关山隧道富水断层破碎围岩施工技术研究

时间：2024-05-17

张松

（中铁十九局集团第二工程有限公司辽宁辽阳 111000）

1 工程简介

关山特长隧道位于甘肃省天水市与平凉市交界地段的关山中山山区，全长15630米，为天平铁路第二长隧道。隧道地层岩性十分复杂，各种地质构造（断层、活动断层、褶皱及节理裂隙）发育，岩体被强烈挤压破碎，受区域地质构造影响，风化带厚度大，地层产状紊乱，且地下水发育，给施工带来很大影响。为使各项工程措施经济合理，确保本隧道顺利建成，基于本隧道地质条件的复杂性，在施工过程中采取加强超前地质预报，非钻爆开挖，注浆堵水加固围岩等一系列行之有效的方法，以解决该隧道围岩破碎且地下水发育的难题，确保施工安全、顺利进行。

2 富水断层破碎围岩对施工的影响及治理方法

在隧道施工中，遇到了富水断层破碎带的情况主要有如下几种：

2.1 富水软岩夹泥沙伴随大量涌水的地段

这种地段经常在开挖后的很短一段时间内出现不能自稳的现象。在施工中遇到这种围岩一般都是有前兆，经常在进入此类围岩之前会有围岩变软、钻孔时有卡钻或跳钻的情况发生、钻孔后有浑水流出、孔内水量有明显变化、钻孔后有与当前掌子面颜色不同的浑水流出等情况发生。如发现有以上的一种或几种情况出现，施工中应引起高度的注意，可采用临时封闭掌子面加打泻水孔的方法，先对来自掌子面前方各个方向的围岩放水降压，再采用小导管或管棚注浆固结前方软弱围岩。开挖过程中要采用对围岩扰动小的方式，以提高隧道的自稳能力，降低塌方的可能性。

2.2 断层破碎带有较大涌水的情况，围岩破碎无自稳性

如果遇到断层破碎带围岩，施工的困难相对较大，一般可采用双排小导管超前支护。小导管上要布置滞水孔，并且上层导管的环向间距要比下层密，具体视实际情况酌情处理，然后对下层导管注浆堵水。这种方法的原理就是利用围岩的破碎先对来自掌子面以外的水用外层导管排除一部分，然后再用注浆的方法对剩余部分水做堵水处理，使能够到达掌子面的水量得到控制，但在实际应用过程中要多发考虑现场的实际情况，争取一次成功，不然开挖后会出现围岩很快掉落，甚至塌方的后果，给下部施工带来很大的麻烦。

2.3 涌泥溜塌后塌腔的通过

尤以有地下水较大时更为困难，在富含地下水的情况下，岩体强度很低，自稳能力极差，部分地段会出现溜坍现象。这种地质情况的施工难度极大，虽然出现不多，但时有所见。在开挖过程中需要十分小心的处理，稍有不慎就可能出现预想不到的后果，严重威胁到施工的安全。一般可根据空腔的大小采取不同的方法。塌腔较大时，可采用管棚超前，然后向塌腔中送入小导管或较大直径的钢管，向塌腔中注入双液浆或砂浆，必要时刻向其中注入混凝土，使充填物与管棚之间形成钢筋混凝土结构，待达到一定的强度后，掌子面的开挖就可以顺利进行。值得注意的是，这种方法在处理来自掌子面上方的塌腔时要特别小心，稍有不慎，就会使裂隙水向某一个方向汇集，给初期支护带来很大的压力，最终在薄弱环节处泄水，这就要求我们密切关注充填后掌子面水的变化情况，必要时要在掌子面后方多部滞水孔，以减轻掌子面水的压力，给下部开挖创造有利条件。

3 对富水断层破碎地段隧道施工的一点体会

对于隧道富水断层破碎地段，设计单位一般根据地表探测和少量的地质钻孔为主，推断地下深处的隧道地质条件，这往往与隧道施工实际遇到的地质条件存在差异。而地质的变化对隧道施工影响又非常敏感，特别是复杂地层施工，更要求准确预报施工前方的工程地质和水文地质条件。因此，针对软弱破碎断层围岩,为了既能够保证施工安全又保证施工进度,通常要做好超前地质预报工作和后续工序工作。如超前地质预报中的TSP203预报、超前水平探孔、红外探水等综合预报以及围岩收敛观测、仰拱和二衬紧跟等各种处理工作。地质超前预报要作为一个工序纳入生产过程。除了做好超前预报和监控量测外，针对不同软弱地层的特点，采用不同的支护开挖方案。

对于富水软岩夹泥沙伴随大量涌水的地段和断层破碎带有较大涌水的情况，这两种情况隧道地下水发育，除裂隙水外，往往与地表水连通，形成补给通道，使施工长期处于地下水干扰中，并且软弱破碎地层地下水一般不能形成集中水流，往往以散水形式从坑壁或隧底流出，施工处理更加困难。为了防止地下水对施工特别是开挖的影响，必须对地下水进行处理。切断地下水补给的通道往往会收到良好的施工效果，给施工带来很多便利。

富水软弱破碎围岩隧道在施工中最关键的工序是开挖。本隧道采用正台阶预留核心土法采用控制爆破与非钻爆开挖的手段以尽量减少对围岩的扰动，收到了满意的施工效果。但部分地段开挖后围岩自稳时间短或者根本不能自稳，这给施工带来很大的影响，甚至出现非钻爆法开挖后围岩也不能自稳的情况，给施工带来了很多麻烦，严重的延缓了施工进度甚至使整个工程蒙受了很大的经济损失。在施工中遇到此类围岩时一定要特别注意。应在地质预报的指导下加强对作业面的观察，并且预先制定出有效的处理方案，争取顺利的通过这类地段。

实践证明超前管棚、超前注浆小导管均是加固软弱破碎围岩的有效方法。在本隧道施工中超前注浆小导管是较常用的通过软弱破碎富水围岩的手段。超前小导管是在开挖前，沿坑道周边向前方围岩内打入带孔的小导管，并通过小导管向围岩压注起胶结作用的浆液，待浆液硬化后，坑道周围岩体就形成了一定厚度的加固圈。在此加固圈的保护下即可安全的进行开挖作业。在遇到富水软弱破碎围岩甚至溜坍段围岩时此法可对围岩的加固起到良好的效果。采用打双排或多排小导管的并向围岩内注水泥—水玻璃双液浆的方法，在隧道施工遇到富水软弱破碎围岩的情况下是一种解决问题的有效手段。