慈母山隧道穿越断层破碎带开挖支护技术
隧道开挖过程中断层及破碎带处理技术探讨 夏志武
隧道开挖过程中断层及破碎带处理技术探讨夏志武摘要：隧道开挖过程中断层及其破碎带是常见的不良地质现象，是地层岩体沿破裂面因地壳变动而发生较大错动或明显位移的断裂构造。
隧道围岩不稳定的区段之一即是它的分布区段。
断层破碎带在多数情况下，是作为一个易变形、低强度、抗水性差、透水性大的软弱带存在的，在物理力学特性上与其两侧岩体具有显著的差异。
在穿越破碎带时，这是事故多发的险要地段，隧道经常发生岩体沿软弱结构面滑动、坍塌或涌水现象。
它不仅直接影响了开挖速度，而且破坏了隧道的稳定性。
因此除遵守一般技术要求外，在穿越该地段时，隧道还应采取针对性较强的辅助方法。
本文结合实例对隧道开挖过程中断层及破碎带处理技术进行了分析探讨。
关键词：隧道开挖；浅埋断层破碎带；处理技术一、国内外研究概况破碎围岩属于软弱围岩的一种。
一般来说对于软弱围岩，通常可以分为工程软岩和地质软岩，在工程力作用下工程软岩是指能产生显著塑性变形的工程岩体。
地质软岩对软、弱、松、散的地质特点进行强调，而工程软岩强调工程力荷载和软岩强度的对立统一，取决于岩体强度和工程力的相互关系，即揭示了软岩的相对实质；地质软岩是指孔隙度大、强度低、受构造面切割、胶结程度差及含有大量膨胀性粘土矿物的松、散、软、弱岩层或风化影响显著。
由于隧道开挖后，围岩不能自稳，所以必须对隧道周边围岩进行预加固，以提高围岩的稳定能力，改善围岩的物理力学特性。
根据对周围地层的加固机理，可将预加固措施分为预支护法和地层改良法。
预支护法就是在隧道开挖前，沿隧道开挖轮廓形成预支护拱棚，在拱棚的保护下进行隧道开挖。
长期以来，隧道工程施工中的难题就是软弱破碎围岩的维护问题。
地层改良法就是提高开挖面周围地层的力学特性的方法，包括：各种静压排水固结法和注浆加固法等。
欧洲 TEMTransit European Motorway 通道的重要注组成部分是土耳其 Bolu 隧道，两条三车道隧道中心线间距 40m，右线全长 3236m，左线全长 3287m，隧道最大埋深250m。
隧道穿越断层破碎带开挖支护的施工工艺
隧道穿越断层破碎带开挖支护的施工工艺摘要：隧道开挖的施工难度大，并且在不同的地质结构中有着不同的开挖技术与工作的要点，尤其是在断层破碎带的隧道开挖工作中，容易出现强度低和变形的现象，也就使得隧道工程的整体施工抗水性差，也就出现了各种不安全的因素，甚至是安全隐患问题。
在较大的施工难度之下，就出现了各种突发性的安全事故问题，如塌方、突泥等问题，成为了后期施工和整体安全性的重大阻碍。
为了更好地进行隧道开挖工作和穿越断层破碎带的开挖工作，就需要在开挖支护技术方面进行充分地利用，以提升隧道支护工作环境，减少灾害与事故的发生，从而营造了较为安全的施工环境。
关键词：隧道；穿越断层；破碎带开挖支护；施工工艺断层破碎带对隧道施工的影响主要与断层破碎带规模、破碎带的地质特征及复杂的隧道轴线和断层构造线的相互组合方式有关：一是，在穿越断层破碎带地段隧道施工时，开挖难度与其他工程相比相对较大。
二是，断层破碎带的存在降低了拟开挖岩体的强度和稳定性，由于断层破碎带地段力学强度相对较低，对岩层结构表面的抗滑阻力和周围岩体的稳定性产生影响。
三是，由于断层破碎带具有明显的黏土化或突沙、涌水等特征，如果施工组织设计方案和施工方法不合理，极易出现大量的突沙和涌水现象。
四是，断层破碎带地段地质的特殊性，也极易形成岩溶发育带和风化深槽，在断层的悬崖或陡坡处，更容易引发坍塌等事故灾害。
五是，在断层破碎带施工时，外部荷载较大时极易产生不均匀沉降，存在较大的安全隐患，也会对工期和施工质量产生影响。
如断层破碎带出现在隧道侧面，若辅助钢架支护和喷射混凝土施工不当极易造成侧壁整体滑塌。
1工程概况本文以南联山隧道为工作和施工的背景进行探讨的工作，其位置在西双版纳至飞龙区间内，其地质方面存在着低中山地貌的特征，其地面高程在560～880m，最大高度差为320m。
经过测量和分析整体上呈现了较陡的坡度，隧道的出口段设置了双线形式，其余为单线。
2破碎带断裂构造隧道断裂现象在此次的施工中十分突出，尤其是在压扭性断裂以及张性断裂特点上十分明显，并且走势方面十分复杂，也就使得整体的施工难度不断增大。
隧道工程中穿越断层破碎带开挖支护的施工技术
Abstract：During tunnel construction，the topography of fault fracture zone is often encountered，which not only increases the difficulty of tunnel excavation and support，but also enhances the construction risk factors.Based on this，based on the actual engineering project as the background，aiming at the project based on the purpose of im－ proving construction safety and take excavation support measures，around，based on the specific topography and landform and other conditions，the excavation support construction technology was carried out a detailed analysis and discussion，In order to provide the feedback information and service for the excavation support，the tunnel fi－ nally passes through the fault fracture zone successfully.It provides reference for similar engineering design and construction. Keywords：tunnel engineering；fault fracture zone；the excavation supporting
隧道工程施工方法分析
隧道工程施工方法分析作者：罗庆林来源：《中国新技术新产品》2012年第14期摘要：慈母山隧道及连接道(峡江路)市政工程是重庆市总体交通路网“五横、六纵、一环、七联络”城市快速干道系统中三横线的关键节段工程，它不仅肩负重庆市快速城市干道功能，同时服务茶园新城区，加强茶园与主城区中央CBD、北部新区等的联系；该工程的建设对提升茶园形象、加速城市建设、改善茶园新城区和打开重庆市东大门出口具有重要意义。
关键词：隧道工程；明洞施工；进洞施工；洞身开挖中图分类号：TQ639.2 文献标识码：A1 工程概况1.1慈母山隧道按城市快速路标准设计，设计车速为60km/h；设计荷载为：城-A级，人群荷载4.0kN/m2，大车道3.75米，小车道3.5米。
1.2隧道净空13.75×5.00m；隧道纵坡为单向坡，坡度为-0.8%；本标段慈母山隧道围岩主要有洞口回填土段、泥岩、页岩，断层破碎带、煤线层、砂岩，施工难度大，其中Ⅴ级围岩占32%，IV级围岩占4.8%，Ⅲ级围岩占63.2%。
慈母山1#隧道隧道左线ZK0+000～ZK0+254.032段位于曲线半径6000m(左转)的曲线上，ZK0+254.032～ZK1+150段为直线段，A 标段右线K0+000～K0+569.088段位于曲线半径6600m(左转)的曲线上，K0+569.088～K1+150段为直线段。
1.3混凝土结构采用“双渗技术”，强度等级为C30，以混凝土结构自防水为根本，以接头防水为重点，辅以顶部或整体附加防水层加强防水的多道防线。
隧道采用单洞三车道分离式设计。
采用射流风机送风方式进行通风。
隧道带仰拱段内净空面积为109.08m2，不带仰拱段内净空面积为90.12m2。
1.4本标段共设2个人行通道、1个汽车通道。
2 明洞施工由于本项目工期压力较大，慈母山隧道是本项目的关键工序，能否快速顺利进洞将直接影响总体工期目标，项目部经过方案研究，为确保快速形成进洞条件，采用明洞拉槽至洞口，立即施作套拱及管棚，并同时陆续进行明洞土石方开挖。
慈母山2号隧道爆破方案
慈母山2号隧道（D标段）路基及隧道土石方工程爆破施工方案重庆建工集团慈母山2号隧道（D标段）项目部一、工程概况慈母山隧道及连接道（峡江路）位于重庆南岸区，起于黄角湾立交，上跨渝黔高速公路，在纳溪沟、兰草溪温家溪可以通过乡村道路与广弹路相通，终点下穿已建成的通江大道，是重庆市总体交通路网“五横，六纵，一环，七联络”城市快速干道系统中三横线的关键节段工程。
本标段是工程的重要组成部分，隧道起止桩号为（左线ZK3+870~ZK5+100.955长1230.955m），右线YK3+825~+YK5+054.109长1229.109m），路基起止桩号为（左线ZK5+100.955~ZK5+304长203.045m），右线YK5+054.109~+YK5+254长199.891m）。
本标段工程穿越的岩性有泥岩，泥质粉砂岩，石英砂岩等。
二、路基施工1、路基及洞口开挖按照设计图要求自上而下进行，可采用纵挖法或横挖法相结合施工，利用挖掘机配合自卸汽车进行施工。
石方段开挖采用浅孔松动爆破，纵向或横向梯段开挖法，手风钻打眼，毫秒微差松动爆破，火雷管起爆，导爆管或采用毫秒电雷管爆破，起爆器起爆等方法施工。
装载机或挖掘机装自卸汽车运输至弃土场。
本标段由于大部分开挖段边坡高陡，设计边坡1：0.75，除采用分台阶降坡外，最好采用预留光面层或预裂爆破方法施工，达到光面爆破效果，减少超欠挖现象。
2、爆破施工方案由于该地层岩性主要为灰岩和泥岩，故采用风钻成孔，塑料导爆管非毫管分段进行松动爆破的爆破方法，根据工期要求，为保证机械作业，每实际工作日钻孔爆破方量为1500m 3。
其主要技术参数的设计如下： 1、炮孔布置及主要参数 （1）炮孔布置炮孔布置采用梅花型布置，见下图：注：a —孔距 b —排距 （2）主要参数a 、孔距a ；当孔深L 为1.2～1.5m 时，a=0.6～0.8m 当孔深L 为2.0～2.5m 时，a=1.0～1.2m b 、最小抵抗线W 或排距b当孔深L 为1.2～1.5m 时，W （b ）=0.6m 当孔深L 为2.0～2.5m 时，W （b ）=0.8m 2、单孔装药量计算 Q 单=KabL （kg ），式中：K-单位岩石耗药量，松动爆破取0.33kg/m3ba-炮孔间距(m)b-炮孔排距(m)L-炮孔深度(m)例一：根据本工程的实际情况,一般炮孔深度L=2m，则a=1m，b=0.8m，k=0.33kg/m3单孔装药量为：Q单=KabL=0.33×1×0.8×2=0.53（kg）首先进行试验爆破，将量控制到最小限度，试爆结束后，根据实际情况再对单孔装药量及孔距、排距作相应的调整。
隧道断层破碎带超前支护施工技术分析
安徽建筑
中图分类号：U455.7 文献标志码：B 文章编号：1007-7359（2020）03-0088-02 DOI：10.16330/ki.1007-7359.2020.03.042
隧道从断层破碎带穿过的时候，围 岩的稳定性会比较差，在挖掘施工的时 候，易于出现塌方和变形的问题，给施工 安全造成了严重的影响。管棚超前支护 技术具有较强的联合支护效应、托梁效 应和有拱效应，使施工过程中易于出现 的地层变形和围岩坍塌等问题得到有效
。。
钢环与主筋紧紧地焊接在一起。钢筋笼 的具体设计情况详见图 1。②管距。环向 间距保持在 40cm 左右。外插角的度
数保持在 1 ~3 之间。④相同管棚中的 接头位置一定要互相错开，使用第一种 分节编排次序的办法来为单号钢管编 号，使用第二种分节编排次序的办法来 为双号钢管编号[2]。⑤管棚接头的质量一 定要满足设计的要求，使用长为 30cm 的丝扣进行连接。⑥在隧道断层破碎带 进行施工时，首先对单号钢花管进行施 工，再对双号钢花管进行施工。双号钢花 管具有检查管的作用，一旦发现单号钢 花管存在注浆不密实的情况，可以对其 进行有效处理。 3.2前期准备
隧道断层破碎带超前支护施工技术分析
隧道工程中遇到断层及破碎带怎么施工？
隧道工程中遇到断层及破碎带怎么施工？穿过断层隧道及破碎带，给隧道施工带来不同的困难，在施工中遇到断层及破碎带时，首先要查明断层的倾角，走向、破碎带的宽度，岩石破碎程度，地下水活动等有关条件，据以正确选择施工方法和制定施工措施，认真分析研究设计地质资料，并在掘进齐头左右两侧用钻孔台车或DK100型钻机向前钻水平超前探孔，钻透断层破碎带，如断层破碎宽度大，破碎程度及裂隙充填物情况复杂，且有较多地下水时，可在隧道中线一侧或两侧开挖调查导坑，调查导坑穿过断层破碎带的中线与隧道中线平行，线间距不小于20m，调查导坑穿过断层破碎带后，再掘进在一段距离转入正洞，在处理断层破碎带同时，在前方开辟新工作面，加快施工进度。
1、施工方法1.1断层宽度较小,岩体组成物为坚硬岩块且挤压紧密,围岩稳定性相对较好,隧道通过这样的断层,可不变施工方法,与前后段落的施工方法一致,避免频繁变更施工方法,影响施工进度,但过断层带要加强初期支护和适当的辅助施工措施渡过断层带。
如超前锚杆与径向锚杆配合，加厚喷射砼，并增设钢筋网等措施。
必要时可增设格栅架。
超前锚杆在拱部设置，锚杆直径22m,长3.5m,环向间距40cm,外插角约为100,每2m设一环,保证环间搭接水平长度大于1.0m,用早强砂浆作为超前锚杆杆体与岩层孔壁间的胶结物,以及早发挥超前支护作用,在超前支护下掘进。
开挖后立即施作径向锚杆，挂钢筋网，喷射砼等初期支护。
1.2一般断层破碎带,采用径向锚杆、钢筋网、喷砼、格栅钢架等加强初期支护，并在拱部施作超前小导管周壁预注浆，对洞周岩体进行预加固和超前支护。
在超前支护下，采用上半断面法或正台阶法开挖。
在台阶上部施作超前小导管，上部开挖后及时施作拱部初喷砼，径向锚杆，挂钢筋网，格栅钢架。
在作好拱部初期支护后方能开挖台阶下部。
超前小层管管径根据钻孔直径选择，一般选用42～50mm的直热轧钢管,长 3.5m～5.0m,外插角10～20,管壁每隔10cm～20cm,交错钻眼,孔口150cm段不钻孔,眼孔直径6mm～8mm,采用水泥砂浆或水泥水玻璃浆液灌注,导管环向间距30mm～50mm,纵向两组导管间水平搭接长度不小于1.0m。
断层条件下的隧道预支护设计与施工.
断层条件下的隧道预支护设计与施工断层条件下的隧道预支护设计与施工谢达文，彭峰，单红雨(北京中铁瑞威基础工程有限公司，北京100055) 摘要:齐岳山隧道穿越F11断层。
此断层规模宏大，断层带导水，核心带岩体破碎，富含高压水，其主要工程地质问题是岩溶富水、突水突泥，高压裂隙水等，施工难度极大。
其中，进口处为反坡施工，施工难度和安全风险尤为突出。
为确保顺利通过，采取隧道超前预支护综合措施，即通过实践更新注浆设计理念，确定了断层条件下的注浆设计及注浆参数，优化了超前大管棚的支护措施，辅以开挖过程中的超前支护，最终实现了隧道的贯通，形成了无工作间管棚快速施工技术以及玻璃纤维锚杆稳固掌子面技术等，为类似工程提供了借鉴。
关键词:F11断层隧道预支护注浆超前大管棚随着国内城市地铁和铁路隧道的修建，出现了复杂地质和环境下的隧道，需要严格控制地表沉降和隧道中富水高压等情况。
普通的隧道修建工法已不适应目前的隧道建设的发展，必须采取相关的辅助工法。
隧道的超前预支护综合手段显得尤为重要。
超前管棚支护、预注浆施工技术因具有成本低、见效快、施工简便等优点而获得广泛的应用。
然而，注浆技术中仍存在不少待研究的问题，尤其是注浆孔距、浆液压力、注浆效果检测一般需要根据既往工程经验和现场试验等合理确定，同样，隧道洞身的超前管棚的管径、管间距、管长等参数也存在此类问题。
本文介绍宜万铁路齐岳山隧道工程，采用超前管棚及预注浆辅助措施，应用了新的注浆设计理念，优化了支护参数，研究确定了断层条件下的相关注浆设计与施工参数。
1工程概况齐岳山隧道位于湖北利川市西北23 km处，全长10 528 m，是宜万线八座Ⅰ级高风险隧道之首，是全线的重点、难点和控制性工程。
设计坡度为－13.0‰(345 m)和－15.3‰(10 183 m)的一字单面坡。
全隧道穿越二叠系、三叠系灰岩和侏罗系砂岩、泥岩、页岩地层;隧道最大埋深670 m。
地质构造有齐岳山背斜和箭竹溪向斜以及15条较大规模的断层，发育大、小鱼泉和得胜场3条暗河。
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地下空间与工程学报
第7 卷
围岩参数不清， 设计参数经验值少， 导致片面套用 规范， 存在一定的盲目性。 施工中， 围岩动态信息 反馈技术差， 预报准确率低
［1 ］
2009 年 9 月 6 日隧道掘进至 YK1 + 485 ， 掌子 3 面出现坍塌， 塌方量约 600 m ， 塌方位置为 YK1 + 485 － YK1 + 473 ， 长度为 12 m。经专家察看塌方现 场及充分讨论后， 确定 YK1 + 485 掌子面处于背斜 核部， 掌子面前方的煤线及碳质泥岩互层受构造影 响， 结构破碎易塌方， 是造成本次围岩失稳垮塌的 主要原因。 2009 年 10 月 23 日隧道施工至 YK1 + 473 ， 掌 子面层理混乱， 裂隙发育， 砂岩、 碳质页岩互层， 镜 面及擦痕明显， 岩层结合差， 夹软弱层。 明显断层 破碎带特征。 3． 3 围岩状况分析 根据实际开挖所见的围岩状况得出 ， 与原地勘 围岩裂隙发育， 层理混乱， 夹有强度低的 判定比较， 粉砂岩、 碳质泥岩， 整体围岩破碎， 还有少量渗水， 镜面及擦痕明显， 岩层结合差， 夹软弱、 松散层， 围 岩无自稳能力， 从而显示围岩完整性和稳定性极 差。同时显示隧道进入断层破碎带。 对后期开挖 掌子面的围岩查看结果得出 YK1 + 485 YK1 + 413 段均为黄山断层破碎带， 围岩为 Ⅴ 级， 采用特 YK1 + 485 段时已经显示出 围岩完整性差， 根据原地勘， 隧道在 K1 + 360 K1 + 380 段通过黄山断层， 同时 YK1 + 499 YK1 + 485 段断层破碎影响带的特征不明显， 没有将此段 判定为断层影响带。将此段围岩定为Ⅳ级， 采用Ⅳ 级加强支护。当 YK1 + 485 掌子面塌方后， 地质及 隧道专家根据对塌方岩体和掌子面的现场踏勘也 不能肯定判定为断层， 只确定为破碎带。当施工至 YK1 + 473 时， 掌子面的断层特征才显现出来， 确 定处于黄山断层。根据掘进方向， 黄山断层提前被 遇到。 殊加强支护。 开挖 YK1 + 499
［2 ］
。在三车道跨度较大隧道支护参
数设计及施工中， 由于地处断层破碎带， 容易造成
*
0110 （ 修改稿） 收稿日期：2010）， 作者简介：杨金虎（ 1977男， 四川广安人， 硕士， 工程师， 主要从事岩土工程检测监测研究及技术服务 。 Email： cqmkyjh@ 163． com
362
Analysis on Excavation and Support Technique of the Fault and Crushing Zone in Cimushan Tunnel
2 Yang Jinhu1，
（ 1 ． Chongqing Branch of China Coal Research Institute，Chongqing 400045 ，China；2 ． College of Resources and Environmental Science，Chongqing University，Chongqing 400045 ，China） Abstract： The fault and crushing zone is very difficult for construction and is a catastropic section of the threelane tunnel with large cross section during the course of excavation and supporting． The design of support parameter in the fault and crushing zone is very important because of complex geological formation and loading conditions under construction． In this paper，the geological conditions and design of support parameter are introduced and analyzed according to the geological features of one section based on the example of Cimushan tunnel No． 1． At the same time， information construcions of tunnel are adopted to be fed back and served for design and construction． The success of Cimushan tunnel No． 1 through the surrounding rock section with fault can serve as reference to the design and construction of tunnel in similar fault and crushing zone． Keywords： fault and crushing zone； threelane tunnel； support technique； monitoring measurement
1
引
言
施工事故也具有突发性 突变性，
［1 ］
象， 它的存在造成隧道围岩极不稳定 。破碎带 作为一个低强度、 易变形、 透水性大、 抗水性差的软 弱带存在， 给施工带来许多困难。隧道穿越断层破 碎带时， 由于岩层的地质成因复杂， 地质条件具有
遇断层破碎带进行隧道施工时， 很难克服隧道 塌方、 突水、 突泥等地质灾害。 因此， 为了减少灾 害， 必须要有可靠的施工支护技术， 特别是单向三 车道大断面隧道。隧道断面愈大， 修筑过程中的支 护难度就愈高
第7 卷 第2 期 2011 年 4 月
地下空间与工程学报 Chinese Journal of Underground Space and Engineering
Vol． 7 Apr． 2011
慈母山隧道穿越断层破碎带开挖支护技术分析
杨金虎
1， 2
*
（ 1． 煤炭科学研究总院重庆研究院， 重庆 400037 ； 2． 重庆大学资源与环境科学学院， 重庆 400045 ） 要：断层破碎带是三车道大断面隧道开挖支护施工中难度大 、 容易出现事故的地段。 由于断层破碎带地质状况及结构受力条件复杂 ， 施工难度大， 故支护参数的设计极为重要。本 摘 文结合慈母山一号隧道实例， 根据其中一段断层破碎带的地质特征 ， 进行了地质条件和设计支 护参数的介绍与分析， 运用隧道信息化施工技术为设计及施工反馈信息和提供服务 ， 最终慈母 进行设计和支护的一 山一号隧道成功穿越本段断层破碎带 。提出了隧道遇到断层破碎带时， 些思考和建议， 为类似工程设计和施工提供参考 。 关键词： 断层破碎带； 三车道隧道； 支护技术； 监控量测 中图分类号：U456． 3 文献标识码：A 文章编号：1673 － 0836 （ 2011 ） 02 － 0361 － 05