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1.断层破碎带与隧道工程的关系
在对断层破碎带与隧道的关系进行研究前,首先应当对断层的基本类型加以明确,根据断层两盘相对位移的关系,大体上可将断层分为以下三种类型:其一,正断层。此类断层主要是指沿着断层岩石面的倾斜方向下盘相对上升,上盘下对下降的断层。这类断层的形成主要与张拉力和重力有关,其断层面的倾角相对比较陡峭,断层线以平直居多;其二,逆断层。此类断层具体是指下盘相对下降,上盘相对上升的断层,多数都是在地壳挤压作用下形成的,断层的两盘多数都处于闭合状态;其三,平移断层。此类断层则是指两盘沿着断层走向发生相对位移,断层面近乎于直立,倾角较陡,一般都是在地壳水平运动过程中,在受剪切力的作用下而形成的。
1.1断层破碎带
断层破碎带主要是因为断层两盘在相对滑动的过程中,使两侧的岩层遭受挤压作用而破碎,进而形成的长条状且方向一致的破碎带,它的宽度与岩石的性质、断层距离以及断层性质等因素有关。按照破碎带中岩石的破碎程度可将之分为角砾岩、断层泥、磨砾岩等几种类型。
1.2断层破碎带与隧道的关系
当隧道工程穿越断层地段时,隧道施工难度的大小一般取决于断层的性质、破碎带结构中岩石的破碎程度、含水性以及断层活动性等因素。当施工方法、机械设备等条件相差不大时,断层破碎带与隧道之间的关系直接影响施工难度和工期。通常情况下,当隧道的轴线无限接近于垂直构造的方向时,且断层规模较小、宽度不大、含水量较低时,施工难度较小;如果隧道的轴线与构造方向斜交或是平行时,隧道穿越破碎带的长度会随之增大,并且会伴随出现较为强大的侧压力,为了确保施工安全,此时必须对隧道支护体系进行加强,并及时进行封闭。
在高原隧道工程建设过程中,时常会遇到穿越断层破碎带的情况,为了确保隧道施工顺利进行,必须采取合理可行的施工技术,下面对此展开详细论述。
2.1施工方法
(1)超前地质预报。
在隧道开挖穿越断层破碎带时,常常会出现坍塌、突水等问题,为了保证施工安全、有序进行,应当在隧道施工过程中,采用超前地质预报。该方法是确保隧道穿越断层破碎带施工安全的有效途径之一。应当对穿越断层破碎带的隧道进行地质调查,并按照隧道已有的勘察资料和隧洞内开挖作业面的地质描述,借助相关工具,对作业面前方的地质情况进行推测,同时,在隧道开挖的过程中依据超前地质预报的实际情况进行随时补充,借此来了解即将穿越的破碎带的位置、宽度等情况,制定有针对性的施工技术措施,确保施工顺利进行。
(2)加固圈。
这里所指的加固圈就是利用超前小导管+水泥浆液在隧道拱部120度范围内的四周形成强度与厚度足够的加固拱,借此来提高围岩自身的承载能力和稳定性。
(3)正台阶法。
这是隧道穿越破碎带时较为常用的一种开挖方法,在开挖过程中,要遵循短进尺、强支护的开挖原则,上下台阶的高度差应当合理,并采取左右交错的方式进行开挖。同时,要控制好两个台阶之间的纵向距离,这样有助于极早落底。此外,开挖之后,要尽可能减少围岩在外界环境中的暴露时间,及时进行初期支护。
(4)初期支护。
常用符合设计要求的混凝土对隧道掌子面进行初喷封闭,随后采用工字钢制作钢拱架,并在纵向上用钢筋进行连接。
2.2施工技术要点
(1)导管布设。
在施工中,确保小导管的布设位置与角度符合设计要求是比较重要的环节。同时,可采取钻孔打入法对小导管进行施工。
(2)浆液施工。
对于岩体破碎程度较为严重、裂隙较为发育、空隙较大的围岩而言,采用超前预注浆的方法进行施工存在一定的难度。在具体施工过程中,预防浆液大量流失、控制注浆液是关键环节,也是确保加固圈安全、稳定、可靠的有效途径。
①注浆参数的合理确定。
在工程没有特殊要求的前提下,小导管施工的水泥浆液水灰比可以确定为0.8-1.0左右,水玻璃的浓度为30-35左右,两者混合后的体积比为1:0.3-1:0.8,注浆压力最小不得低于0.5MPa,最大不得超过10MPa。
②注浆准备。
在正式注浆前,应当先对注浆管路进行认真检查,借此来确保管路通畅、机械性能良好。当各项准备工作全部完毕之后,应进行现场注浆试验,从而确定最佳的注浆参数,并以此为依据进行施工。
③注浆要点。
采用液压双液注浆泵将预先配制好的浆液注入到小导管当中,注浆可以采取两次间歇的方式进行。第一次注浆时,应当适当减少水灰比,并增加水玻璃的掺入量,注浆压力应当控制在0.5-1.2MPa这一区间范围内,并在钻孔内有浆液流出时停止注浆,随后间隔3-5h左右,进行二次注浆。在第二次注浆时,应当将注浆压力提高在1.5-10MPa,并在浆液注入量低于20L/10min时,停止注浆。
2.3监控量测
隧道穿越断层破碎带的施工中,为了确保施工质量,必须进行监控量测,可将监控的重点放在对拱顶下沉及周边收敛上。对隧道开挖作业面的观测应当在每次开挖完成后进行,当地质情况变化较小时,可每天观测1次;初期支护至少每天观测1次;水平收敛与拱顶下沉的量测可以采用相同的频率,当拱顶的下沉量相对较大时,除了要加强对拱顶下沉的量测之外,还应当对拱腰和基底进行量测。
2.4施工注意事项
为了确保施工质量,应当对如下事项加以注意:其一,在钻孔前,应当对孔位进行精确测定,并对每个测好的孔位进行编号。在钻孔时,为防止孔斜等情况的发生,可以采用测斜仪,并对小导管的打入方向进行严格控制,同时,做好各个钻孔的记录。若是发现某个孔的误差超过设计或是规范标准规定的限值时,必须及时进行处理,如果终孔之后,仍然超限则应当采取注浆封孔的措施,并在其达到一定强度之后,在原位上重新钻孔。其二,注浆时若是发现较大的空洞,应当先注入一定量的水泥浆液,或是混凝土,然后再进行注浆。
3.结论
总而言之,在高原地区进行隧道工程建设时,难免会遇到穿越断层破碎带的问题,为了确保隧道施工安全、有序进行,并保证施工质量,应当采取合理可行的施工技术,并控制好施工质量。只有这样,才能使隧道工程按质按量按时完整,也才能提高隧道的整体稳定性,并延长其使用寿命。
作者:令狐克庆 单位:贵州省赤水河航道管理局