铁路双线隧道穿越破碎段施工技术

付国宏

中铁十二局集团第二工程有限公司山西太原030032

【摘要】随着我国铁路交通建设的迅速发展，铁路双线隧道穿越破碎带的情况越来越普遍。加强对隧道洞身穿越软弱破碎围岩段的施工技术与方法的研究就显得尤为重要。本文结合工程案例详细阐述了铁路双线隧道穿越破碎段施工技术要点。

【关键词】铁路；双线隧道；破碎段；开挖；大管棚

一、工程概况

某铁路双线隧道1#隧道所处地势陡峭，地形起伏，地面高程为429m～366m，相对高差为50～80m，自然坡度为40～70度，洞顶最薄覆盖层为18m。隧道地处区域性构造交汇部位，穿过古老的太古界变质岩，受多期地质构造运动作用，断裂构造极为发育，岩浆活动强烈。地下水较发育，一般涌水量在16013m3/d左右，最大涌水量在61157m3/d左右，且大部分地段存在承压水，最大埋深493m。施工揭示的地层普遍发育隐性节理、断层、糜棱岩化破碎带、节理密集带、岩脉等，将岩体切割成碎石状结构，结构面多擦痕镜面和动力变质及热液蚀变矿物，并普遍含泥化夹层，围岩极端破碎，自稳性极差，且遇水易软化。

隧道施工至DK320+145-DK320+125段发生大面积变形开裂，围岩量测数据报警。

二、施工方案论证

（一）开挖原则

施工原则如下。

1、弱爆破，尽量减少对围岩的扰动、

2、短进尺开挖、多循环、快速形成封闭结构。

3、有效控制隧道的拱项下沉、隧底隆起和水平收敛变形，保证施工安全可靠

4、改善支护结构的受力状态，提高或确保施工进度。

（二）支护原则

隧道开挖后，支护应采用以下基本原则。

1、根据施工变形数据积累分析，结合开挖的围岩的物理化学性质、岩石力学特性及参数，制定支护对策。采用“先让后抗”、“先柔后刚”、“以支为主，以让为辅，支让结合”的原则，用既有足够支撑力又可缩的支架形式。

2、及时支护，用有较大的初撑力和增阻速度快的支架，来抑制围岩变形。

3、卸压、让压、加固与支护相结合，即对高地应力段要卸压充分，对变形量大的地段要适度让压，对软弱部分进行加固调整、及时支护，以保持围岩的自承强度。

4、破碎软岩地下工程断面尺寸一般不大，空间有限，大规模的机械设备难以展开，这就要求支护结构的尺寸、质量必须适当，以方便施工，降低工人的劳动强度，提高施工速度，降低造价。

5、在确定软弱破碎段支护形式时，要考虑技术上的可行性与经济上的合理性。

（三）方案选定

经方案比较和安全性论证，该隧道破碎段施工中先对已开挖段采取如下措施：

1、撤出洞内施工人员，暂停掌子面开挖施工，掌子面采用挂网喷设混凝土封闭。

2、加强洞内变形观测，特别是掌子面及已施工完毕的初期支护开裂地段，应提高观测频率，如有异常，紧急撤离洞内所有施工人员。

3、DK320+145-DK320+125段采用Φ150钢管或圆木临时支撑变形的初期支护，底部设置I20b工字钢横撑。在此段设置I20b工字钢和W钢带支护补强系统，工字钢间隔1m，W钢带环向间距1m，内贴开挖面，结合底面工字钢I20横撑，形成封闭支护圈。

4、对设置补强拱架和横撑的部位，采用Φ42花导管注水泥浆加固围岩，改变围岩的物理化学结构，强化围岩自身强度和整体稳定性。花导管长度6m，环向间距0.8m，左右错开，梅花形设置在套拱两侧，并且和套拱W钢带焊接牢固。

5、初期支护渗水及流水必须用盲管引流到墙脚，解决开挖前及开挖过程中的临时排水问题。

三、铁路双线隧道穿越破碎段掘进支护施工技术

（一）超前地质预报

根据水平钻孔及开挖揭示的地质情况，进口端主要掌子面围岩变差，左侧拱脚有断层泥侵入，右侧拱脚呈碎石状结构松散，且有变大趋势;出口端掌子面围岩为片麻岩，辉绿岩，呈压碎状松散结构，局部为泥夹碎石状和角砾碎石状。左侧围岩较右侧相对稳定，出水量较小，局部呈线状流出。拱部和右侧围岩松散破碎，大面积呈淋状和股状流出，自稳能力极差，开挖后呈碎石流状，局部出现坍塌溜渣。出口端掌子面前方围岩破碎，无法取出芯样，且富含地下水，实测单孔出水量20～25m3/h，有发生坍塌和溜渣的潜在危险。

（二）进口端

施工中采取了“排水降压、超前支护、岩变我变”的动态设计原则，根据围岩破碎程度、出水量、断层泥等情况，及时调整开挖步距和支护参数。上台阶开挖步距分别控制在0.8～1.6m左右，同时，密排超前小导管，管内不注浆，加固兼排水，对顺利开挖起到了积极的作用。在初期支护完成后，表面大的出水点用地质钻机打设泄水孔集中排水。

按照新方案进行开挖支护，每3m布设监控量测点，并及时进行观测分析，拱顶最大变形累计93mm(DK29+493)，上台阶最大累计收敛98mm(DK29+497)。

（三）大管棚施工

1、注浆参数

现场注浆参数如表1所示。

3、注浆工艺

采用分段前进式注浆工艺，一序孔分段长度5.0m，二序孔分段长度8.0～10m，注浆钻孔过程中可根据地质情况适当调整钻注分段长度。

一序孔、二序孔采用定量控制，注浆量根据地层围岩孔隙率按10%计，单孔延米设计注浆量1.2m3，当单孔注浆量达到设计注浆量的1.5～2倍，压力仍然不上升，可采取调整浆液配比缩短凝胶时间或进行间歇注浆等措施使注浆压力达到设计终压，结束该孔注浆。其余孔采用定压控制，注浆压力达到设计终压2～3.0MPa并维持10min以上可结束该孔。所有注浆孔均达到注浆结束标准，且掌子面无漏注、漏水现象。在一、二序孔施工完成后，采用其余管棚孔进行效果检查，如不塌孔，且水量小于1m3/h。若达不到注浆效果，则再进行补充注浆。

4、管棚安装

在DK29+620上台阶浇筑厚2.0m的C30混凝土止浆墙，并预埋Φ125的无缝钢管作为导向管，其管口上安装止水阀以防止突水突泥。在管棚孔成孔后，一次下钢管到位并在管内安装由3根Φ25螺纹钢焊接而成的钢筋笼，随即进行全孔一次性注浆。为保证管棚支护效果，每节管棚长短交错，避免管棚接头在同一断面，并将管棚直接顶到开挖轮廓线外，减少切割。管棚采用外径Φ89mm，壁厚6mm热轧无缝钢管。

5、开挖与支护

在注浆及管棚完成后，进行开挖施工。经开挖观察，注浆效果较好，达到了预期目的，工期、质量与安全均得到了保证。

初期支护采用双层(I25b+I20b)型钢钢架，间距0．6mm；C30早强喷混凝土，厚度60cm；3层Φ8钢筋网，网格间距为20cm×20cm。拱部、左侧边墙锚杆长4.0m，右侧边墙锚杆长8m。中台阶设置临时仰拱，采用I25钢支撑、喷混凝土闭合成环，喷混凝土厚32cm。采用Ⅴ级承压衬砌断面，二次衬砌拱墙厚度60cm，仰拱厚度65cm，采用钢筋混凝土衬砌。

（四）施工中应注意的问题

1、铁路双线隧道穿越富水、破碎断层时，水是影响施工安全、进度和质量最主要的因素，尤其是高压水，因此，要采取综合手段探明水源。

2、在解决了水的问题后，应对破碎地层采取可靠的超前加固措施，防止开挖时发生坍塌，造成不必要的损失。

3、根据超前地质预报情况，综合分析，判定地质变化，实施动态设计，“岩变我变”，及时调整支护措施和支护参数，达到信息化施工的目的。

结语

综上，该双线隧道1#隧道破碎段已安全顺利通过，在实践中取得了良好的效果，最大限度地争取了工期，值得类似隧道施工的借鉴。

参考文献

[1]王永霞.变质岩隧道穿越断层破碎带施工技术[J].国防交通工程与技术.2010(04)

[2]孔刚，王会军，牛振华.熊洞湾隧道断层破碎带施工技术[J].现代隧道技术.2011(02)

[3]杨大林.断层破碎带裹含富水陶瓷土的施工方案[J].中小企业管理与科技(上旬刊).2013(02)