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公路隧道穿越富水断层破碎带预注浆加固处理技术

发表时间：2020/8/6 来源：《基层建设》2020年第10期作者：汪盼

[导读] 摘要：近年来，我国的交通行业有了很大进展，公路隧道工程建设越来越多。

        重庆交通大学土木工程学院重庆 400074
        摘要：近年来，我国的交通行业有了很大进展，公路隧道工程建设越来越多。以某公路隧道为实例，介绍了隧道涌水突泥的原因，并有针对性地提出了具体的防排水措施和治理办法，在此基础上，简要阐述了管棚结合径向注浆预支护和预加固施工技术。施工实践证明，在开展公路隧道项目施工的过程中，应用管棚结合径向注浆预支护和预加固措施可以有效提高围岩塑性区的稳定性。
        关键词：公路隧道；穿越断层破碎带；预注浆加固
        引言
        断层破碎带是我国西南部地区修建山岭隧道时经常遇到的地质灾害之一。断层破碎带内裂隙中存在丰富的储水空间，当隧道施工开挖到断层破碎带周围时，断层破碎带内部填充的泥沙及碎石等易涌入隧道洞内，发生涌水突泥灾害。在富水软弱围岩地质条件下进行隧道穿越断层破碎带的施工，易发生工程事故，对实际工程人员安全造成极大威胁。因此，研究隧道穿越断层破碎带围岩稳定性影响并为实际工程提供处治方案非常重要。
        1断层岩注装加固机理
        首先，需要深入分析断层破碎带岩体注浆加固机理：采取有效的注浆加固措施可以明显提高岩土的力学性能，进一步增强岩体的强度和密实度，且岩体的抗变形能力在注浆加固措施的应用下也可以得到明显增强。其次，浆岩截面是加固工作的重要环节。通常来说，注浆加固方法主要有2种：直接加固和间接加固。直接加固主要是通过直接接触岩体结构面，提高界面强度，有效避免或者延缓破坏的发生；间接加固则是充分发挥了注浆压密作用，改善周围岩体的内部应力场和应力传播途径，进一步增强岩体整体的力学性能水平。再次，浆岩界面黏结强度较高，因此几乎不会发生相互滑动或者错位的现象。在界面两侧，加固物理学属性和浆脉不匹配，因此就会产生黏结约束应力，使得界面位置的应力情况发生改变，最终导致界面区域的强度受到破坏。最后，浆岩界面因为受到外部荷载的作用，就会发生应力集中的现象，使得界面两侧的岩体内部很容易遭到破坏。总结来说，水泥浆脉因为强度较高、变形能力较弱，其在协调断层岩变形的过程中可能会受到附加拉力，最终导致水泥浆脉发生一定程度的破损；界面两侧的岩体在相互作用的情况下会产生不均匀的应力分布情况，使得变形不够协调；如果微观拉应力大于裂缝黏结力，在这样的情况下就会产生一定数量的张拉型裂纹。
        2工程概况
        本文涉及公路隧道为分离式单向双车道公路隧道，最大埋深为140m，车辆中心线的距离为33m，两洞净距22m。在开展该公路隧道右洞施工的过程中，先进行了掌子面爆破，经过观察，发现掌子面有突泥突水的情况发生，总突泥量小于1×104m3。完成掌子面的爆破工作后，山顶位置出现了错台裂缝，宽度超过了60m，地表出现了较大面积的塌陷坑，另外，和涌水突泥临近的公路也出现了轻微的沉降和裂缝现象。
        3工作面涌水原因分析
        通过现场观察工作面涌水情况和围岩岩性可知，工作面处于土石（粉质黏土、强风化凝灰质砂岩）结合部。该段基岩裂隙水水量丰富，形成原因主要为断层破碎带和上部粉质黏土对基岩裂隙水形成天然隔水，其补给方式为雪山融水和大气降水，一部分沿地表沟谷径流排泄，一部分渗入地下，储存于基岩裂隙及断裂破碎带中，经基岩裂隙和含水层慢慢排泄而出，排泄方式主要为侧向补给河流和沟谷侧向渗透。施工开挖破坏了土层和破碎带的隔水效果，从而导致赋存在风化带的裂隙水沿工作面下部低洼地方排泄，造成涌水现象。
        4公路隧道穿越富水断层破碎带预注浆加固处理技术
        4.1地表塌陷处治
        开挖靠近国道的塌坑，直到开挖至底部，然后合理地应用填充物对塌腔底部进行填充，建造流水平台的同时，对边坡土进行处理。为了提高边坡的稳定性，需要综合考虑项目实际情况，设置锚杆同时喷射混凝土。在平台面的上方设置防水板，在周边修建排水沟，浇筑混凝土直到混凝土形成具有一定坡度的排水坡面。

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        4.2注浆设计
        治理前期采用地质雷达、瞬变电磁等多种物探手段，对地表注浆治理区域进行大范围的探查，确定管线走向及方位；治理后期采用探沟挖探方法对风险性较高的区域进行准确探查，尤其是分布于管线周边的钻孔位置，防止钻孔误打到管线的危险。地表采用垂直注浆孔，加固隧道开挖面正上方开挖影响区域，洞内通过超前注浆加固拱顶侧边部位及常规区域，其中地表注浆应优先于洞内注浆，其目的是最大限度降低拱顶钻孔溃砂风险。另外，在洞内布置地表注浆加固区域的检查及补充注浆孔，保证注浆加固无盲区。通过全断面帷幕注浆对隧道开挖影响区域进行超前加固，重点加固隧道拱顶影响区域，综合分析水文地质资料、监测资料等多元信息，动态确定注浆加固区域范围及关键注浆参数，最终在隧道拱顶和两侧形成以劈裂浆脉为主的注浆加固圈，确保隧道围岩稳定性，保证隧道安全开挖。
        4.3注浆材料
        选用水泥—水玻璃、硫铝酸盐水泥、普通水泥三种注浆材料。考虑到断层导通海水，为防止海水离子对断层破碎带及车站结构的不断侵蚀作用，在车站两侧采用水泥—水玻璃和硫铝酸盐水泥材料，中间区域采用普通水泥和硫铝酸盐水泥材料，在保证车站开挖安全和稳定性的前提下，尽可能的降低施工成本。
        4.4工作面后方初支浸泡段处治措施
        工作面涌水后，为防止隧道洞壁因涌水浸泡引起大的沉降收敛变形，从而造成隧道洞壁失稳，引起突涌水灾害连锁反应，因此要对工作面后方已开挖的隧道洞壁进行加固处治。
        4.5管棚超前预支护及套拱支撑
        掌子面的注浆加固工作完成后，需要将导向管安装在套拱上，将其作为管棚的固定端，主要作用就是调整管棚搭设的角度和方向，提高管棚操作的准确性。套拱为管棚的固定端，将工字钢安装在套拱的内部，然后将工字钢和孔口管应用焊接的方式焊接在一起。在焊接钢拱、孔口管以及钢筋网的过程中，所应用到的焊接方式为双面焊接，在开展焊接操作的过程中，严格控制焊缝的长度必须＞5d（d为钢筋直径）。在开展管棚施工的过程中，一般需要应用临时支撑提高套拱的稳定性。应用厚度为8mm的热轧无缝钢管制作管棚，严格控制相邻钢管之间的距离为30cm。
        结语
        综上所述，注浆止水施工技术的应用对于提高高压富水断层带地质构造的突水突泥灾害的处理效果具有积极的意义，极大地保证了隧道施工安全，提高了隧道施工的安全性和稳定性，使隧道项目的经济效益和社会效益得到保障。
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