某高速公路隧道穿越断层破碎带施工技术分析

发布时间：2014-07-28 18:04

　　1 工程概况
　　隧道穿越围岩破碎、掉块较严重、裂隙水发育的断层破碎带，选择正确的的施工方法至关重要。在某高速公路大别山隧道出口段施工中，通过超前地质预报对围岩进行预判，采用超前小导管配合水泥—水玻璃双液注浆超前支护、台阶法开挖，结合架设I14 工字钢架、挂网、喷锚等措施，顺利通过断层破碎带，取得良好效果[1 ,2 ] 。大别山隧道为上下行分离的双洞隧道，隧道呈东西向展布，长4901 m。属特长隧道。隧道最大埋深482 m。
　　隧道区属某岭—大别山造山带核部，地质构造十分复杂，经历了多旋廻、多阶段的发展演化，区域构造属罗田褶皱束罗田穹隆。受白垩纪花岗岩的侵入影响，褶皱构造被破坏，仅在太古代大别群（ArD）中残留有露头尺度的层内褶皱、无根褶皱等。在白垩纪花岗岩岩体中破碎带发育， 在桩号ZK21 + 960～ZK22 + 000 处通过钻孔揭露出一条厚达20 m 左右的破碎带，埋深约100 m～120 m ,岩芯呈碎块状，绿泥石化严重，裂隙面铁质侵染相当明显，岩芯浸水后手捏即碎。
　　2 施工方案
　　经过广泛收集资料，聘请专家论证，结合工程实际情况，本着“管超前、预注浆、短开挖、强支护、勤量测、早封闭”的原则，决定采用TSP203 超前地质预报对围岩进行预判，施工中超前小导管辅以水泥—水玻璃双液注浆止水加固、正台阶法开挖、I14 钢架配合锚喷支护的处理方案。施工方案包括围岩预判、形成加固圈、正台阶法开挖、初期支护等。
　　2. 1 超前地质预报
　　虽然设计中通过钻孔对围岩情况进行了预判，可是实际施工围岩较设计仍然有较大出入。按照“新奥法”设计原则，需对围岩级别进行动态调整。因此，在施工掌子面至距离断层破碎带15 m 左右时应进行超前地质预报。根据建设单位、监测单位的预判结果，断层破碎带的围岩等级判定为Ⅳ级围岩，节理发育、岩体破碎、裂隙水较发育。
　　2. 2 形成加固圈
　　形成加固圈就是通过超前小导管配合水泥—水玻璃双液注浆在拱部120°范围的开挖轮廓线四周形成一定强度和厚度的水泥浆加固拱，以提高围岩自承能力和稳定性。超前小导管Φ42 ,长4. 5 m ,沿隧道拱部120°范围的开挖轮廓线布置，环向间距40cm ,向外倾斜10°～15°。考虑钢架间距和搭接长度，按照3. 2 m 每环布置，预留搭接长度1. 3 m。注浆使用YZB - 120/ 7 型液压双液注浆泵，注水泥—水玻璃双液浆。
　　2. 3 正台阶法开挖
　　开挖本着“短进尺、强支护”的原则，采用正台阶法开挖。上台阶开挖高度5. 7 m ,下台阶开挖高度2. 5 m ,左右交错开挖，进尺结合钢架间距控制在2m～2. 5 m。两个台阶纵向距离基本保持在15 m～20 m ,以利于及早落底。开挖后，尽量减少围岩暴露时间，迅速完成初期支护。
　　2. 4 进行初期支护施工
　　初期支护参数如下： （1） 初喷封闭掌子面（4 cm厚的C25 喷射混凝土） ,施作钢拱架（ I14 工字钢钢拱架，纵向间距100 cm ,Φ22 纵向连接钢筋，环向间距1 m） ,施工锁脚锚杆（Φ22 砂浆锚杆，长3. 5 m ,向下倾斜45°，端部与钢拱架两侧拱脚焊接） ; （2） 施工径向系统锚杆（Φ25 带排气中空注浆锚杆，长4m ,环向间距1. 0 m ,纵向间距0. 8 m） ,喷射混凝土至设计厚度（C25 聚酯纤维混凝土，厚度28 cm） 。
　　3 施工要点
　　形成加固圈是本方案的施工要点，而超前小导管施工及水泥—水玻璃双液注浆是形成加固圈的重点。施工中确保超前小导管和注浆的质量是施工方案成败的关键。
　　3. 1 超前小导管施工
　　由于岩体为全～强风化片麻花岗岩，节理发育、基岩破碎、夹层多、成孔困难、容易卡钻、坍孔，钻孔操作比较困难。如何确保小导管的位置和角度满足设计要求，是方案成败的关键所在，超前小导管横断面布置见图1 。小导管施工采用钻孔打入法。按照封闭岩面→钻孔→清孔→钢花管制、安→注浆的施工顺序施工。
　　图1 超前小导管横断面布置图
　　施工主要工序：
　　（1） 封闭岩面：为确保注浆效果，对开挖岩面采用厚度3 cm～5 cm 的C25 喷射混凝土封闭，作为止浆墙。在钢花管安装完毕后，用锚固剂对钢管周围进行封堵，确保在注浆过程中不漏浆。
　　（2） 钻孔：钻孔前先检查气腿式风枪状况是否正常。钻孔速度应保持匀速，特别是钻头遇到孤石、夹层时，应控制钻进速度，避免发生夹钻现象。钻进过程中应经常用测斜仪测定其位置，根据钻机钻进现况及时判断成孔质量，并及时处理钻进过程中出现的事故。
　　（3） 清孔、验孔：用高压空气从孔底向孔口清理钻渣，用经纬仪、测斜仪等检测孔深、倾角、外插角。
　　（4） 钢花管安装：在钢管上按照15 cm 的间距、梅花型布置钻注浆孔，并在尾部留置不小于1 m 的止浆段。钢花管安装采用直接插入法，必要时通过在尾部加垫板用风枪送入。小导管构造见图2 。
　　图2 超前小导管构造图
　　3. 2 水泥—水玻璃双液注浆施工
　　该段围岩岩体破碎、裂隙发育、孔隙大、渗透性较好，为超前预注浆施工增加了难度。预防浆液流失和有效控制注浆量是注浆工作首要控制点，是能否形成稳固、安全可靠的加固圈的关键。注浆操作主要工序见图3 。
　　（1） 注浆参数：水泥浆液水灰比为0. 8～1. 0 左右，水玻璃浓度30～35 波美度，水泥浆与水玻璃体积比1 ∶0. 3～1 ∶0. 8 ,注浆压力0. 5 MPa～2. 0MPa 。
　　（2） 注浆顺序：采取由低孔位向高孔位进行，即由拱脚至拱顶顺序进行。
　　图3 超前小导管施工工艺流程框
　　（3） 注浆准备工作：注浆前先检查注浆管路，确保管路畅通、不阻塞、不跑浆，机械性能良好。确认各项准备工作完成后，做现场注浆试验，确定合理的注浆参数，据以施工。
　　（4） 注浆施工：用YZB - 120/ 7 型液压双液注浆泵将浆液注入小导管内，注浆采用两次间歇进行。首次注浆可适当减少水灰比，增加水玻璃掺量，注浆压力控制在0. 5 MPa～ 1. 2 MPa ,当相邻孔眼有浆液流出时即结束首次注浆。间歇3 h～5 h 后，进行第二次高压注浆，注浆压力1. 2 MPa～2. 0 MPa ,当进浆量小于20 L/ 10min 时可结束注浆工作。若注浆量超限仍未达到压力要求，应调整浆液浓度继续注浆，直至符合注浆质量标准，确保钻孔周围岩体与钢管周围孔隙均被浆液充填，方可终止注浆。
　　（5） 注浆过程派专人值班，填写《注浆记录表》，记录注浆时间、浆液消耗量及注浆压力等数据，观察压力表值，监控连通装置，避免因压力猛增而发生异常情况。
　　3. 3 监控量测
　　因该段地处断层破碎带地段，施工中重点对拱顶下沉及周边收敛进行监控。拱顶下沉、两组周边收敛点按正台阶法施工顺序在施工中布置。在开挖完成后，迅速进行埋设，并进行初始读数。通过对量测数据的分析处理，掌握地层稳定性变化规律，预见事故和险情，笔耕文化推荐期刊，作为调整和修正支护设计参数及施工方法的依据，提供围岩和支护衬砌最终稳定的依据。
　　4 施工注意事项
　　（1） 钻孔前，精确测定孔的平面位置、倾角、外插角，并对每个孔进行编号。钻进过程中应运用测斜仪，进行钻孔偏斜度测量，严格控制小导管打设方向，并作好每个钻孔记录。发现误差超限要及时纠正，至终孔仍超限者应注浆封孔，待强度达到要求后，原位重钻。
　　（2） 注浆过程中，要随时注意泵压及流量变化，若吸浆量很大或压力突然下降，注浆压力长时间上不去，应查明原因：如工作面漏浆，可采取封堵措施；如跑浆可通过调换浆液种类、调整浆液配合比、采用间歇注浆等措施，以达到注浆目的。 当注浆过程中发现有大的空洞等，可先注水泥砂浆或混凝土后进行注浆。
 

 

本文编号：6959