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1、第 1 页 ，共 5 页隧道穿越断层破碎带施工技术隧道穿越断层破碎带施工技术胡世所（中铁十六局集团第三工程有限公司 浙江湖州 313000）摘 要： 结合广昆铁路秀宁隧道施工，详细介绍铁路隧道穿越断层破碎带施工技术，为今后类似工程施工提供参考作用。关键词： 铁路；隧道；断层破碎带；帷幕注浆；台阶七步开挖法；施工技术1 概述秀宁隧道位于成昆铁路广通至昆明段范围内，设计时速为 200km/h 的双线隧道，总长 13187m，里程 DK993173DK1006360。隧道净宽 11.5m（行车道 8.8m）,净高 8.15m，最大埋深 约 550m。隧道所处地质情况较差，超前及初期支护采用超前大（中
2、）管棚、超前小导管、钢拱架、 拱部采用中空注浆锚杆、边墙采用砂浆锚杆、喷射钢纤维混凝土等综合支护。衬砌结构采用复合式 衬砌，、级采用钢筋混凝土衬砌，、级采用素混凝土衬砌。 秀宁隧道出口于 2008 年 10 月 5 日正式进洞，设计为级围岩。开挖方法采用双侧壁导坑法施 工，施工揭示围岩为断层角砾板岩，局部富水，从施工情况看，实际地质情况比设计的地质情况要 差得多，也复杂得多。出口隧址通过罗茨易门大断裂，该断裂为一条规模巨大的区域性控制断层， 断层深部为断面倾向东、断距约 1km 的正断层，而地表则为断层倾向西的逆冲断层。断层在测区范 围内走向为北东向，炭质板岩夹砂岩，在断层带附近小折曲、揉皱极
3、其发育，岩层扭曲、破碎，产 状凌乱。沿断层有褐红色、灰褐色，钙质胶结的角砾岩发育，且分布较广，断层内为压碎岩，褐灰 色、灰黄色、灰绿色等，系板岩、白云岩、砂岩等受挤压破碎而成，多呈角砾状或碎块状，呈稍 密中密状。在施工该断层时出现以下主要问题：（1）部分断层围岩压碎严重，扭曲，岩体呈角 砾碎石夹土状镶嵌，断层内的角砾碎石夹土对水的敏感性极强，施工时发生突泥现象，涌出物呈断 层泥状，灰黑色，出现局部拱顶地表塌陷；（2）初期支护施工虽采用了复合式结构，但由于地质 太差，开挖时常会发生坍方；（3）初期支护严重变形并侵入二衬断面。 基于该围岩地质特性，采用常规的超前支护加固措施是难以做到对掌子面岩体以
4、及开挖周边围 岩的固结作用，故出现了已开挖段初支严重变形侵限甚至发生突泥现象。经方案比选，对于该断层 破碎带施工采用全断面超前帷幕注浆方案和台阶七步开挖法，既安全、快速又经济，下面将这一施 工技术作一详细介绍。2 全断面超前帷幕注浆方案的设计及施工工艺2.1 帷幕注浆方案的设计 根据断层围岩地质特性，该隧道全断面帷幕注浆预加固见图 1 所示。通过全断面超前帷幕注浆， 将对隧道开挖周边围岩及掌子面前方围岩进行预加固，以达到安全开挖、开挖后变形可控的目的。 图 1 中，第一、二、三环孔是对隧道周壁地下水进行封堵；第四、五、六环孔及中心孔是对每循环 注浆的最后 5m 岩体进行加固，以封堵正面水，并为
5、下一循环注浆加固止浆岩盘。超前帷幕注浆加 固范围为：开挖轮廓线以外 4m，每一循环开挖 20m，预留 5m 的止浆岩盘。 2.1.1 全断面超前帷幕注浆参数（见表 1）第 2 页 ，共 5 页图 1 全断面帷幕注浆预加固示意图（单位：cm）第 3 页 ，共 5 页表 1 全断面超前帷幕注浆参数表序号参数名称参数值备 注纵向25m1加固范围径向外圈终孔在开挖轮廓线外 4m44m2浆液扩散半径2.0m3终孔间距3.0m4注浆方式前进式分段注浆分段长度根据情况确定5注浆速度10100 L/min6注浆终压56MPa暂定7围岩孔隙率1520%8浆液充填率8090%注浆孔99 个出水重点区域可补孔大管棚
6、40 个兼做检查孔9钻孔数检查孔设计注浆孔数的 10%2.1.2 注浆材料根据该断层地质情况及加固要求，拟采用硫铝酸盐水泥单液浆为主、普通水泥-水玻璃双液浆 为辅。施工过程根据涌水情况及地质情况进行选择调整。硫铝酸盐水泥单液浆具有快硬早强、凝胶 时间相对较短的特性，特别适合快速加固围岩、加快注浆进度、实现控域注浆；普通水泥-水玻璃 双液浆具有凝胶时间短的特性，主要用来治理跑浆、漏浆、封堵围岩裂隙水。 根据室内试验结果测试，浆液性能见表 2，浆液配比参数见表 3。表 2 注浆材料性能参数表浆液配比参数凝胶时间序号浆液种类 W:CC:S3d 抗压强度（MPa）备注0.8:11h20min12 1快
7、硬硫铝酸盐水泥 1:11h35min102普通水泥单液浆0.8:112h56min3.43普通水泥水玻璃双液浆0.8:11:156sec1.8表 3 浆液配比参数表浆液配比备 注 序号名称 W:C（水灰比）C:S（体积比）1硫铝酸盐水泥单液浆（11.2）:1-2普通水泥单液浆（0.81）:1-3普通水泥-水玻璃双液浆（0.81）:11:1根据钻孔地质及出水情况进行选择。2.2 注浆施工工艺全断面超前帷幕注浆主要采用前进式分段注浆施工工艺，工艺流程见图 2 所示。 2.2.1 注浆顺序 为了更好地控制注浆范围，保证注浆效果，施工过程严格按照由外及内、间隔跳孔原则进行， 每序孔施工过程按跳孔跳排分
8、二序施工，实现约束挤密的注浆方式。 2.2.2 前进式分段注浆施工要点 由于该断层地层破碎，含泥量高，稳定性差，注浆主要采取前进式分段注浆工艺，要求如下：第 4 页 ，共 5 页、 、90、3、5m、108、130mm、220cm、 、 、 、图 2 前进式分段注浆工艺流程图（1）标定孔位确定钻进外插角后，采用 130mm 钻头低速钻进至 2.2m，安设孔口管； （2）孔口管采用 108mm、=5mm 的无缝钢管加工，管长 2.0m，孔口管外壁缠绕 5080cm 长的麻丝成纺锤型，采用钻机冲击安设到要求深度，并用水泥基锚固剂锚固，以保证孔口管安设牢 固不漏浆； （3）注浆钻孔过程中原则上每钻深
9、 35m 后安设注浆堵头进行注浆施工，当该段注浆达到设 计结束标准后，拆除注浆堵头在原孔深基础上再钻进 35m，达到注浆结标准，再钻孔再注浆，如 此循环直到钻注到设计深度，施工中可根据地质情况适当调整钻注分段长。2.2.3 注浆结束标准（1 1）单孔注浆结束标准）单孔注浆结束标准 单孔注浆以定量定压相结合。 定量标准：注浆量根据地层围岩孔隙率 15%20%，单孔每米设计注浆量控制在 2.0m3，当单孔 注浆量达到设计注浆量的 1.52 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 间歇注浆等工艺使注浆压力达到设计终压，结束该孔注浆。 定压标准：根据地层特性，本次注浆兼具劈裂、扩散、
10、挤密特性，注浆终压暂定为： 5.06.0MPa（注浆过程根据浆液扩散情况并结合注浆量大小对注浆压力终值进行验证，确定合适 的注浆终压力） ，单孔注浆压力达到设计终压并维持 10min 以上可结束该孔。（2 2）全段结束标准）全段结束标准 （1）设计的所有注浆孔均达到注浆结束标准，无漏注现象； （2）按总注浆孔的 10%作为检查孔，检查孔满足设计要求。3 洞身开挖帷幕注浆结束后，及时进行洞身开挖，开挖按照“短进尺、少扰动、早封闭、强支护、早衬砌” 的原则进行，采用台阶七步开挖法施工工艺（见图 3） ，其步骤及要求如下： 第 1 步：上步弧形导坑开挖。在拱部超前支护后进行，环向开挖上步弧形导坑，预
11、留核心土， 核心土长度宜为 35m，宽度宜为隧道开挖宽度的 1/31/2，开挖循环进尺应根据初期支护钢架间第 5 页 ，共 5 页距确定，最大不得超过 1.0m，开挖后立即出喷 35cm 混凝土。上台阶开挖矢跨比应大于 0.3，开 挖后应及时进行喷、锚、网系统支护，架设拱架，打设锁脚锚杆（管） 。 第 2、3 步：左、右侧中台阶开挖。开挖循环进尺应根 据初期支护钢架间距确定，最大不得超过 1.0m，开挖高度 宜为 33.5m，左、右台阶错开 23m，开挖后应及时进行 喷、锚、网系统支护，架设拱架，打设锁脚锚杆（管） 。 第 4、5 步：左、右侧下台阶开挖。开挖循环进尺应根 据初期支护钢架间距确
12、定，最大不得超过 1.0m，开挖高度 宜为 33.5m，左、右台阶错开 23m，开挖后应及时进行 喷、锚、网系统支护，架设拱架，打设锁脚锚杆（管） 。 第 6 步：上、中、下台阶预留核心土开挖。各台阶分 别开挖预留核心土，开挖进尺与各台阶循环进尺相一致。 第 7 步：隧底开挖。每循环开挖长度宜为 23m，开挖后及时施作仰拱初期支护，完成两个隧 底开挖、支护循环后，及时施作仰拱，仰拱分段长度宜为 46m。4 结语秀宁隧道针对地质条件发生巨大变化，及时调整了设计和施工方案，将地质发生变化的断层破 碎带施工变更为全断面超前帷幕注浆方案和台阶七步开挖法。经实践检验，该施工技术取得了较好 的效果，安全、质量和进度均满足要求，对今后类似工程施工具有一定的指导作用。参考文献：1 铁道部第二工程局. 铁路工程施工技术手册隧道M. 北京：中国铁道出版社，1998.2 杨晓东. 锚固与注浆技术手册（第二版）M. 北京：中国电力出版社，2009.图 3 台阶七步开挖法示意图
