[發明專利]穿越斷層破碎帶的富水軟弱圍巖隧道施工方法

有效

• 申請號: 201911258593.0
• 申請日: 2019-12-10
• 公開（公告）號: CN110924959B
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發明（設計）人: 郭瑞;劉海松;王寅;李繼光;惠樹民
• 申請（專利權）人: 中鐵二十局集團第二工程有限公司
• 主分類號: E21D9/04
• 分類號: E21D9/04;E21D9/14;E21D11/10;E21D11/18;E21D11/28;E21D20/02;E21D21/00
• 代理公司: 西安創知專利事務所 61213
• 代理人: 景麗娜

本發明公開了一種穿越斷層破碎帶的富水軟弱圍巖隧道施工方法，由后向前對所施工隧道中的多個隧道節段分別進行施工，對任一個隧道節段進行施工時，包括以下步驟：一、管棚超前支護；二、隧道開挖及初期支護：上部周側洞體開挖及初期支護、預留核心土區域洞體開挖及初期支護、先開挖洞體開挖及初期支護和后開挖洞體開挖及初期支護；三、隧道二次襯砌施工。本發明設計合理且施工簡便、使用效果好，開挖之前采用自鉆式管棚對上洞體進行超前支護且采用兩臺階法開挖，能有效提高施工效率；同時，將洞外圍巖整體加固結構與洞內的隧道初期支護結構和隧道二次襯砌連接形成結構穩固的整體性支護體系，能有效提高隧道結構穩固性，確保后期隧道結構安全。

技術領域

本發明屬于隧道施工技術領域，尤其是涉及一種穿越斷層破碎帶的富水軟弱圍巖隧道施工方法。

背景技術

近年來，正在修建及規劃的鐵路隧道、公路隧道、城市地鐵等地下工程中，軟巖隧道(也稱軟弱圍巖隧道)占有很高的比例，而且隧道的長度和跨度也越來越大，大量隧道還處于特殊地質中，如具有大孔隙結構的黃土、富水的全強風化花崗巖、富水斷層破碎帶、碎屑流地層、砂卵石地層及松散的堆積體等。在這些地層中修建大斷面、大跨隧道極為困難，施工中常常出現塌方現象。其中，斷層破碎帶是指斷層兩盤相對運動，相互擠壓，使附近的巖石破碎，形成與斷層面大致平行的破碎帶，簡稱斷裂帶。穿越斷層破碎帶的軟弱圍巖隧道施工難度非常大，尤其是當所處地層為富水地層時，所穿越的斷層破碎帶為富水斷層帶，巖體破碎為地下水的賦存與富集提供了更有利條件，極易出現隧道泥石流、碎屑流、滑坡等突涌現象，給隧道工程帶來了極強的破壞，施工難度非常大。其中，碎屑流是一種有塑性流變性質和層流流動狀態的沉積物重力流，其沉積物的支撐機制主要是由其塑性流變的性質所決定，與其所具有的屈服強度直接相關。因而，當隧道穿越斷層內富含地下水時，巖體多為碎屑巖，此時隧道所處地層為碎屑流地層，在高水壓作用下，掌子面極易突發涌水(也稱為突水)、涌泥(也稱為突泥)等地質災害，施工風險高，施工難度大且施工進度慢。其中，突水是指在隧道內突然發生且來勢兇猛的涌水現象，突泥是指在隧道內突然發生且來勢兇猛的涌泥現象。

另外，對穿越斷層破碎帶的富水軟弱圍巖隧道進行開挖時，需采用臺階法進行開挖。臺階法是指先開挖隧道上部斷面(上臺階)，上臺階超前一定距離后開始開挖下部斷面(下臺階，也稱隧道上洞體)，上下臺階同時并進的施工方法。采用臺階法對穿越地層破碎帶的富水軟弱圍巖隧道進行開挖時，由于開挖斷面分塊較多，施工難度大且施工風險高，尤其是當隧道開挖斷面較大時，開挖難度非常大，在開挖過程中容易引起拱頂大面積下沉，具有開挖后拱頂變形速率快，短時間內下沉量過大、邊墻片幫、拱架扭曲變形侵限，嚴重情況下導致隧洞垮塌等特點，此種情況下，若采用常規的支護體系，很控制變形，并且施工時間長，圍巖長期暴露，容易造成圍巖大面積侵限、噴射混凝土剝落掉塊、鋼架扭曲變形等情形，進一步增加坍塌風險，安全質量無法保證得同時，也嚴重制約工期。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種穿越斷層破碎帶的富水軟弱圍巖隧道施工方法，其方法步驟簡單、設計合理且施工簡便、使用效果好，開挖之前采用自鉆式管棚對上洞體進行超前支護且采用兩臺階法進行開挖，能有效提高隧道施工效率；開挖過程中上洞體下部左右兩側設置的錨固體系能對管棚支護區域下方圍巖進行加固，將自鉆式管棚與錨固體系相結合組成對隧道洞外側圍巖進行整體加固的洞外圍巖整體加固結構，確保隧道結構穩固性；并且，錨固體系與隧道初期支護結構內的全斷面支撐結構緊固連接為一體，將洞外圍巖整體加固結構與洞內的隧道初期支護結構和隧道二次襯砌連接形成結構穩固的整體性支護體系，能有效提高富水軟弱圍巖隧道的結構穩固性，確保后期隧道結構安全。