浅埋隧道穿越断层带围岩加固施工技术

浅埋隧道穿越断层带围岩加固施工技术
摘要：通过某隧道浅埋段穿越F2断层，岩体破碎、有地表径流、地下水丰富、节理裂隙发育，对特殊的地质构造，综合多种工艺及加固措施，保证了隧道浅埋段开挖顺利通过断层带，对此类隧道开挖施工提供了可供借鉴的方案。

关键词：浅埋隧道围岩加固施工技术
1.浅埋段概况
某隧道出口段穿越F2断层，岩石破碎，节理发育，风化严重，地表有流水侵蚀，地下水丰富，且属于浅埋段，浅埋段共80m，对隧道轴线20米范围进行测量，沿隧道径向实际埋深最小埋深6.4m，最大埋深18.58m。

2.综合加固施工方案
依据隧道设计图纸，此隧道在浅埋段采用全断面帷幕注浆来保证开挖施工安全。

但根据现场地形地质情况，决定采用地表注浆、洞内全断面帷幕注浆、双层超前注浆小导管综合处理确保隧道在浅埋富水断层段的顺利掘进。

2.1地表注浆措施
2.1.1注浆原理
地表注浆采用水泥-水玻璃双液浆注浆，通过注浆管将浆液均匀的注入底层中，利用该种浆液速凝且时间可控，浆液结石率高，结石体早期强度大的特点，在相对较高压力下，浆液以填充、渗透和挤密等方式，赶走碎石及土体中的水分和空气占据其位置，使双液浆在裂隙的空隙中迅速凝结，形成结石体，使原来松散的岩体胶结成一整体，提高自稳能力。

2.1.2注浆范围
根据地质情况、埋深厚度及开挖方法，确定隧道的加固范围为隧道最大开挖线呈45°角往上，与原地面线相交的洞顶区域为注浆加固范围。

地面最大加固宽度为64米，由于隧道在此段左侧存在偏压，故右侧加固为20米，左侧加固44米，在洞身范围注浆深度以能包裹住隧底开挖线为界，洞身以外注浆深度以深入到洞顶开挖线为界。

注浆孔采用梅花形布置，孔距75cm。

2.1.3注浆孔位布置及注浆顺序
总体注浆顺序：由洞口向洞内方向顺序进行，注浆时先外围后内部，并采用同排隔孔错开施做的注浆方式进行，每孔采用分段注浆的方式，每次注浆结束后及时清孔，以便下次压浆的顺利进行。

2.1.4注浆施工方法
a、清表：将需要注浆范围地表进行清理。

b、钻孔：按设计钻孔位置钻孔，钻孔直径为50mm，注浆施工方法采用自上而下分段注浆，将钻孔一直钻到设计孔深，然后自下而上逐段进行注浆。

c、清孔：采用高压风将孔内的泥浆、杂物清理干净。

d、下管：在钻孔内放置42mm注浆管（注浆管尾部为花馆，花孔间距15cm，呈梅花形布置）放入孔内。

e、注浆：初压0.5～1.5MPa，终压3.0 MPa。

f、封孔：为确保注浆压力和效果，孔口1.5m范围内才采用水泥砂浆封堵。

2.2洞内全断面帷幕注浆
2.2.1施工方法
洞内全断面帷幕注浆适用于灰岩地段或断层破碎带会发生突水、涌水的地段。

当超前钻孔中单孔出水量＞2m3/h，总水量＞10m3/h时判定为突水、涌水。

超前钻孔应在预测突水前10～5m实施，所以在预注浆前根据地质祥勘成果，结合超前物探和超前探孔探明情况。

a、每循环超前预注浆前需设置50cm厚左右导向墙（止浆墙）。

b、成孔注浆采用前进式分段注浆，套管安装完成后，每钻进5～7m即开始注浆，注浆达到设计要求后开始下一阶段钻孔注浆。

注浆时采用套管柱塞方式，同时特别是超过20m的孔深须将长压注浆管插入到预定位置，提高孔底部的压浆效果和压浆效率。

c、采取反复注入、稀浆与浓浆交替、压力控制与注入浆量控制相结合的措施，注浆压力从低到高逐渐加压。

初始注浆压力采用1.2倍静水压力，注浆时间根据浆量的注入速率进行灵活调整。

d、每循环注浆完毕后，开挖施工时，预留6m左右作为下阶段注浆止浆段。

2.2.2全断面帷幕超前预注浆设计参数。

a、1#循环预注浆设置20个注浆孔，孔深12m；2#循环注浆设置20个注浆孔，孔深20m；3#循环注浆设置18个注浆孔，孔深30m。

b、注浆孔前安设Φ108×4mm套管，套管长3m，孔口外露20～30cm。

c、注浆孔在掌子面以隧道中轴伞状布置，注浆范围为隧道开挖线以外6m，浆液扩散半径为2m。

套管段采用Φ115mm钻头成孔，后续注浆段采用Φ75mm 钻头成孔。

e、注浆液采用水泥-水玻璃浆液，浆液配合比应在实际施工中根据注浆效果调整。

初凝参数，水泥：水玻璃（体积比）=1：（0.6～1.0），水泥浆水灰比0.8:1～1：1，水玻璃模数2.6～2.8，水玻璃浓度35Beˊ，注浆压力0.5～1.5MPa。

f、每孔每延米注浆量0.2m3，施工中根据实际注浆量确定。

2.3双层注浆小导管超前支护
2.3.1注浆参数
超前小导管采用水泥浆液，可适当参入水玻璃调节凝结时间，注浆参数：
水泥浆水灰比：1:1注浆压力：0.5～1.0Mpa水泥标号：P.O.42.5
2.3.2双层注浆小导管超前支护施工
a、超前小导管采用外径φ42mm，壁厚4mm的热轧无缝钢管加工制成，长度L=400cm，钢管前段加工成锥形，尾部焊接φ6钢筋加劲箍，管壁四周钻φ6mm 注浆孔。

b、超前小导管施工时，钢管以10°～30°外插角打入围岩，钢管环向间距40cm，纵向排距250cm。

c、超前小导管尾端应固定在钢拱架上，上排在钢拱架上方，下排在钢拱架上打50mm孔，将其固定在孔内。

施工中时刻注意注浆质量。

3.围岩监控量测
3．1现场监控量测
为了对围岩加固措施进行验证，开挖时及时掌握现场围岩变形情况尤为重要，开挖时就必须加强现场监控量测工作。

3.1.1根据新奥法设计和施工的原则,结合现场实际情况，进行了施测部位选择和测点布设。

a、地表下沉测点布设。

施工段为浅埋段，长度为80米，按照距浅埋段起始里程20米及60米分别埋设了两排观测点，每排6个，间距6m；
b、洞内周边围岩收敛点及拱顶下沉点布设。

根据规范和设计要求，洞内拱顶下沉每10m在拱顶布设一观测点。

3.1.2隧道监控量测的实施
a、测点埋设稳定后，立即对所有点位进行初测，以后按每天1次的频率进行监测
b、在隧道开挖以后，对每个断面围岩地质进行观测记录和描述，在有不良地质情况处，有必要可请有关部门做地质雷达测定。

3.2监测效果
根据每次采集的地表沉降及围岩收敛数据，绘制时间位移曲线图，通过曲线拟合处理实测数据，最终地表沉降为2mm,围岩收敛在开挖后24小时趋于稳定，最大收敛值5mm,均符合相关规范和设计要求，证明加固措施有效。

4结束语
通过以上加固措施，并在开挖过程中做到短进尺、少扰动，历时40天顺利通过浅埋断层带。

地表注浆可固结断裂带破碎岩体，使之成为整体，保证隧道掘进时不冒顶和出现大的塌方；洞内全断面帷幕注浆可防止突水、涌水现象的大面积发生，保证掘进安全；双排小导管可防止开挖时洞内开挖凌空面掉块、溜踏现象的发生，保证施工人员安全。

通过采用围岩综合加固处理措施，可使隧道浅埋段安全顺利掘进。

参考文献：
1、《公路隧道施工技术规范》（JTG F60-2009）
2、《地下工程支护结构》（中国水利水电出版社）
3、《帷幕注浆施工技术规范》。