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浅谈隧道破碎带施工的几点做法
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内容提示：结合宜万铁路W16标段长鹰坝二号隧道的地质情况，以及在施工过程中断层、溶腔、溶洞、土夹层等破碎地质段的实际施工方法，浅析隧道破碎带的治理措施，以及围岩量测在施工中的应用。
摘 要：结合宜万铁路W16标段长鹰坝二号隧道的地质情况，以及在施工过程中断层、溶腔、溶洞、土夹层等破碎地质段的实际施工方法，浅析隧道破碎带的治理措施，以及围岩量测在施工中的应用。
关键词：断层;溶腔;土夹层;施工工艺;围岩量测
1 工程概况
本隧道地处鄂西南地区，属于亚热带季风气候，温暖多雨、湿润多雾、雨量充沛，区内山峦叠嶂、沟壑纵横。洞内以Ⅲ、Ⅳ级围岩为主，地质主要以寒武系上统耗子沱群灰岩、白云质灰岩为主，中厚产状，弱风化。但是断层、溶腔、夹层频频出现，节理裂隙较发育。本隧道全长2651m,分进出口掘进，进口里程为DK238 669，出口里程为DK240 300。
2 破碎地质带与隧道的关系以及对施工的影响
破碎地质带是指松散地层、岩溶、断层、软土地段、土加石、溶腔等不利于隧道工程施工的不良地质环境。在施工中发现，不良地质地段的变异是非常复杂的，设计文件提供的地质资料和施工方法以及防范措施不可能完全符合实际情况。
破碎地质在隧道施工中会经常出现，如认识不够，施工工艺安排不合理，会造成塌方，这样不仅会造成直接经济损失，给隧道施工带来极大困难，而且耽误工期，并且会带来安全隐患，甚至会造成安全质量事故。因此隧道不良地质带的施工必须制定安全、稳妥的施工方案，采取积极、有效的施工措施，切忌盲目施工。不良地质的发现一是要熟读设计文件、掌握设计意图以及详细的地质情况；二是要勤观察并要对症下药，因此，在施工过程中，应经常观察地质发育情况，必要时采取有效的辅助措施，如TSP、超前钻孔、红外线探水、地质雷达探测等超前地质预报措施。
3 破碎地质的施工原则
在隧道施工过程中如遇到不良地质段，首先要对地质、水文情况有一个整体的了解。严格按照“先治水、短开挖、弱爆破、强支护、勤量测、早衬砌、”的指导原则。
（1）先治水：在有水地段，应采用引、排、堵相结合的方式，处理好岩溶水，消除隐患。
（2）短开挖、弱爆破：不良地质段，应遵循多打眼、浅打眼、弱爆破、短进尺的原则，减少对周边围岩的扰动。
（3）强支护：及破碎地段，应采取锚、喷、网联合支护的原则。如果喷锚支护仍不能提供足够的支护能力时，应及早装设钢架（工字钢或格栅钢架）支撑加强支护。
（4）勤量测:及在开挖完成后，立即进行监控量测工作，及时掌握围岩变化情况。如变化较大，应制定相应的补救措施。
（5）早衬砌：在监控量测反映围岩变化稳定、边墙完成后，衬砌结构尽早封闭，改善受力状态，确保衬砌结构长期稳定、坚固。
4 长鹰坝二号隧道的开挖方法
由于长鹰坝二号隧道地质情况复杂，节理较发育，溶洞、断层、土夹石岩层等不良地质频频出现，所以全断面开挖法已经不再合适，结合实际地质情况，我们采取了上下断面顺序开挖法，采用减轻震动控制爆破技术。下面就以DK239 705～ 770段岩溶处理措施为例，浅谈一下不良地质段的施工方法。
在隧道开挖过程中，如果围岩的整体性差、稳定性差、风化程度比较严重时，一般多采用上下台阶开挖方法。上下台阶开挖法，就是上半断面施工（包括支护）一段距离后（至少50m），再进行下半断面的开挖和支护。这种情况的施工难度取决于围岩破碎的程度以及填充物的含水性、活动性。
(1) 长鹰坝二号隧道进口施工至DK239 710时线路左侧出现粘土填充物（附图1），通过超前钻孔探测发现前方20m范围内仍是破碎岩层并向线路右侧发展，围岩破碎程度严重，自稳能力差。施工不当极易造成侧壁整体滑塌，应注意辅以钢架和喷锚网联合加强支护。我们采取了在侧壁不良地质的范围布设￠42小导管注浆固结岩体；与线路方向成15°夹角、长度为6m，施工方法采用先两侧、后中间，短进尺、快支护的原则，较顺利的通过了该地段。
(2) 施工至DK239 720时拱部出现大量的砂砾土填充物，随着进尺填充物逐步扩大，因考虑安全起见，改为人工配合机械施工，以人工为主，尽量缩短进尺，一般为一榀钢架间距的进尺。
(3) 至DK239 750时隧道大部分断面都在破碎岩层中，且破碎程度比较严重，随时有掉块、滑体现象发生。在开挖方法上采用了分部开挖法，即先开挖破碎带，开挖完成后立即采用￠42小导管注浆封闭岩体，待注浆效果达到一定程度后再开挖较好围岩。在开挖时可采用风枪与小炮相结合，但必须考虑减少对已封闭好破碎带的振动。在下断面施工中，必须使上断面钢架与下断面钢架之间焊接牢固、下断面钢架座落稳定。
5 破碎带的支护方法
在开挖的同时，应及时施做初期支护，这是破碎地段施工的原则。以免围岩暴露时间过长，产生松动、变形或掉块以及坍塌现象，所以应遵循“早支护，强支护”的原则。一般在破碎地段采用喷锚网联合支护方法。在必要时，应采用超前小导管或超前管棚和钢拱架加强支护。在DK239 710时虽然我们对破碎带进行了注浆固结，但这只是临时支护，考虑到整体结构的稳定，对该段我们进行辅以钢架加强支护，施做钢架从DK239 705开始，钢拱架间距50cm，纵向连接钢筋用￠22螺纹钢间距加密至50cm，因为在线路左侧出现大量粘土填充，基底极其松软，为了使钢架座落稳定，我们在左侧基底设置P43槽钢并延伸出破碎区段如图2所示，这样确保钢拱架座落稳定不下沉，并且整体性较强。每榀钢架在边墙位置设置长3.5m的锁脚锚杆与槽钢焊接成一体。
DK239 730左侧为粘土填充，即易发生坍方或掉块现象，所以在钢拱架架立完毕后，在左侧设置3.5m长的小导管并注浆加固岩体，小导管施工如图3所示，梅花型布置。
上断面施工至DK239 750时，线路左侧发生塌方现象，隧道左边形成一空腔（纵向2.8m，高度无法测出），这种空腔处理就不能再以简单的钢架支护。首先，考虑到安全起见，要对空腔周围的危石、险石进行处理，然后进行钢架架立。钢架后面钢筋网片和纵向连接筋焊接牢固后，支模喷射C20混凝土，待喷射混凝土达到一定程度后，拆除摸板，用C25素混凝土施做1m厚护拱，在护拱上垫至少1m厚砂土，对空腔内的落石起缓冲作用，防止破坏钢架支护结构。如图4所示。
6 超前预报工作
隧道破碎带的超前预报工作在隧道施工中是一项基础性的、非常重要的工作，它是保证隧道施工安全的一项重要措施，同时，它又是隧道动态设计的主要决策依据。因为不良地段的出现具有一定的突然性，如没有意识到它的存在，依然采用常规的施工方法，将导致塌方而影响到整个工程的施工。因此，要根据实际地质变化情况作出相应的预防措施。超前地质预测预报得以实施原则：在隧道施工中要做到“加强探测，强化治理，不留后患”的原则。
超前地质预测预报的方法主要有以下几种：(1)掌子面地质素描法(2)物探法（TSP203，地质雷达法，红外线法）和钻探法（超前深孔钻探）。根据以上几种方法得出的地质资料再结合实际地质素描，进行初步的地质分析，判断破碎岩体的发育情况。隧道破碎带在隧道中是有一定的延伸长度的，它的出现也是有一个由小到大的过程的，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地质变化情况。
在实际开挖作业中，若钻速突然加快，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。
对重点怀疑地段，采用超前水平钻孔。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，并利用岩芯作试样进行试验，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。
7 监控量测
7.1 监控量测的目的
现场量测是隧道工程监控的重要手段，其目的在于了解围岩变形和应力变化的动态过程，掌握隧道围岩的稳定情况，判断支护系统地可靠程度，是直接为施工和支护系统的设计服务的。通过现场量测掌握围岩力学形态的变化规律，掌握支护的工作状态信息并及时反馈，指导施工作业。对量测数据进行分析处理，作出工程预测，确定施工对策和措施，以确保施工安全和隧道稳定。
关键词：断层;溶腔;土夹层;施工工艺;围岩量测
1 工程概况
本隧道地处鄂西南地区，属于亚热带季风气候，温暖多雨、湿润多雾、雨量充沛，区内山峦叠嶂、沟壑纵横。洞内以Ⅲ、Ⅳ级围岩为主，地质主要以寒武系上统耗子沱群灰岩、白云质灰岩为主，中厚产状，弱风化。但是断层、溶腔、夹层频频出现，节理裂隙较发育。本隧道全长2651m,分进出口掘进，进口里程为DK238 669，出口里程为DK240 300。
2 破碎地质带与隧道的关系以及对施工的影响
破碎地质带是指松散地层、岩溶、断层、软土地段、土加石、溶腔等不利于隧道工程施工的不良地质环境。在施工中发现，不良地质地段的变异是非常复杂的，设计文件提供的地质资料和施工方法以及防范措施不可能完全符合实际情况。
破碎地质在隧道施工中会经常出现，如认识不够，施工工艺安排不合理，会造成塌方，这样不仅会造成直接经济损失，给隧道施工带来极大困难，而且耽误工期，并且会带来安全隐患，甚至会造成安全质量事故。因此隧道不良地质带的施工必须制定安全、稳妥的施工方案，采取积极、有效的施工措施，切忌盲目施工。不良地质的发现一是要熟读设计文件、掌握设计意图以及详细的地质情况；二是要勤观察并要对症下药，因此，在施工过程中，应经常观察地质发育情况，必要时采取有效的辅助措施，如TSP、超前钻孔、红外线探水、地质雷达探测等超前地质预报措施。
3 破碎地质的施工原则
在隧道施工过程中如遇到不良地质段，首先要对地质、水文情况有一个整体的了解。严格按照“先治水、短开挖、弱爆破、强支护、勤量测、早衬砌、”的指导原则。
（1）先治水：在有水地段，应采用引、排、堵相结合的方式，处理好岩溶水，消除隐患。
（2）短开挖、弱爆破：不良地质段，应遵循多打眼、浅打眼、弱爆破、短进尺的原则，减少对周边围岩的扰动。
（3）强支护：及破碎地段，应采取锚、喷、网联合支护的原则。如果喷锚支护仍不能提供足够的支护能力时，应及早装设钢架（工字钢或格栅钢架）支撑加强支护。
（4）勤量测:及在开挖完成后，立即进行监控量测工作，及时掌握围岩变化情况。如变化较大，应制定相应的补救措施。
（5）早衬砌：在监控量测反映围岩变化稳定、边墙完成后，衬砌结构尽早封闭，改善受力状态，确保衬砌结构长期稳定、坚固。
4 长鹰坝二号隧道的开挖方法
由于长鹰坝二号隧道地质情况复杂，节理较发育，溶洞、断层、土夹石岩层等不良地质频频出现，所以全断面开挖法已经不再合适，结合实际地质情况，我们采取了上下断面顺序开挖法，采用减轻震动控制爆破技术。下面就以DK239 705～ 770段岩溶处理措施为例，浅谈一下不良地质段的施工方法。
在隧道开挖过程中，如果围岩的整体性差、稳定性差、风化程度比较严重时，一般多采用上下台阶开挖方法。上下台阶开挖法，就是上半断面施工（包括支护）一段距离后（至少50m），再进行下半断面的开挖和支护。这种情况的施工难度取决于围岩破碎的程度以及填充物的含水性、活动性。
(1) 长鹰坝二号隧道进口施工至DK239 710时线路左侧出现粘土填充物（附图1），通过超前钻孔探测发现前方20m范围内仍是破碎岩层并向线路右侧发展，围岩破碎程度严重，自稳能力差。施工不当极易造成侧壁整体滑塌，应注意辅以钢架和喷锚网联合加强支护。我们采取了在侧壁不良地质的范围布设￠42小导管注浆固结岩体；与线路方向成15°夹角、长度为6m，施工方法采用先两侧、后中间，短进尺、快支护的原则，较顺利的通过了该地段。
(2) 施工至DK239 720时拱部出现大量的砂砾土填充物，随着进尺填充物逐步扩大，因考虑安全起见，改为人工配合机械施工，以人工为主，尽量缩短进尺，一般为一榀钢架间距的进尺。
(3) 至DK239 750时隧道大部分断面都在破碎岩层中，且破碎程度比较严重，随时有掉块、滑体现象发生。在开挖方法上采用了分部开挖法，即先开挖破碎带，开挖完成后立即采用￠42小导管注浆封闭岩体，待注浆效果达到一定程度后再开挖较好围岩。在开挖时可采用风枪与小炮相结合，但必须考虑减少对已封闭好破碎带的振动。在下断面施工中，必须使上断面钢架与下断面钢架之间焊接牢固、下断面钢架座落稳定。
5 破碎带的支护方法
在开挖的同时，应及时施做初期支护，这是破碎地段施工的原则。以免围岩暴露时间过长，产生松动、变形或掉块以及坍塌现象，所以应遵循“早支护，强支护”的原则。一般在破碎地段采用喷锚网联合支护方法。在必要时，应采用超前小导管或超前管棚和钢拱架加强支护。在DK239 710时虽然我们对破碎带进行了注浆固结，但这只是临时支护，考虑到整体结构的稳定，对该段我们进行辅以钢架加强支护，施做钢架从DK239 705开始，钢拱架间距50cm，纵向连接钢筋用￠22螺纹钢间距加密至50cm，因为在线路左侧出现大量粘土填充，基底极其松软，为了使钢架座落稳定，我们在左侧基底设置P43槽钢并延伸出破碎区段如图2所示，这样确保钢拱架座落稳定不下沉，并且整体性较强。每榀钢架在边墙位置设置长3.5m的锁脚锚杆与槽钢焊接成一体。
DK239 730左侧为粘土填充，即易发生坍方或掉块现象，所以在钢拱架架立完毕后，在左侧设置3.5m长的小导管并注浆加固岩体，小导管施工如图3所示，梅花型布置。
上断面施工至DK239 750时，线路左侧发生塌方现象，隧道左边形成一空腔（纵向2.8m，高度无法测出），这种空腔处理就不能再以简单的钢架支护。首先，考虑到安全起见，要对空腔周围的危石、险石进行处理，然后进行钢架架立。钢架后面钢筋网片和纵向连接筋焊接牢固后，支模喷射C20混凝土，待喷射混凝土达到一定程度后，拆除摸板，用C25素混凝土施做1m厚护拱，在护拱上垫至少1m厚砂土，对空腔内的落石起缓冲作用，防止破坏钢架支护结构。如图4所示。
6 超前预报工作
隧道破碎带的超前预报工作在隧道施工中是一项基础性的、非常重要的工作，它是保证隧道施工安全的一项重要措施，同时，它又是隧道动态设计的主要决策依据。因为不良地段的出现具有一定的突然性，如没有意识到它的存在，依然采用常规的施工方法，将导致塌方而影响到整个工程的施工。因此，要根据实际地质变化情况作出相应的预防措施。超前地质预测预报得以实施原则：在隧道施工中要做到“加强探测，强化治理，不留后患”的原则。
超前地质预测预报的方法主要有以下几种：(1)掌子面地质素描法(2)物探法（TSP203，地质雷达法，红外线法）和钻探法（超前深孔钻探）。根据以上几种方法得出的地质资料再结合实际地质素描，进行初步的地质分析，判断破碎岩体的发育情况。隧道破碎带在隧道中是有一定的延伸长度的，它的出现也是有一个由小到大的过程的，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地质变化情况。
在实际开挖作业中，若钻速突然加快，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。
对重点怀疑地段，采用超前水平钻孔。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，并利用岩芯作试样进行试验，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。
7 监控量测
7.1 监控量测的目的
现场量测是隧道工程监控的重要手段，其目的在于了解围岩变形和应力变化的动态过程，掌握隧道围岩的稳定情况，判断支护系统地可靠程度，是直接为施工和支护系统的设计服务的。通过现场量测掌握围岩力学形态的变化规律，掌握支护的工作状态信息并及时反馈，指导施工作业。对量测数据进行分析处理，作出工程预测，确定施工对策和措施，以确保施工安全和隧道稳定。
原文网址：http://www.pipcn.com/research/200902/13971.htm
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