摘要： 結合成都多座穿越龍泉驛斷層破碎帶隧道的工程地質、施工情況，重點分析了穿越龍泉驛斷層破碎帶的隧道出現初期支護變形、開裂、塌方等施工病害原因及其處理技術，為以后類似地質的隧道設計與施工提供參考。

　　關鍵詞：斷層破碎帶,隧道,施工病害,處理技術

　　前言

　　隨著我國經濟實力的不斷增強，交通事業也得到了空前的發展，在地形高差大、地質復雜和需要重點保護的原始森林、河流、水庫及城市森林公園等情況下修建的公路隧道也越來越多，地質復雜的成都龍泉山即是如此，據不完全統計，通過龍泉山的隧道工程大概有20多座(如成簡快速路的龍泉山1#、2#隧道，成安渝高速公路的龍泉山1#～4#隧道等)，其中有多座隧道通過龍泉驛斷層，這些隧道施工中均出現了地表開裂塌陷、初期支護變形不收斂甚至開裂現象，洞內多次發生坍方、冒頂等嚴重影響施工安全的工程問題。

　　在此筆者就產生以上工程問題的原因及處理技術與大家作初步探析，以期對類似地質隧道設計與施工具有指導意義。

　　1. 龍泉驛斷層概況

　　龍泉驛斷層屬區域性壓扭型逆斷層，且為活動斷裂，位于龍泉山大背斜西翼，其中龍泉驛至金堂東，斷層因第四系掩蓋為隱伏斷層。斷層南起仁壽陳大山之西，向南斷裂形跡逐漸消失而代之以巖層陡立帶;向北，陳大山至老君廟之間。成都龍泉驛以北斷層走向近南北，傾向東，傾角75°;以南斷層走向北15°東，傾向南東，傾角35°。東盤(下盤)上沙溪廟組、遂寧組與西盤(下盤)灌口組接觸，地層垂直斷距達10米，破碎帶及其影響帶寬約200米。

　　斷層破碎帶由斷層角礫及斷層破碎巖組成(局部泥巖風化嚴重)，該巖層表現為紫紅、褐黃、灰白、棕紅色，由泥巖、泥質砂巖等受擠壓形成，其中泥巖多呈土狀，砂巖、泥質砂巖巖體破碎，分布于龍泉驛逆斷層及其影響帶內。

　　2. 龍泉驛區域性氣象資料

　　該區屬亞熱帶溫濕季風氣候，春早夏熱、秋多綿雨日照少，冬無嚴寒時間長且多霧、霜雪少，四季分明，雨量充沛、氣候溫和等特征。

　　據成都市龍泉驛區氣象局提供氣象資料顯示：降水量分布不均，年際內變幅大，年平均降水量為887.8mm，主要集中在5～9月份，占全年降水量的75～80%，雨熱同季，冬季少有降雪;相對濕度77～82%;年平均蒸發量1146.5mm;年平均日照時間1036.8小時;冬季多霧，年平均霧天天數31.1天;年平均無霜期350天;主導風向為東北風，年平均風速1.2m/s，最大風速20 m/s。

　　3. 施工病害表現

　　從成簡路龍泉山一號隧道、成安渝高速公路龍泉山3#隧道及成都鐵路第二貨運通道龍泉山隧道的施工情況來看，隧道從進入斷層破碎帶至施工完畢，進展均不順利，出現了較多影響施工安全的工程問題，主要表現為以下幾個方面：

　　(1)隧道施工中多次發生塌方事故，洞頂地表開裂、變形甚至出現塌陷坑

　　據調查成簡路龍泉山一號隧道施工現狀，曾出現右洞洞口約40m范圍洞頂山體出現多條裂紋，其中，最大縱縫長度約15m，最大縫寬達25cm，同時地面產生了局部塌陷，并形成一小型的塌陷漏斗。

　　(2)洞內初期支護變形不收斂、洞身拱頂下沉、邊墻部位侵限。根據監控量測資料，隧道拱頂最大沉降累計值最大達150cm左右，邊墻收斂值最大達140cm左右,部分初期支護已侵入二次襯砌空間。

　　4.原因分析

　　4.1地質原因：

　　(1)龍泉驛斷層屬活動性斷層，其破碎帶寬約200米，主要為強風化的斷層壓碎泥巖，巖體極破碎。受斷層影響，附近巖體節理發育，風化嚴重(全、強風化帶厚度大于20米)。前述隧道主要穿行于泥巖的全、強風化層及斷層壓碎巖中，加之層面及不利節理面的影響，巖體自穩性差。

　　(2)由于上部圍巖為粘性土及泥巖全、強風化帶，表土松散，土體在地表水作用下本身存在溜坍變形，加之隧道開挖卸荷變形和圍巖應力重分布等的作用，施工若不及時支護便會引起拱頂圍巖圈的松弛及坍頂現象，并在坍頂處形成空腔，不良反應在表土荷載的作用下被加劇，加上地表水的入滲，繼而引起地表開裂及局部塌陷。

　　(3)斷層破碎帶中巖體極為破碎，地表水與隧道圍巖具有貫通性,隧道開挖使遠處地下水匯集于此，地下水增多，導致泥巖遇水軟化、物理力學性能指標降低、自穩能力下降，繼而造成圍巖變形和地層壓力加大。加之前述多座隧道施工均為雨季施工，大量雨水通過地表滲入隧道周邊巖層，加劇了圍巖變形和地層壓力的發展。

　　4.2施工原因：

　　(1)多數隧道采用臺階法施工，仰拱施作嚴重滯后于開挖面，上臺階暴露時間過長，致使初期支護不能及時封閉成環。加之施工排水不暢，致使上臺階鋼架腳基礎變軟，承載力降低，最終導致初期支護長時間變形不收斂、下沉、甚至侵限、塌方。

　　(2)存在鋼架施作不規范和間距拉得過大、初期支護拱部系統錨桿少打或未打、超前支護少打或未注漿等現象，減弱了初期支護剛度，降低了超前支護的預加固作用。

　　5 處理措施

　　5.1 初期支護變形、不收斂及侵限處理

　　隧道初期支護變形、不收斂及侵限處理方案:一是調整路線縱坡滿足隧道凈空,二是加固圍巖、拆換初期支護,三是既調整路線縱坡又進行初期支護拆換。

　　(1)方案適用條件

　　方案一：盡管洞內初期支護變形過大，但有條件通過降低路面設計高程、對已施工段支護和襯砌進行加強后仍可滿足使用功能的地段。

　　方案二：洞內初期支護變形過大，通過降低路面設計高程不能滿足隧道凈空要求的地段。

　　方案三：既通過調整路線縱坡降低工程處理造價，又通過加固已施作初期支護段圍巖和拆換初期支護以保證施工及結構安全。

　　(2)處理技術

　　調整路線縱坡需根據不同隧道的變形及坡度設計情況確定，在此僅對拆換初期支護方案進行詳細論述如下：

　　1)初期支護拆換措施

　　①洞內初期支護變形較小(侵占二次襯砌空間≤15cm)但不收斂時主要采取圍向注漿加固巖徑、加強二次襯砌結構、緊跟二次襯砌等措施。

　　②初期支護變形較大(侵占二襯空間大于15cm)且不收斂，但僅局部段落侵限嚴重時主要采取局部徑向注漿加固圍巖、局部拆換初期支護、加強二次襯砌結構、緊跟二次襯砌等措施。

　　③對初期支護變形較大，不收斂，但大部分侵限嚴重段(侵占二襯空間大于15cm)主要采取拱墻圍巖徑向注漿加固、拱墻拆換初期支護、加強二次襯砌結構、二次襯砌緊跟等措施。

　　2)初期支護拆換步驟

　　第一步：架立拆換段臨時鋼架。

　　第二步：注漿加固周邊圍巖。

　　第三步：逐步鑿除初期支護混凝土和拆換鋼架。

　　第四步：逐步恢復上半斷面初期支護，開挖下半斷面時及時施工下半斷面初期支護并封閉成環。

　　第五步：施作仰拱、仰拱填充及拱墻二次襯砌。

　　3)初期支護拆換施工注意事項

　　①初期支護拆換施工時，一次拆換進尺不能大于2榀鋼架間距，并應加強監控量測工作，根據監控量測信息指導拆換施工。

　　2初期支護拆換完成后，開挖下半斷面時施作下半斷面初期支護并封閉成環，及時施作仰拱、仰拱填充，緊跟二次襯砌。

　　5.2隧道塌方、冒頂處理

　　隧道出現塌方、冒頂現象主要采取封閉塌方面、注漿加固坍塌體、加強初期支護及二次襯砌結構、設置護拱后回填等措施進行處理

　　5.3 前方未施工段處理

　　(1)加強結構

　　加強初期支護剛度(如加密鋼架)，加大初期支護預留變形量、加強二次襯砌結構、加強超前支護措施(如采用超前雙層小導管注漿加固)。

　　(2)優化施工方法

　　未施工段采用微臺階法或中壁法施工，微臺階法施工時設置臨時仰拱或豎撐。上臺階開挖完成后及時進行下臺階開挖，及時施作仰拱及仰拱填充，初期支護盡早封閉成環，二次襯砌及時跟上。

　　6 治理效果

　　從前述隧道的監控量測資料來看，主要取得了以下效果：

　　(1)多處塌方段按前述措施進行處理后，拱頂不再下沉，邊墻很快收斂，隧道洞內變形得到了有效控制，地表裂縫不再繼續發展、擴大。

　　(2)初期支護變形段通過對圍巖進行注漿加固后，初期支護在拆換過程中及拆換后變形沒有新的發展，從而保證了隧道施工及結構的安全。

　　(3)隨著洞內初期支護的及時封閉成環及二次襯砌的及時跟進，隧道掌子面后方的地表裂縫逐漸趨于穩定，且在回填密實后無新的發展。

　　7 結束語

　　通過前述分析研究，對穿越斷層破碎帶的隧道設計和施工總結如下：

　　(1)斷層破碎帶土質隧道的設計與施工，應特別注意地下水對圍巖穩定性的影響，地下水豐富的地段，其圍巖級別、穩定性應重新評估，并結合實際情況調整處理方案。

　　(2)斷層破碎帶土質隧道的設計與施工，應充分認識到初期支護及時封閉成環、二次襯砌緊跟的重要性，應選用方便初期支護及時封閉成環、有效控制隧道變形及開裂甚至塌方的施工工法及工序。

　　(3)土質隧道的施工，應加強防排水工程的管理，盡量減少地下水對圍巖的侵蝕軟化，做好鋼架基底處的排水措施，加強抽水設備能力及設置臨時排水溝。

　　(4)在處理好洞內坍塌、變形的同時，對地表開裂變形處應及時進行夯實回填處理并做好防排水措施。

　　參考文獻

　　[1]鐵道部第二勘測設計院·鐵路工程設計技術手冊.隧道[K]·北京·中國鐵道出版社

　　[2]《公路隧道設計規范》(JTGD70-2004)

　　[3]王夢恕 等·《中國隧道及地下工程修建技術》·北京·人民交通出版社

　　[4]徐學深 王俊強·公路淺埋土質隧道塌方后的技術處理措施·見《現代隧道技術》第39卷第3期·2002年6月