小间距隧道穿越断层施工技术

小间距隧道穿越断层施工技术

论文导读：小间距隧道是一种比较特殊的隧道形式,其双线净间距介于小净距隧道和双线分离式隧道之间,由于其具有地形条件限制小、线形顺畅、占地较少、施工周期较短和工程造价相对较低等优点,近年来逐渐受到工程界的重视。进口小间距段中隔墙间距为 4.36～18.59m,赤岭隧道穿越F1~F10等10个断层影响带，断层影响范围大，预测为富水或强富水，洞身施工时可能产生突水或涌水和诱发坍塌，部分地段存在高地温，本文主要介绍小间距施工中穿越断层影响带的施工技术。鉴于赤岭隧道所处的特殊地质条件和设计环境,在开挖施工时需解决以下技术难点:1)先掘进隧道对后掘进隧道的偏压影响;2)后掘进隧道对先掘进隧道的扰动影响;3)断层破碎岩体问题。并按照加强支护、控制变形、快挖、快支、快封闭、快通过的总体原则进行设计和施工。

关键词：隧道，小间距，断层，承载能力，支护

小间距隧道是一种比较特殊的隧道形式,其双线净间距介于小净距隧道和双线分离式隧道之间,由于其具有地形条件限制小、线形顺畅、占地较少、施工周期较短和工程造价相对较低等优点,近年来逐渐受到工程界的重视。赤岭隧道进口位于福建省永泰县该盖洋乡溪兜洋村长潭溪河边，经过苦竹山、赤岭。赤岭隧道设计为单线双洞隧道,左线隧道全长7085m，右线隧道全长7089m。隧道洞身最大埋深547m，最浅埋深132m。进口小间距段中隔墙间距为4.36～18.59 m ,赤岭隧道穿越F1 ~ F10等10

个断层影响带，断层影响范围大，预测为富水或强富水，洞身施工时可能产生突水或涌水和诱发坍塌，部分地段存在高地温，本文主要介绍小间距施工中穿越断层影响带的施工技术。

1.赤岭隧道小间距施工

1. 1施工难点

鉴于赤岭隧道所处的特殊地质条件和设计环境,在开挖施工时需解决以下技术难点:1) 先掘进隧道对后掘进隧道的偏压影响;2) 后掘进隧道对先掘进隧道的扰动影响;3) 断层破碎岩体问题。

1. 2施工方法及采取的技术措施

赤岭隧道从左至右依次设计左线隧道和右线隧道。为保证隧道的施工安全,确定先施工右洞再施工左洞、相互错开掘进、先行洞二次衬砌必须超前后行洞掌子面30m的原则。根据围岩变形特点和技术难点,施工中采取适当的开挖工法以尽可能减少对围岩的扰动,特别是对中间土(岩) 体的扰动。并按照加强支护、控制变形、快挖、快支、快封闭、快通过的总体原则进行设计和施工。积极采用超前预支护措施,加大预留量,开挖后及时初喷并施作初期支护。加大初期支护的强度和刚度,提高支护结构的整体受力,以控制隧道围岩变形,保证隧道的稳定。围岩适时封闭成环,通过监测控制围岩的变形和及时了解围岩的稳定状态,适时调整开挖方法和支护形式,确保施工穿越断层的安全。

1.2.1开挖

隧道开挖采用短台阶法,分为上、中、下三个台阶施工,每台阶最大预留长度不超过15m ,并及时施作仰拱、二次衬砌,确保仰拱与掌子面的

距离不超过40m、二次衬砌与掌子面的距离不超过50m。论文参考。将围岩开挖预留量从设计的Ⅴ级围岩8～12cm提高到20cm ,确保二次衬砌厚度不受侵限

1.2.2超前支护

拱顶120范围内超前支护采用423.5mm、L=3.5m的无缝钢管,注水泥砂浆;纵向相邻两排超前小导管水平投影搭接长度不小于1.5m。论文参考。小导管顶入需穿过钢架,小导管安设后用锚固剂或塑胶泥封堵孔口及周围裂隙,必要时在小导管附近及工作面喷射砼,以防止工作面坍塌。

1.2.3初期支护

(1) 初喷。隧道开挖完成后及时进行初喷施工,喷射厚度一般为5cm ,保证开挖面的围岩稳定以及拱架和围岩面之间的砼保护层厚度。

(2) 钢架。1) 采用I18工字钢, 间距为60cm/ 榀,钢架各单元严格按照20cm预留量加工安装拱架(原设计预留量为8～12cm) 。2) 拱架锁脚采用423.5mm 的无缝钢管, L=5m ,每个拱脚垫板连接处6根,上面4根、下面2根。锁脚注浆钢管,斜向下施作,尾端采用上下2根22钢筋焊牢于钢架上。

(3) 钢筋网。采用8钢筋网,网格尺寸为20cm20cm。

(4) 喷射砼。采用C25喷射砼,掺用合成纤维,掺入量0.9kg/m3 。初喷砼在开挖后及时进行,初喷厚度不小于4cm,喷射砼厚度25cm。

1.2.4施作临时仰拱

上台阶开挖完成后及时施作临时仰拱,及时封闭成环,以阻止上台阶的水平收敛,减少围岩变形。临时仰拱钢架采用I20b ,要求有一定弧度,

采用16mm厚连接板(460mm270mm) 与A 单元拱架螺栓连接,周边缝采用电焊焊实,喷28cm 厚C25砼。

1.2.5 施作仰拱

仰拱每次施工长度不得超过10m。仰拱开挖后要保证基底无虚碴、无积水、无杂物,仰拱的开挖深度必须满足设计规范要求。仰拱开挖后要及时进行初喷,厚度4cm。

1.2.6二次衬砌施工

二次衬砌按V 级围岩衬砌要求施工。施作需及时(在初期支护完成后进行) ,二次模注衬砌在围岩量测净空变化速率小于0.2mm/d、变形量达到预计总量80%以上、且变形速率有明显减缓趋势时进行施工。二次衬砌应尽早与仰拱封闭成环,距开挖面不大于50m。

2.围岩监控量测

在隧道施工过程中,对围岩支护体系的稳定状态进行监测,为初期支护和二次衬砌设计参数的调整提供依据。量测项目包括洞内观察、净空水平收敛量测和拱顶下沉量测。

2.1洞内观察

开挖面地质描述包括围岩岩性、岩质、断层破碎带、节理裂隙发育程度和方向,有无松散坍塌、剥落掉块现象及渗漏水等。对初期支护,从喷层是否产生裂缝、剥离和剪切破坏,格栅支架是否压屈等方面进行观察分析。洞

2.2拱顶下沉和净空水平收敛量测

将拱顶下沉及净空水平收敛量测布置在同一断面,断面间距,Ⅱ级为

50m ,Ⅲ级为30m ,Ⅳ级20m ,Ⅴ级为10m。拱顶下沉量测测点布置在拱顶。净空不平收敛量测以量测初期支护上各点的绝对位移为目的,通过水平及斜向收敛量测,验证周边位移结果。拱顶下沉及净空水平收敛量测频率见表1 。

表1拱顶下沉及净空水平收敛量测频率

变形速度/(mmd-1) 量测断面距开挖面距离/ m 量测频率

5. 0(0～1) B 1～2 次/ d

1.0～5. 0 (1～2) B 1次/ d

0.5～1. 0 (1～2) B 1次/ (2 d)

0.2～0. 5 (2～5) B 1次/ (2 d)

0. 2 5B 1次/ 周

注:B 表示隧道开挖宽度,下同。

2.3量测数据处理与分析

及时对现场量测数据绘制位移及位移速度随时间的变化曲线、位移及位移速度与开挖工作面距离的关系曲线。当位移- 时间曲线趋于平缓时,进行数据处理或回归分析,以推算最终位移和掌握位移变化规律。当位移- 时间曲线出现反弯点时,表明围岩和支护已呈不稳定状态,此时应密切监视围岩动态,并加强支护,必要时暂停开挖。

3.超前地质预报

通过全程地质超前预报,及时发现异常情况,预报掌子面前方不良地质体的位置、产状、含水情况及围岩结构的完整性,为优化隧道施工方案提供依据,为预防隧道突水、突泥等可能形成的灾害性事故提供信息,以