掉块，保证了施工安全、质量和进度；第三，通过现场监控量测，将预留变形量由设计的15cm调至10cm。

五、施工总结

在整个施工过程中通过对断层破碎带的处理不但加强了安全施工而且提高了隧道支护的早期强度 ，通过监控量测的整理分析，对处理后的破碎带地段沉降和收敛值略大于岩石较好的施工地段；对破碎带的处理体现了对新奥法的理解和深化，在施工过程中结合本工程项目的实际情况针对不同的破碎带采用不同的处理方式至关重要，严格按施工规范结合施工经验采取切实有效的施工方案如超前管棚的打入深度、注浆量、注浆压力等，真正做到照图施工才能确保施工质量和施工安全。对监控量测和超前地质预报每次监控时间要基本在同一个时间点上以便于在相对同样的条件下得出最为合理的数据，然后整理分析，起到预测预报的工作。隧道工作还是个整体系统的工作，每个环节都是一个很重要的组成部分，只有认真做好做细每一步才能保质保量完成整个工程项目，向国家和人民交上一份满意的合格产品。

参考文献

[1] 王梦恕，皇甫明，海底隧道修建中的关键问题[J]，《建筑科学与工程学报》，2005年04期

[2] 赵旭峰，王春苗，厦门海底隧道围岩稳定动态反演分析[J]，《工程地质学报》，2007年02期

[3] 张明聚，郜新军，郭衍敬，海底隧道突水分析及其在翔安隧道中的应用[J]，《北京工业大学学报》，2007年03期

[4] 黄明琦，郭衍敬，张斌，软弱围岩大断面隧道径向注浆变形的控制[J]，《北京工业大学学报》，2007年05期

[5] 张建宾，胶州湾隧道穿越海底断层破碎带施工方案探讨[J]，《铁道工程学报》，2008年05期