杜家山隧道千枚岩地段施工技术

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摘要：本文主要阐述杜家山隧道千枚岩地段及断层软弱破碎带的关键施工技术。按照新奥法施工的理念，针对不同的地质条件制定相应的施工技术。该施工技术具有操作简便、转换灵活、施工快捷等特点,对类似工程施工提供可借鉴经验，具有一定参考价值。

关键词：隧道；千枚岩地质；施工技术

中图分类号：U655.4 文献标识码：A

0 引 言

在我国西南和中南地区修建隧道，通过的地层地貌千差万别，面临的新问题也层出不穷，杜家山隧道出现了以往工程中少见的千枚岩。千枚岩是一种浅变质的具有千枚状构造的岩石，属于区域变质浅变质带岩之一，是泥质、粉砂质或中酸性凝灰岩石经过区域变质作用而形成的。千枚岩主要具有两个典型的工程特征，一是遇水泥化，当千枚岩含水量超过其稳定状态原始含水量时，则表面出现软化、泥化的特征，特别是在富水隧道仰拱路基部位的千枚岩，经过工程机械的碾压，迅速软化并不断发展为砂石；二是千枚岩在开挖暴露后，其岩石里面的水分迅速流失，将会出现岩石的剥落，崩解，软化，最后成为沙土。正是由于千枚岩具有上述的工程特性，在千枚岩隧道中常常会出现一些地质灾害，这些都是我们工程设计施工中必须注意的。

1工程概况

杜家山隧道位于四川省广元市青川县境内，进口位于青川县木鱼镇文武村八组柳树沟左侧，出口位于青川县骑马乡新明村三组王石沟右侧。杜家山隧道

左洞起止里程为ZK15+052～ZK16+885（全长1833米）；右洞起止里程为K15+024～K16+910（全长1886米）。隧

道为双线分离式，平面布置为测量线间距为16m～29m的并行线；隧道左、右线均采用钻爆法施工，进出口四洞掘进。

杜家山隧道穿越山体由多个山脊组成，总体呈东西走向，并以大角度与山体走向斜交（交角约79°），区内最高标高在隧道中部，达885.4m；最低标高为隧道进口外的冲沟，约600.00m，相对高差约285.40m，属中等切割的构造剥蚀型低山窄谷地貌。

杜家山隧道最大埋深约196m，地层岩性复杂，设计为Ⅳ、Ⅴ级围岩。围岩主要以抗风化能力差的绢云千枚岩、砂质千枚岩以及断裂破碎带为主。砂质千枚岩、绢云千枚岩片理面极发育，质软，层间结合差，遇水软化，施工中极易坍塌，因此在软岩和极软岩中开挖隧道的一个最关键的问题，是采取合理的施工方法技术和有效的支护措施。

2施工技术

2.1 Ⅳ、V级围岩段开挖施工技术

V级围岩段开挖前采用超前注浆小导管和大管棚进行预加固，采用弧形导坑预留核心土法开挖。开挖施工中，尽量不采用爆破作业，采用镐铲作辅助开挖，需爆破时，采用微震光面爆破，人工利用多功能台车装药联线； V级围岩两端洞口浅埋地段开挖方法如下图1示。全断面共分5部进行人工或机械掏挖；分部开挖的顺序依次为13468，，一次开挖长度为0.5m；每分部开挖后，先喷4cm厚的混凝土，然后打锚杆，挂钢筋网，架立周边钢架，施工钢架底部锁脚锚杆，喷混凝土至设计厚度进行初期支护；分部开挖底部不喷混凝土，不设钢筋网；导坑开挖完成后，分别开挖左、右侧边墙；边墙开挖后，立即进行锚喷支护并将钢架拱顺接下来，形成整体；钢架按分片组装，采用钢板、螺栓连接；边墙开挖完成后，最后开挖核心

图1 洞口V级围岩浅埋段施工方法图

土；浇筑仰拱及填充混凝土；1部工作面开挖超前10～15m后，根据量测数据收敛趋于稳定后，一次浇注拱墙混凝土衬砌；隧道拱顶开挖中遇孤石，应先行采用初期支护通过，孤石超界部分在二次衬砌施工时再进行人工处理，局部与拱架支设位置矛盾，可局部增设拱架，调整间距以通过孤石处。

IV级围岩段开挖前采用拱部超前锚杆进行预加固，IV级围岩采用正台阶法光面爆破作业开挖，上台阶钻眼深度为1.5米，循环进尺1.2米，下台阶钻眼深度2.2米，循环进尺2.0米，上台阶循环作业两次，下台阶循环作业一次。开挖后立即挂钢筋网喷4cm厚的混凝土，及时按设计要求打设φ22超前锚杆，随后分层喷混凝土至设计厚度进行初期支护。施工按“先深探，管超前、严注浆、半断面、留核心、短进尺、弱爆破、强支护、紧封闭、勤测量”的原则进行，并按设计要求及时进行量测监控。施工进入不良地质地段前，采用超前钻探来探明地质和水文地质情况，对易失稳易坍塌的地段，对掌子面进行喷素混凝土封闭，喷层厚度为3～5cm

2.2断层软弱破碎带施工技术

ZK15+461.5～ZK15+701.5段240米以及K15+460～K15+720段260米总计500米地段为断裂破碎带，物质组成以构造片岩、绢云千枚岩、断层角砾，局部夹断层泥，岩体呈破碎及散体状结构，且该段穿越山间槽谷地形，地下水补给条件好，施工中可能出现涌突水现象。要加强超前地质预报工作，超前钻孔探明地下水发育情况、岩体完整程度等地质概况，根据物探结果、探水孔水量及围岩条件决定是否实施预注浆工艺。在该段根据地质预报结果，开挖后实施80米注浆，详见下图2、图3和图4。加固范围为开挖轮廓线外5米，注浆分段长度根据实际注浆长度进行划分，一个注浆段完成后留5米不开挖作为下一注浆段的止浆岩盘，注浆孔布置由工作面向开挖方向呈伞形辐射状，钻孔布置成圈，内外圈按梅花形排列，长短孔结合，确保注浆充分。同时采用双层小导管超前加固方案，衬砌采用加强型衬砌类型。

图2 注浆孔断面布置图

图3 止浆墙纵断面

图4 软弱破碎带围岩注浆加固图

2.3超前注浆理论分析

注浆就是利用压力将能固化的浆液通过注浆管注入岩土裂隙或松散土层中，通过浆液的凝结固化土的颗粒，填充孔隙或裂隙，从而改善土层（岩层）物理力学性能的一种方法。通过注浆，可以提高地基承载力、增强土体的抗剪强度，减小土体渗透性。注浆加固与其它加固方法相比有明显的优点：①施工设备简单、占地面积小，狭窄场地和矮小空间均可施工；②施工振动和噪声小，对环境影响小；③加固深度可深可浅，易于控制。因此自1982年法国人查理士贝尼首次使用冲击泵注入粘土和石灰加固港口砌筑墙（文献记载最早的注浆施工方法）以来，注浆法在土木工程的各个领域中，特别是在地下工程、水电工程、井巷工程中得到了广泛的应用，已成为不可缺少的施工方法。

本工程富水千枚岩地段每3ｍ进行一次超前注浆，小导管采用先钻孔后下钢管法施工，钻孔时开孔从工作面最后一榀工字钢拱架上部穿过，打入小导管后，钢管尾部和工字钢架焊接成整体。止浆墙采用喷射砼，掌子面上台阶范围，喷10cm厚砼进行封闭，采用2台KBY50/70注浆泵进行注浆作业。径向注浆小导管在进行初期支护时同步打设，在开挖下一循环的时候对本循环打设的径向小导管进行注浆作业，为了节约时间，径向注浆管全部用铁丝绑在事先预埋在边墙的由10钢筋上，采用4台KBY50/70注浆泵在开挖时注浆。

（1）浆液的选择

本隧道注浆以堵水为目的，选定浆液为水泥一水玻璃浆液。水泥一水玻璃类浆液是以水泥和水玻璃为主剂，两者按一定比例采用双液方式注入，必须要做细致配合比满足注浆要求的注浆材料，是一种用途极其广泛，使用效果很好的注浆材料。

工地试验室根据隧道涌水量、水压等对双液浆的配合比做了大量的试验，以确定最佳的凝胶时间。在取得大量试验参数的基础上，选取能充分满足注浆扩散范围为准，保证一次注浆段（５ｍ）固结强度，又方便施工，核算工程成本的原则，选定水灰比0.75～0.8:1浓度为30～35°体积比为1:0.3～1：１。

（2）注浆压力的确定

注浆压力是注浆的主要参数，它对浆液的扩散，裂隙充填，注浆效果的好坏起到决定性作用，所以必须有足够的压力克服静水压力和岩层阻力，方能达到预期的目的，因此正确选择注浆压力及合理注浆参数，是注浆过程中的关键问题，通过现场二十多次循环注浆试验，得出采用较高的注浆压力，在保证注浆质量前提下，使钻孔数尽可能减少。较高注浆压力能在充填物中造成劈裂灌注，使较弱千枚岩地层施工期支护结构受力机理研究的饱和岩层及涌水破碎带的密度、强度得到改善。此外，高压注浆还有助于挤出浆液中的多余水份，使浆液结石的程度提高。注浆压力与围裂隙发育程度、涌水压力、浆液材料及凝胶时间有关，通过本隧道施工实践确定初压为0.5～1Mpa、终压为2Mpa。但是开始注浆要视具体围岩涌水量及岩性强度、完整性等因素考虑，随时作出适当调整。

（3）注浆量

单孔注浆量按浆液在岩层中为均匀扩散的计算，所使用公式如下：

式中：—单孔注浆量，

——浆液扩散半径，；

——注浆孔长，

——地层的裂隙，；

——浆液在岩石裂隙中的充填系数，视岩石情况取0．3～0．9；

——浆液消耗率。

2.4爆破设计

本工程施工采用微震光面爆破，辅以人工风镐开挖。为保证隧道光面爆破效果，采用标准化作业并不断优化和调整爆破技术和具体参数。

（1） 放样布眼：钻眼前，用激光准直仪定位，经纬仪、水平仪、钢尺相配合，测量人员用红油漆准确绘出开挖断面的中线和轮廓线，标出炮眼位置，误差不超过5cm。

上台阶：①、周边眼间距40cm，双排内外距20cm共94个；②、拱底16个炮眼间距81.6cm；③、掌子面内布眼72个；④、共计182个炮眼。下台阶：①、周边眼间距40cm，共54个；②、拱脚双拱，底部周边眼单排；③、内侧布37个眼间距80×80。如图5所示。

图5 炮眼布置图

（2）定位开眼：采用钻孔台车或风动凿岩机钻眼，轴线与隧道轴线保持平行，就位后按钻眼布置图钻孔，掏槽眼和周边眼的钻眼精度要求为控制在5cm以内。

（3）钻眼、清孔：安排技术熟练的操作人员施做，严格按设计要求和具体情况、确定的设备进行施工。装药前，用炮钩和高压风将炮眼内石屑刮出吹净。

（4）装药：按照炮眼设计图确定的装药量自上而下分片分组进行，雷管对号安设，要定人、定位、定段别，不得乱装药。所有炮眼按要求用炮泥堵塞。

（5）联结起爆网络：按设计联结网络操作，起爆网路为复式网路，充分保证起爆的可靠性和准确性。导爆管不能打结，各炮眼雷管连接次数相同，导爆索的连接方向准确、连接点必须牢固，引爆雷管用黑胶布包扎在离一簇导爆管自由端10cm以上处，连好后，专职监炮员认真检查验收。

（6）起爆方法

采用毫秒电雷管起爆炸药，防爆起爆器起爆电雷管。

（6）做好安全工作，非点炮人员撤离到安全区后方可引爆。有瞎炮，要专门处理。及时检查光爆效果，分析原因，

3结语

按照新奥法施工的理念，遵循“管超前、弱爆破、强支护、早封闭、勤量测”的施工原则，制定富水千枚岩地段超前物探、钻探结合探水、超前注浆堵水、超短台阶人工开挖（局部辅以弱爆破）、初支加强、仰供超前、二衬紧跟的施工方案。穿越断层软弱破碎带采用的周边围岩注浆加固级围岩段开挖措施。相对于国内以往千枚岩地质隧道大多采用正台阶法及大截面型钢、锚索等控制变形的施工方法来说具有操作简便、转换灵活、施工快捷等特点,对同类工程具有一定参考价值. 为今后类似工程的施工提供可借鉴经验。

参考文献：

［1］公路隧道设计规范 (JTG070－2004)。

［2］公路工程施工监理规范JTJ077 – 95

[3]公路隧道施工技术规范 (JTGF60-2009)。

[4］李世科．隧道围岩稳定分析．北京．中国铁道出版社，1991。