CN106837352A - 断层破碎带围岩隧道施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种断层破碎带隧道施工方法，包括以下步骤：a、采用物探与钻探相结合以及长距离与短距离相结合的方法探明前方地质情况，进行超前地质预报；b、采用超前锚杆施工、超前小导管周壁预注浆施工以及注浆管棚和钢架超前支护施工，进行超前预支护；c、隧道开挖与支护。为探测断层破碎带具体位置、范围及涌水量提供了理论依据；确保隧道施工的安全；在对断层破碎带具体位置、范围进行了分析及采取了合理的超前预支护方法的基础上，综合具体地质情况，选择合理的隧道开挖方法。对于高速公路隧道穿越断层破碎带施工具有很强的适用性；同时，对于类似地质情况的铁路、市政、水利隧道(洞)施工具有借鉴和参考意义。

Description

断层破碎带围岩隧道施工方法

技术领域

本发明涉及一种隧道施工方法，特别地，涉及一种断层破碎带隧道的施工方法。

背景技术

由于强烈的地质构造运动引起地层发生错动、挤压、扭转、揉皱作用，使岩体的连续性遭到破坏，岩块的尺度减小，形成断层破碎带。破碎地层的特点是：结构松散、胶结性弱、稳定性差、在施工中极易发生坍塌，若有地下水则更甚。

在隧道的开挖过程中，断层破碎带围岩稳定性较差，是隧道施工过程中需要重点考虑的问题之一。断层破碎带围岩自稳时间短，经常出现坍塌、冒顶等事故。因此，断层破碎带隧道开挖过程中的围岩稳定性具有重要的理论研究意义和技术支持价值，是岩土工程学科的研究重点和难点之一。

断层破碎带隧道开挖，在开挖过程中破坏了岩体原有的应力平衡，如果不采取有效的施工技术措施可能导致隧道塌方，给施工人员的生命安全和施工设备造成直接威胁，而且使工期延长。此外，在隧道埋深较浅时，开挖难以形成承载拱，地表下沉变形可能直达地表。因此，必须采取有效的隧道施工方法，对于确保隧道施工和运营安全都具有至关重要的作用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能解决现有断层破碎带隧道开挖，容易导致隧道塌方；在隧道埋深较浅时，开挖难以形成承载拱，地表下沉变形可能直达地表的技术问题的断层破碎带围岩隧道施工方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供的的断层破碎带隧道施工方法，包括以下步骤：a、采用物探与钻探相结合以及长距离与短距离相结合的方法探明前方地质情况，进行超前地质预报；b、采用超前锚杆施工、超前小导管周壁预注浆施工以及注浆管棚和钢架超前支护施工，进行超前预支护；c、隧道开挖与支护。

进一步地，步骤a中的超前地质预报包括：水文地质调查，对洞内水文地质调查，测记录出水点位置、出水点状态及出水量，分析其与断层、节理以及洞外水的动态关系；每天一次至六次检测，出现异常时加密检测次数，详细记录后进行反馈。

进一步地，步骤a中的超前地质预报包括：物探，采取TSP200地震波法对掌子面前方30m-100m范围内的不良地质体的位置、规模和性质作探测预报，粗略预报围岩级别和地下水情况；每50m-150m施作一次，异常情况下加密；在地质雷达探测的基础上进行超前水平钻探测验证，对掌子面前方20m-40m范围内的地质情况作出更准确的预报；TSP200地震波法、地质雷达和超前水平钻探测三种技术手段相辅相成，相互验证并与地面地质调查结果紧密结合，以提高预报的精度。

进一步地，步骤a中的超前地质预报包括：超前地质钻孔，利用潜孔钻机在隧道掌子面进行水平地质钻探以获取地质信息并钻速测试，以判断前方围岩软硬破碎程度及地层的含水情况；根据地层、岩性和节理裂隙特征，记录钻孔过程中的信息，提出围岩完整性评价；每个断面布设五个超前地质探测孔，上台阶拱顶布设一个，中台阶左右两侧各布设一个、下台阶左右两侧各布设一个；对掌子面前方地下水及围岩情况进行探测，探测孔15m-35m一个循环，单孔长度20m-40m，相邻探测孔间搭接距离为3m-7m；当有异常情况时，结合探测结果适当加密钻孔，钻孔布置视异常进行调整。

进一步地，超前地质钻孔具体为：测量布孔，施钻前按孔位置图设计的尺寸用全站仪准确测量放线，将开孔孔位用红油漆标注在掌子面上；设备就位，孔位布好之后，将开挖平台、潜孔钻机拖至工作位置，设备就位后，接通各动力电源和供风管路；对正孔位及固定钻机，将钻具前端对准掌子面上的孔位，然后调整钻机方位，当升降系统有限时，借用方木进行升降，用全站仪测定钻具尾端位置，使之调整至设计的空问点位，然后用螺栓将钻机紧固在平台上；开孔以及安装孔口管、流量计和压力表，待孔深达到2m，提出钻具，安装孔口管，孔口管由一端焊有法兰盘的钢管制成，长度为1m-3m，埋设时孔口管应露出工作面0.2m-0.3m，孔口管外端安装三通、高压球阀和防尘系统。

进一步地，步骤b中的超前锚杆施工，具体为：按施工图要求进行锚杆搭设轮廓线测量放样，在开挖面上准确画出本循环需设的锚杆孔位；钻孔，采用风钻进行钻孔，钻孔达到设计深度后，利用高压风进行清孔，清孔结束后，采用风钻将锚杆顶入，锚杆尾端外露长度适中，超前锚杆外插角严格按设计要求施作，尾部与搭设焊接在刚架外缘，成为一体；超前锚杆与线路中线方向大致平行，孔位钻设偏差不超过10cm，孔径符合设计要求；锚杆加工及施工，将钢筋根据设计要求进行加工，或采用成品中空锚杆，锚杆长度符合设计要求；锚杆插入及孔口密封处理，锚杆插入后并插入注浆管，然后将锚杆孔封闭并于注浆管连接，以防漏浆；注浆，采用注浆机压注浆，注浆压力为1.0Mpa-1.5Mpa，按单管达到施工图标示注浆量作为结束标准，当注浆压力达到终压不少于20min，进浆量仍达不到注浆终量时，结束注浆；注浆结束后，将管口封堵，以防浆液倒流管外。

进一步地，步骤b中的超前小导管周壁预注浆施工，具体为：小导管制作，小导管采用φ42mm的钢管制成，沿管体每20cm钻φ8mm孔，四周梅花状布设出浆孔，前端封闭并制成尖状，以便顺利插入已钻好的导管孔内，当围岩松软时，用锤击直接打入；小导管安设，用风钻开孔，开孔直径为42mm-50mm，并用吹管将砂石吹出，用带冲击的风钻将小导管顶入孔中，或直接用锤击插入钢管，用塑胶泥封堵导管孔口周围及工作面上的裂缝；注浆，注浆口最高压力严格控制在0.5Mpa以内，以防压裂工作面，控制进浆速度，每根导管双液总进量控制在30L/min以内，每根导管内注浆量由计算确定，若压力上升，流量减少，虽然注浆量未达到计算值，但孔口压力已达到0.5Mpa，结束注浆。

进一步地，步骤b中的注浆管棚和钢架超前支护施工，具体为：在开挖工作面后，将开挖轮廓扩大30cm～50cm，长度不小于5m以便于施作管棚；在开挖工作后面约2m范围内，安设3榀钢拱架紧抵掌子面，注意钢拱架应按线路中线、纵坡加管棚设计的外插角设置；在钢拱架上精确测放出每根管棚的位置，并用Ω型钢筋将孔口管焊在钢拱架上，保证孔口管轴线与管棚设计轴线一致；立模灌注砼套拱，将钢拱架孔口管理于砼内，使钢拱架孔口管在钢管钻进，过程中不变形走位，确保管棚轴线正确；采用跟管钻机钻进和带入钢管，在钻进过程中，用测斜仪经常检测，严格控制管棚轴线；联接管路密封孔口，并压水检查；压注浆液达到设计压力和流量；开挖后按设计间距及时设立钢架。

进一步地，步骤c中隧道开挖与支护，包括：隧道开挖，结合洞内实际地质情况，施工过程中减少对围岩的扰动，采用弱爆破开挖，并严格控制开挖循环进尺，每循环控制在0.4m-0.8m，开挖方法采用三台阶临时仰拱法施工，避免下半断面开挖时导致吊拱的危险，各部台阶开挖长度最长不超过2m-15m，根据围岩变化情况选择确定；支护参数为型钢拱架0.6m/榀；长度为2m-5m超前小导管38根，环向间距0.2m-0.8m，纵向搭接长度0.5m-2m；喷射C25砼20cm-40cm。

进一步地，步骤c中隧道开挖与支护，包括：隧道支护、中空组合锚杆、砂浆锚杆、钢筋网铺设和拱架施工。

进一步地，隧道支护具体为，开挖后初喷砼，喷射前处理危石，检查开挖断面净空尺寸，当受喷面有涌水、淋水、集中出水点时，先进行引排水处理；用高压风水冲洗受喷面，设置控制喷砼厚度的标志；喷射作业分段、分片、分层，由下而上进行，有较大凹洼处，先喷射填平；喷射混凝土机械手就位，展机接入电源，调整喷嘴位置使之垂直于岩面；喷嘴垂直于岩面，距受喷面0.8m-1.2m，呈螺旋移动，风压0.5MPa-0.7MPa，液态速凝剂由自动计量在喷嘴处掺入；喷射混凝土时按照施工工艺段、分片，由下而上依次进行；一次喷射混凝土的最大厚度，拱部不超过10cm，边墙不超过15cm，分层喷射混凝土时，后一层喷射应在前一层混凝土终凝后进行；喷混凝土料由洞外自动计量拌和站生产；混凝土搅拌车运输混凝土，卸入湿喷机后进行喷混凝土。

进一步地，中空组合锚杆具体为，首先按设计要求，在开挖面上准确画出需施设的锚杆孔位，采用风钻钻孔，锚杆钻孔利用台架施钻，垂直结构面打入，高压风吹孔，检查导管孔达到标准后，安装锚杆并按设计比例配浆，采用注浆机注浆，注浆压力符合设计要求；一般按单管达到设计注浆量作为结束标准；当注浆压力达到设计终压不少于20分钟，进浆量仍达不到注浆终量时，结束注浆，并保证锚杆孔浆液注满，最后在综合检查判定注浆质量合格后，用螺帽将锚杆头封堵，以防浆液倒流管外。

进一步地，砂浆锚杆具体为，砂浆锚杆采用风钻钻锚杆孔，锚杆钻孔利用台架施钻，按照设计间排距，垂直结构面打入，高压风吹孔，用注浆泵将孔内注满早强砂浆，再用风枪将锚杆送入孔内，使杆体位于孔位中央，然后安装垫板，垫板用螺帽紧固在岩面上，增强锚杆与喷砼的综合支护作用，锚杆尾端尽量焊接在拱架上，以便共同受力。

进一步地，钢筋网铺设具体为，钢筋须经试验合格，使用前除锈，在洞外分片制作，制作尺寸按施工方法及循环进尺确定，安装时搭接长度不小于一个网格，铺设贴近岩面，与锚杆和钢架绑扎连接或点焊焊接牢固，钢筋网和钢架绑扎时，绑在靠近岩面一侧，确保整体结构受力平衡，搭接宽度为1个-2个网格间距，喷混凝土时，减小喷头至受喷面距离和控制风压，以减少钢筋网振动，降低回弹。

进一步地，拱架施工具体为，钢架按设计尺寸在洞外下料分节焊接制作，钢格栅将主筋采用钢筋弯曲机进行预弯、各种构造筋用钢筋弯曲机弯曲，在定型模上焊接而成；钢型拱架采用冷弯机冷弯，在定型模上焊接连接板；制作时严格按设计图纸进行，保证每节的弧度与尺寸均符合设计要求，每节两端均焊连接板，节点间通过连接板用螺栓连接牢靠，加工后进行试拼检查，严禁不合格品进场；钢架按设计要求安装，安装尺寸允许偏差：横向和高程为±5cm，垂直度±2°，拱架的下端设在稳固的地层上，拱脚高度低于上部开挖底线以下15cm-20cm；拱脚开挖超深时，加设钢板或混凝土垫块；安装后利用锁脚锚杆定位；超挖较大时，拱背喷填同级混凝土，以使支护与围岩密贴，控制其变形的进一步发展；两排钢架间用连接钢筋纵向连接牢固，以便形成整体受力结构；拱架安装时，严格控制其内轮廓尺寸，且预留沉降量，防止侵限；拱架安装好后，用锚杆锁脚固定，防止其发生移位；拱架背后喷砼密实，拱架全部被喷射混凝土覆盖，保护层厚度不小于设计厚度。

采用上述技术方案的断层破碎带围岩隧道施工方法，具有以下有益效果：

本发明采用超前地质预报为探测断层破碎带具体位置、范围及涌水量提供了理论依据；针对断层破碎带具体位置及范围采取合理的超前预支护方法，以确保隧道施工的安全；在对断层破碎带具体位置、范围进行了分析及采取了合理的超前预支护方法的基础上，综合具体地质情况，选择合理的隧道开挖方法。对于高速公路隧道穿越断层破碎带施工具有很强的适用性；同时，对于类似地质情况的铁路、市政、水利隧道(洞)施工具有借鉴和参考意义。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的断层破碎带隧道的施工方法的工艺流程图。

图2是本发明优选实施例的超前地质钻孔施工工艺流程图。

图3是本发明优选实施例的超前锚杆施工工艺流程图。

图4是本发明优选实施例的超前小导管周壁预注浆施工工艺流程图。

图5是本发明优选实施例的中空组合注浆锚杆施工工艺流程图。

图6是本发明优选实施例的砂浆锚杆施工工艺流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。

如图1所示，本实施例的断层破碎带隧道施工方法，包括以下步骤：a、采用物探与钻探相结合以及长距离与短距离相结合的方法探明前方地质情况，进行超前地质预报；b、采用超前锚杆施工、超前小导管周壁预注浆施工以及注浆管棚和钢架超前支护施工，进行超前预支护；c、隧道开挖与支护。本发明断层破碎带隧道的施工方法，采用超前地质预报为探测断层破碎带具体位置、范围及涌水量提供了理论依据；针对断层破碎带具体位置及范围采取合理的超前预支护方法，以确保隧道施工的安全；在对断层破碎带具体位置、范围进行了分析及采取了合理的超前预支护方法的基础上，综合具体地质情况，选择合理的隧道开挖方法。对于高速公路隧道穿越断层破碎带施工具有很强的适用性；同时，对于类似地质情况的铁路、市政、水利隧道(洞)施工具有借鉴和参考意义。

不良地质段施工时可能造成遭遇突水、突泥，应首先进行超前地质预报，探明前方地质情况，断层段超前地质预报采用物探与钻探相结合、长距离与短距离相结合的方法。

本实施例中，步骤a中的超前地质预报包括：水文地质调查，主要为洞内水文地质调查，水文地质调查主要是量测记录出水点位置、出水点状态及出水量，分析其与断层、节理以及洞外水的动态关系。每天2次检测，如出现异常时可加密至4次。详细记录后进行反馈。

本实施例中，步骤a中的超前地质预报包括：物探，采取TSP200地震波法对掌子面前方30m-100m范围内不良地质体的位置、规模、性质作探测预报，粗略预报围岩级别和地下水情况。每100m施作一次，异常情况下加密(采用30m地质雷达检测)。

在地震波探测的基础上进行超前水平钻探测验证。对掌子面前方30m范围内的地质情况作出更准确的预报。

TSP200地震波法、地质雷达、超前水平钻探测三种技术手段相辅相成，相互验证并与地面地质调查成果紧密结合,提高预报的精度。

本实施例中，步骤a中的超前地质预报包括：超前地质钻孔，利用潜孔钻机在隧道掌子面进行水平地质钻探以获取地质信息并钻速测试，以判断前方围岩软硬破碎程度及地层的含水情况。

超前地质钻孔及加深炮孔，施钻时做好记录和地质分析。根据描述地层、岩性、节理裂隙特征，记录钻孔过程中有价值的信息，提出围岩完整性评价。

每个断面布设5个超前地质探测孔，上台阶拱顶布设1个，中台阶左右两侧各布设1个、下台阶左右两侧各布设1个。对掌子面前方地下水及围岩情况进行探测，探测孔25m一个循环，单孔长度约30m，相邻探测孔间搭接距离为5m。当有异常情况时，结合探测结果适当加密钻孔，钻孔布置视异常进行调整。

如图2所示，本实施例中，超前地质钻孔具体为：

1、测量布孔

施钻前按孔位置图设计的尺寸用全站仪准确测量放线，将开孔孔位用红油漆标注在掌子面上。

2、设备就位

孔位布好之后，将开挖平台、潜孔钻机拖至工作位置。

设备就位后，接通各动力电源和供风管路。安装电路要由专业电工操作，确保安全，供风管路要连接紧密，无漏气现象。

3、对正孔位、固定钻机

将钻具前端对准掌子面上的孔位，然后调整钻机方位。钻机升降利用平台自身的升降系统操作。当升降系统有限时，可借用方木进行升降。用全站仪测定钻具尾端位置，使之调整至设计的空问点位，然后用螺栓将钻机紧固在平台上。

4、开孔、安装孔口管、流量计、压力表

待孔深达到2m，提出钻具，安装孔口管；孔口管由一端焊有法兰盘的φ108mm钢管制成，长度为2m。埋设时孔口管应露出工作面0.2m-0.3m，孔口管外端安装三通(压力表、流量计)、高压球阀和防尘系统。

如图3所示，本实施例中，步骤b中的超前锚杆施工，具体为：

1、按施工图要求进行锚杆搭设轮廓线测量放样，在开挖面上准确画出本循环需设的锚杆孔位。

2、钻孔：采用YT-28型风钻进行钻孔，钻孔达到设计深度后，利用高压风进行清孔，清孔结束后，采用风钻将锚杆顶入，锚杆尾端外露长度适中，超前锚杆外插角严格按设计要求施作，尾部与搭设焊接在刚架外缘，成为一体。超前锚杆与线路中线方向大致平行。孔位钻设偏差不超过10cm，孔径应符合设计要求。

3、锚杆加工及施工：将Φ22钢筋根据设计要求进行加工，或采用成品中空锚杆，锚杆长度符合设计要求。

4、锚杆插入及孔口密封处理：锚杆插入后并插入注浆管，然后将锚杆孔封闭并于注浆管连接，以防漏浆。

5、注浆：采用注浆机压注浆，注浆压力为1.0Mpa-1.5Mpa，一般按单管达到施工图标示注浆量作为结束标准。当注浆压力达到终压不少于20min，进浆量仍达不到注浆终量时，亦可结束注浆。注浆结束后，将管口封堵，以防浆液倒流管外。

如图4所示，本实施例中，步骤b中的超前小导管周壁预注浆施工，具体为：

1、小导管制作：小导管采用φ42mm的钢管制成，沿管体每20cm钻φ8mm孔，四周梅花状布设出浆孔，前端封闭并制成尖状，以便顺利插入已钻好的导管孔内，当围岩松软时，用锤击直接打入。

2、小导管安设：用YT-28风钻开孔，开孔直径为42～50mm，并用吹管将砂石吹出。用带冲击的YT-28风钻将小导管顶入孔中，或直接用锤击插入钢管。用塑胶泥封堵导管孔口周围及工作面上的裂缝。

3、注浆：注浆口最高压力严格控制在0.5Mpa以内，以防压裂工作面。控制进浆速度，一般每根导管双液总进量控制在30L/min以内。每根导管内注浆量由计算确定，若压力上升，流量减少，虽然注浆量未达到计算值，但孔口压力已达到0.5Mpa，结束注浆。

本实施例中，步骤b中的注浆管棚和钢架超前支护施工，具体为：

1、在开挖工作面后，将开挖轮廓扩大30cm～50cm，长度不小于5m作工作室以便于施作管棚；

2、在开挖工作后面约2m范围内，安设3榀钢拱架紧抵掌子面，注意钢拱架应按线路中线、纵坡加管棚设计的外插角设置；

3、在钢拱架上精确测放出每根管棚的位置，并用Ω型钢筋将孔口管焊在钢拱架上，保证孔口管轴线与管棚设计轴线一致；

4、立模灌注砼套拱，将钢拱架孔口管理于砼内，使钢拱架孔口管在钢管钻进，过程中不变形走位，确保管棚轴线正确；

5、采用跟管钻机钻进和带入钢管，在钻进过程中，必须用测斜仪经常检测，严格控制管棚轴线；

6、联接管路密封孔口，并压水检查；压注浆液达到设计压力和流量；

7、开挖后按设计间距及时设立钢架。

本实施例中，步骤c中隧道开挖与支护，包括：

1、隧道开挖

结合洞内实际地质情况，施工过程中尽量减少对围岩的扰动，尽量采用弱爆破开挖，并严格控制开挖循环进尺，每循环控制在0.6m，开挖方法采用三台阶临时仰拱法施工，避免下半断面开挖时导致吊拱的危险。各部台阶开挖长度最长不超过2～15m，具体视围岩变化情况确定。主要支护参数为I22a型钢拱架0.6m/榀；L＝3.5m超前小导管38根，环向间距0.4m，纵向搭接长度1.1m；喷射25砼30cm。

2、隧道支护

初期支护施工工序流程为：开挖后初喷砼→系统支护(锚杆、钢筋网、型钢钢架或格栅钢架)施工→复喷砼至设计厚度。

(1)喷射混凝土

①喷射前处理危石，检查开挖断面净空尺寸，当受喷面有涌水、淋水、集中出水点时，先进行引排水处理。

②用高压风水冲洗受喷面，设置控制喷砼厚度的标志。喷射作业分段、分片、分层，由下而上进行，有较大凹洼处，先喷射填平。

③喷射混凝土机械手就位，展机接入电源，调整喷嘴位置使之垂直于岩面。喷嘴垂直于岩面，距受喷面0.8～1.2m，呈螺旋移动，风压0.5～0.7MPa。液态速凝剂由自动计量在喷嘴处掺入。

④喷射混凝土时按照施工工艺段、分片，由下而上依次进行。一次喷射混凝土的最大厚度，拱部不超过10cm，边墙不超过15cm。分层喷射混凝土时，后一层喷射应在前一层混凝土终凝后进行。

⑤喷混凝土料由洞外自动计量拌和站生产。混凝土搅拌车运输混凝土，卸入湿喷机后进行喷混凝土。

(2)中空组合锚杆

首先按设计要求，在开挖面上准确画出需施设的锚杆孔位。采用风钻钻孔，锚杆钻孔利用台架施钻，尽可能垂直结构面打入，高压风吹孔。检查导管孔达到标准后，安装锚杆并按设计比例配浆，采用注浆机注浆，注浆压力符合设计要求。按单管达到设计注浆量作为结束标准。当注浆压力达到设计终压不少于20分钟，进浆量仍达不到注浆终量时，亦可结束注浆，并保证锚杆孔浆液注满。最后在综合检查判定注浆质量合格后，用螺帽将锚杆头封堵，以防浆液倒流管外。中空组合注浆锚杆施工工艺框图，如图5所示。

(3)砂浆锚杆

砂浆锚杆采用风钻钻锚杆孔，锚杆钻孔利用台架施钻，按照设计间排距，尽可能垂直结构面打入，高压风吹孔。用注浆泵将孔内注满早强砂浆，再用风枪将锚杆送入孔内，使杆体位于孔位中央，然后安装垫板，垫板用螺帽紧固在岩面上，增强锚杆与喷砼的综合支护作用。锚杆尾端尽量焊接在拱架上，以便共同受力。砂浆锚杆施工工艺框图，如图6所示。

(4)钢筋网铺设

钢筋须经试验合格，使用前必须除锈，在洞外分片制作，制作尺寸按施工方法及循环进尺确定，安装时搭接长度不小于一个网格。

铺设贴近岩面，与锚杆和钢架绑扎连接(或点焊焊接)牢固。钢筋网和钢架绑扎时，应绑在靠近岩面一侧，确保整体结构受力平衡，搭接宽度为1-2个网格间距。

喷混凝土时，减小喷头至受喷面距离和控制风压，以减少钢筋网振动，降低回弹。

(5)拱架施工

①制作：钢架按设计尺寸在洞外下料分节焊接制作，钢格栅将主筋采用钢筋弯曲机进行预弯、各种构造筋用钢筋弯曲机弯曲，在定型模上焊接而成；钢型拱架采用冷弯机冷弯，在定型模上焊接连接板。制作时严格按设计图纸进行，保证每节的弧度与尺寸均符合设计要求，每节两端均焊连接板，节点间通过连接板用螺栓连接牢靠，加工后必须进行试拼检查。严禁不合格品进场。

②安装：钢架按设计要求安装，安装尺寸允许偏差：横向和高程为±5cm，垂直度±2°。拱架的下端设在稳固的地层上，拱脚高度低于上部开挖底线以下15cm-20cm。拱脚开挖超深时，加设钢板或混凝土垫块。安装后利用锁脚锚杆定位。超挖较大时,拱背喷填同级混凝土,以使支护与围岩密贴,控制其变形的进一步发展。两排钢架间用连接钢筋纵向连接牢固，以便形成整体受力结构。

③拱架安装时，严格控制其内轮廓尺寸，且预留沉降量，防止侵限。拱架安装好后，用锚杆锁脚固定，防止其发生移位。拱架背后喷砼密实,拱架全部被喷射混凝土覆盖，保护层厚度不小于设计厚度。

质量控制：

开挖质量保证措施

1、中线与标高控制

①测量采用“三级复核制”。

②定期把测量仪器送到有检定资格的单位检校，确保测量结果的有效性。

③在拨角测量放线时，为防方位角达不到设计计算的精度，在放线过程中，直线段每隔100m左右与基本导线联测，用坐标成果表中标出的点坐标值进行校验，如有偏差，修正直线方位角。直线方位、线路长度、高程的测量精度控制，严格按工程测量规范进行。施工中各种建筑物放样时与测量控制单位密切配合，避免出现不必要的偏差。

④控制点宜选在稳定、通视良好、不受施工扰动的地方。导线点要有明显的十字标志，水准点表面为圆球状。测量标志旁有明显持久的标记或说明，并详细记录在草图上，避免外业观测中用错点。测量标志如有损坏，立即恢复。

⑤对地面导线点、地面高程点定期进行复测，保证在测量工作中，随时发现点位变化，随时进行测量改正，严格遵守各项测量工作制度和工作程序，确保测量结果万无一失。

2、开挖轮廓线的确定

首先根据地质条件、覆盖层厚度、结构断面、隧道长度及工期要求等，经过经济、技术比较后确定隧道洞身开挖方法，洞身开挖进度与支护、衬砌等后续工序协调。洞身开挖轮廓线预留围岩变形量，应根据围岩级别、隧道宽度、隧道埋深、施工方法和支护情况采用工程类比法确定。隧道开挖轮廓线以衬砌设计轮廓线为基准，考虑围岩变形量、施工误差等因素适当加大，初步确定见表1，在施工过程中根据监测不断调整。

表1隧道开挖轮廓线比设计轮廓线扩大值

3、爆破施工要求

隧道施工采用钻爆法开挖，光面爆破。爆破前根据地质条件、断面尺寸、开挖方法、循环进尺、钻眼机具和爆炸材料等进行钻爆设计，施工中应根据爆破效果及时调整爆破参数。一般采用YT28型风动凿岩机钻孔，孔径约40mm，炸药选用2#岩石乳化炸药，一般炮眼装φ32mm药卷，每段长200mm；周边光爆炮眼装φ25mm药卷，每段长200mm。采用非电毫秒雷管，1～15段，爆破网络采用起爆器击发非电导爆管起爆。

炮眼施工精度要求见表2。

表2钻爆炮眼施工允许误差范围表

隧道超欠挖及光面爆破要求，隧道的允许超挖值应符合表3的规定。

表3隧道允许超挖值表

采用风钻打眼，炮眼深度在3m以内时，两茬炮衔接处的台阶不得大于15cm。隧道开挖不应欠挖，当围岩完整、石质坚硬时，允许岩石个别突出部分侵入衬砌(每1m2不大于0.1m2、高度不大于5cm)。拱脚和墙脚以上1m范围内严禁欠挖。隧道周边炮眼痕迹保存率是衡量开挖面平整度的一个指标，炮眼痕迹保存率应满足表4规定。

表4不同围岩周边炮眼痕迹保存率要求

围岩性质	硬岩	中硬岩
			炮眼痕迹保存率	≥80％	≥60％

注：炮眼痕迹保存率＝(残留有痕迹的炮眼数/周边眼总数)×100％

支护质量保证措施

1、喷砼采用湿喷工艺，外加剂掺量及喷砼抗渗等级符合设计要求。

2、喷锚支护做到喷料随拌随用，时间不超过规定时间。喷射前清理岩面。厚度较大时分层喷射。严格掌握风压和控制喷射距离，做到厚度符合设计和安全要求，表面平顺。

3、钢架施工时做到加工正确，间距、倾斜度和垂直度符合要求。钢架的底脚落在原状地层；接头板密贴，上齐连接螺栓。

4、锚杆的间距和深度符合设计，采用系统锚杆时做到灌浆充填饱满。

防排水施工质量保证措施

1、采用双缝焊接工艺，保证焊缝密实和宽度，对焊缝进行充气试验；防水板按断面横向一次整体铺设、纵向搭接密贴；采用无钉挂设方式与喷锚混凝土层连接，禁止采用“射钉”挂设，保证防水板铺设平顺、不渗不漏。

2、进货检验，把好进货关，所有材料存放及使用均标识、记录清楚，确保不合格材料不投入工程实体使用中，并且有追溯性；隧道防水板材料，使用前检查其质量，不合格不能使用。

3、加强砼施工前防水层的检查和修补工作，尤其是搭接处的焊缝质量检查。洞身施工防水板前先进行支护表面修整处理，凹凸不平处采用喷砼补平，割除锚杆、钢筋网等外露端头，防止防水板被戳破。防水板铺设质量尤其是焊接缝必须认真检查合格后，模板台车才能就位。

4、严格按图纸间距要求设置纵环向软式透水管和排水管，在富含水区段适当加密。

5、注重止水带安装质量，止水带采用钢筋卡进行定位和固定。

6、延长喷水养护时间以补偿水泥水化引起的自身体积缩小，达到“内实外美”的目标。

衬砌施工质量保证措施

1、采用整体钢模台车衬砌正洞及较长辅助坑道，采用定型钢模施作综合洞室及附属工程，减少模板拼装次数和接缝，提高衬砌混凝土整体性能。按规范工艺进行混凝土灌注，落实侵蚀地段混凝土防侵蚀措施；采用雷达检测仪器对衬砌混凝土进行无损检测，保证衬砌厚度、密实度和耐久性达到设计要求。精确定位接触网滑道。做好隧道综合接地埋设工作，确保接地性能满足设计要求。

2、加强原材料的进场管理，对进场的原材料按试验规范进行试验，不合格产品不允许进场。砼用外加剂经试验选定质优品牌，确定最佳掺量。

3、砼采用自动计量拌和站生产，严格控制砼水灰比及砂石材料级配，外加剂掺量准确，保证砼质量。砼采用混凝土罐车运输，砼输送泵泵送入模。采取以附着式振捣器为主，辅以插入式捣固棒振捣的振捣方式，确保砼均匀密实，不存在空洞、露筋、露骨、蜂窝麻面、气泡、裂缝等缺陷。

4、优化配合比设计。施工前针对隧道实际水文地质情况和原材料情况作出相应的砼配合比设计，并在施工期间进行验证和优选砼配合比设计。

5、严格控制砼拌和、运输和灌注时间，振捣密实，加强养护；施工前制定详细的施工方法、操作细则和质量保证措施并落实。

环保、节能措施

施工中，严格遵照隧道施工相关规范、规程及环保、节能方面的规定，重点注意以下几点：

(1)开始施工前，必须进行环境因素识别，确定重要环境因素，制定相应的管理方案。

(2)隧道弃碴按设计碴场弃置，按设计要求用浆砌片石进行支挡防护。未设计支挡防护的坡面加土壤种植草皮、树木进行绿化。弃碴场进行复耕或绿化。

(3)施工用的废水、生活污水，利用临时排水系统及永久性排水设施排至污水坑内，经处理达到允许排放标准后再进行排放。废弃物采用车辆运输的方法，整齐合理地堆放在图纸或监理工程师指定的地方深埋覆盖。

(4)工程用料根据具体情况，堆放在施工场地和征地线内，不影响农田耕种和污染环境。每道工序施工时做到工完料清，并对场地进行及时清理，保证施工场地整洁。

(5)在筑路材料和弃土弃碴运输过程中，根据需要定时对施工便道洒水，以消除灰尘。

(6)做到工完料尽、工完场清，建筑垃圾及时清除，暂不能清除的应该在指定区域堆放齐整。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种断层破碎带隧道施工方法，其特征在于：包括以下步骤：

a、采用物探与钻探相结合以及长距离与短距离相结合的方法探明前方地质情况，进行超前地质预报；

b、采用超前锚杆施工、超前小导管周壁预注浆施工以及注浆管棚和钢架超前支护施工，进行超前预支护；

c、隧道开挖与支护。

2.根据权利要求1所述的断层破碎带隧道施工方法，其特征在于：所述的步骤a中的超前地质预报包括：

水文地质调查，对洞内水文地质调查，测记录出水点位置、出水点状态及出水量，分析其与断层、节理以及洞外水的动态关系；每天一次至六次检测，出现异常时加密检测次数，详细记录后进行反馈。

3.根据权利要求2所述的断层破碎带隧道施工方法，其特征在于：所述的步骤a中的超前地质预报包括：

物探，采取TSP200地震波法对掌子面前方30m-100m范围内的不良地质体的位置、规模和性质作探测预报，粗略预报围岩级别和地下水情况；每50m-150m施作一次，异常情况下加密；在地质雷达探测的基础上进行超前水平钻探测验证，对掌子面前方20m-40m范围内的地质情况作出更准确的预报；TSP200地震波法、地质雷达和超前水平钻探测三种技术手段相辅相成，相互验证并与地面地质调查结果紧密结合，以提高预报的精度。

4.根据权利要求3所述的断层破碎带隧道施工方法，其特征在于：所述的步骤a中的超前地质预报包括：

超前地质钻孔，利用潜孔钻机在隧道掌子面进行水平地质钻探以获取地质信息并钻速测试，以判断前方围岩软硬破碎程度及地层的含水情况；根据地层、岩性和节理裂隙特征，记录钻孔过程中的信息，提出围岩完整性评价；每个断面布设五个超前地质探测孔，上台阶拱顶布设一个，中台阶左右两侧各布设一个、下台阶左右两侧各布设一个；对掌子面前方地下水及围岩情况进行探测，探测孔15m-35m一个循环，单孔长度20m-40m，相邻探测孔间搭接距离为3m-7m；当有异常情况时，结合探测结果适当加密钻孔，钻孔布置视异常进行调整。

5.根据权利要求4所述的断层破碎带隧道施工方法，其特征在于：所述的超前地质钻孔具体为：

测量布孔，施钻前按孔位置图设计的尺寸用全站仪准确测量放线，将开孔孔位用红油漆标注在掌子面上；

设备就位，孔位布好之后，将开挖平台、潜孔钻机拖至工作位置，设备就位后，接通各动力电源和供风管路；

对正孔位及固定钻机，将钻具前端对准掌子面上的孔位，然后调整钻机方位，当升降系统有限时，借用方木进行升降，用全站仪测定钻具尾端位置，使之调整至设计的空问点位，然后用螺栓将钻机紧固在平台上；

开孔以及安装孔口管、流量计和压力表，待孔深达到2m，提出钻具，安装孔口管，孔口管由一端焊有法兰盘的钢管制成，长度为1m-3m，埋设时孔口管应露出工作面0.2m-0.3m，孔口管外端安装三通、高压球阀和防尘系统。

6.根据权利要求1所述的断层破碎带隧道施工方法，其特征在于：所述的步骤b中的超前锚杆施工，具体为：

按施工图要求进行锚杆搭设轮廓线测量放样，在开挖面上准确画出本循环需设的锚杆孔位；

钻孔，采用风钻进行钻孔，钻孔达到设计深度后，利用高压风进行清孔，清孔结束后，采用风钻将锚杆顶入，锚杆尾端外露长度适中，超前锚杆外插角严格按设计要求施作，尾部与搭设焊接在刚架外缘，成为一体；超前锚杆与线路中线方向大致平行，孔位钻设偏差不超过10cm，孔径符合设计要求；

锚杆加工及施工，将钢筋根据设计要求进行加工，或采用成品中空锚杆，锚杆长度符合设计要求；

锚杆插入及孔口密封处理，锚杆插入后并插入注浆管，然后将锚杆孔封闭并于注浆管连接，以防漏浆；

注浆，采用注浆机压注浆，注浆压力为1.0Mpa-1.5Mpa，按单管达到施工图标示注浆量作为结束标准，当注浆压力达到终压不少于20min，进浆量仍达不到注浆终量时，结束注浆；注浆结束后，将管口封堵，以防浆液倒流管外。

7.根据权利要求1所述的断层破碎带隧道施工方法，其特征在于：所述的步骤b中的超前小导管周壁预注浆施工，具体为：

小导管制作，小导管采用φ42mm的钢管制成，沿管体每20cm钻φ8mm孔，四周梅花状布设出浆孔，前端封闭并制成尖状，以便顺利插入已钻好的导管孔内，当围岩松软时，用锤击直接打入；

小导管安设，用风钻开孔，开孔直径为42mm-50mm，并用吹管将砂石吹出，用带冲击的风钻将小导管顶入孔中，或直接用锤击插入钢管，用塑胶泥封堵导管孔口周围及工作面上的裂缝；

注浆，注浆口最高压力严格控制在0.5Mpa以内，以防压裂工作面，控制进浆速度，每根导管双液总进量控制在30L/min以内，每根导管内注浆量由计算确定，若压力上升，流量减少，虽然注浆量未达到计算值，但孔口压力已达到0.5Mpa，结束注浆。

8.根据权利要求1所述的断层破碎带隧道施工方法，其特征在于：所述的步骤b中的注浆管棚和钢架超前支护施工，具体为：

在开挖工作面后，将开挖轮廓扩大30cm～50cm，长度不小于5m以便于施作管棚；

在开挖工作后面约2m范围内，安设3榀钢拱架紧抵掌子面，注意钢拱架应按线路中线、纵坡加管棚设计的外插角设置；

在钢拱架上精确测放出每根管棚的位置，并用Ω型钢筋将孔口管焊在钢拱架上，保证孔口管轴线与管棚设计轴线一致；

立模灌注砼套拱，将钢拱架孔口管理于砼内，使钢拱架孔口管在钢管钻进，过程中不变形走位，确保管棚轴线正确；

采用跟管钻机钻进和带入钢管，在钻进过程中，用测斜仪经常检测，严格控制管棚轴线；

联接管路密封孔口，并压水检查；压注浆液达到设计压力和流量；

开挖后按设计间距及时设立钢架。

9.根据权利要求1所述的断层破碎带隧道施工方法，其特征在于：所述的步骤c中隧道开挖与支护，包括：

隧道开挖，结合洞内实际地质情况，施工过程中减少对围岩的扰动，采用弱爆破开挖，并严格控制开挖循环进尺，每循环控制在0.4m-0.8m，开挖方法采用三台阶临时仰拱法施工，避免下半断面开挖时导致吊拱的危险，各部台阶开挖长度最长不超过2m-15m，根据围岩变化情况选择确定；

支护参数为型钢拱架0.6m/榀；

长度为2m-5m超前小导管38根，环向间距0.2m-0.8m，纵向搭接长度0.5m-2m；

喷射C25砼20cm-40cm。

10.根据权利要求9所述的断层破碎带隧道施工方法，其特征在于：所述的步骤c中隧道开挖与支护，包括：隧道支护、中空组合锚杆、砂浆锚杆、钢筋网铺设和拱架施工；

所述的隧道支护具体为：开挖后初喷砼，喷射前处理危石，检查开挖断面净空尺寸，当受喷面有涌水、淋水、集中出水点时，先进行引排水处理；用高压风水冲洗受喷面，设置控制喷砼厚度的标志；喷射作业分段、分片、分层，由下而上进行，有较大凹洼处，先喷射填平；喷射混凝土机械手就位，展机接入电源，调整喷嘴位置使之垂直于岩面；喷嘴垂直于岩面，距受喷面0.8m-1.2m，呈螺旋移动，风压0.5MPa-0.7MPa，液态速凝剂由自动计量在喷嘴处掺入；喷射混凝土时按照施工工艺段、分片，由下而上依次进行；一次喷射混凝土的最大厚度，拱部不超过10cm，边墙不超过15cm，分层喷射混凝土时，后一层喷射应在前一层混凝土终凝后进行；喷混凝土料由洞外自动计量拌和站生产；混凝土搅拌车运输混凝土，卸入湿喷机后进行喷混凝土；

所述的中空组合锚杆具体为：首先按设计要求，在开挖面上准确画出需施设的锚杆孔位，采用风钻钻孔，锚杆钻孔利用台架施钻，垂直结构面打入，高压风吹孔，检查导管孔达到标准后，安装锚杆并按设计比例配浆，采用注浆机注浆，注浆压力符合设计要求；按单管达到设计注浆量作为结束标准；当注浆压力达到设计终压不少于20分钟，进浆量仍达不到注浆终量时，结束注浆，并保证锚杆孔浆液注满，最后在综合检查判定注浆质量合格后，用螺帽将锚杆头封堵，以防浆液倒流管外；

所述的砂浆锚杆具体为：砂浆锚杆采用风钻钻锚杆孔，锚杆钻孔利用台架施钻，按照设计间排距，垂直结构面打入，高压风吹孔，用注浆泵将孔内注满早强砂浆，再用风枪将锚杆送入孔内，使杆体位于孔位中央，然后安装垫板，垫板用螺帽紧固在岩面上，增强锚杆与喷砼的综合支护作用，锚杆尾端尽量焊接在拱架上，以便共同受力；

所述的钢筋网铺设具体为：钢筋须经试验合格，使用前除锈，在洞外分片制作，制作尺寸按施工方法及循环进尺确定，安装时搭接长度不小于一个网格，铺设贴近岩面，与锚杆和钢架绑扎连接或点焊焊接牢固，钢筋网和钢架绑扎时，绑在靠近岩面一侧，确保整体结构受力平衡，搭接宽度为1个-2个网格间距，喷混凝土时，减小喷头至受喷面距离和控制风压，以减少钢筋网振动，降低回弹；

所述的拱架施工具体为：钢架按设计尺寸在洞外下料分节焊接制作，钢格栅将主筋采用钢筋弯曲机进行预弯、各种构造筋用钢筋弯曲机弯曲，在定型模上焊接而成；钢型拱架采用冷弯机冷弯，在定型模上焊接连接板；制作时严格按设计图纸进行，保证每节的弧度与尺寸均符合设计要求，每节两端均焊连接板，节点间通过连接板用螺栓连接牢靠，加工后进行试拼检查，严禁不合格品进场；钢架按设计要求安装，安装尺寸允许偏差：横向和高程为±5cm，垂直度±2°，拱架的下端设在稳固的地层上，拱脚高度低于上部开挖底线以下15cm-20cm；拱脚开挖超深时，加设钢板或混凝土垫块；安装后利用锁脚锚杆定位；超挖较大时,拱背喷填同级混凝土,以使支护与围岩密贴,控制其变形的进一步发展；两排钢架间用连接钢筋纵向连接牢固，以便形成整体受力结构；拱架安装时，严格控制其内轮廓尺寸，且预留沉降量，防止侵限；拱架安装好后，用锚杆锁脚固定，防止其发生移位；拱架背后喷砼密实，拱架全部被喷射混凝土覆盖，保护层厚度不小于设计厚度。