公路隧道全风化断层破碎带开挖施工技术探讨

摘要：为解决公路隧道施工中的全风化断层破碎带开挖问题，确保公路隧道施工效率和建造质量，本文首先阐述了公路隧道全风化断层破碎带的地质特征；然后结合具体的工程案例，从隧道超前支护施工、注浆加固、开挖与支护等环节入手，详细探讨了公路隧道全风化断层破碎带的开挖施工技术要点。结果表明，隧道超前支护施工能够有效预防围岩失稳和塌方事故，注浆加固显著提高了围岩的整体强度和稳定性，开挖与支护环节的紧密配合确保了施工安全和隧道成型质量。通过本文研究，以期为桥梁建设施工和加固提供新思路，进一步提高综合施工效益和使用性能。

关键词：公路；隧道；全风化断层；破碎带；开挖施工技术

引言

在现代科技飞速发展的背景下，公路隧道施工技术的提升与革新逐渐演变为建设行业关注的焦点。而全风化断层破碎带作为公路隧道施工中面临的一种复杂地质条件，通常表现为岩石的物理和化学风化程度极高，岩石结构松散、强度低，且地下水活动频繁，对施工技术的要求尤为严格，需要施工单位从地质勘探、设计规划、现场施工等多个方面入手，充分利用各种先进的技术手段，不断提高现场施工效率，降低安全风险，以确保公路隧道全风化断层破碎带的开挖施工得以高效、有序和安全施工，最终实现更高效、更环保的施工目标。因此，本文深入探讨公路隧道全风化断层破碎带的开挖施工技术要点，旨在推动公路隧道建设事业的可持续发展。

一、公路隧道全风化断层破碎带的地质特征

全风化断层破碎带通常是指在构造运动与风化作用的共同作用下，岩石因经历剧烈的物理和化学风化过程，其结构变得疏松、碎裂，力学特性明显减弱的特定区域。基于地质背景分析，全风化断层破碎带多处于板块边缘或构造活动频繁的地带，例如山脉的褶皱带、断层线附近等，其地质结构特征表现为岩石的物理和化学风化程度极高，岩石结构松散、强度降低。在这些地质条件下，隧道开挖施工过程中崩塌和滑移事件极易发生，加之破碎带中存在大量的地下水，很可能引发泥浆化现象，进而对公路隧道施工安全构成了严重威胁[1]。例如，在某隧道工程中，由于未充分考虑全风化断层破碎带的影响，导致开挖过程中发生了大规模的塌方，不仅延误了工期，还造成了巨大的经济损失。因此，为确保公路隧道全风化断层破碎带的开挖施工效果，必须在项目施工前进行全方位的地质评估和风险分析，并制定行之有效的施工方案，以确保开挖施工的安全性及稳定性。

二、工程概况

以某公路隧道工程为例，隧道设计为单向双洞，三车道规格，开挖宽度为16m，隧道左右线桩号依次为K0+057—K2+234和K0+057—K2+231，长度分别为2177m和2174m。根据地质勘探报告，隧道穿越多个全风化断层破碎带区域，地质条件极为复杂，存在大量裂缝，层理混杂，且夹杂有低强度的碳质泥岩和粉砂岩，整体结构破碎，有渗水现象，围岩稳定性差。在公路隧道施工过程中，工程团队将面临岩石破碎严重、地下水丰富、地层稳定性差等技术挑战。为确保工程的顺利进行，项目团队需采取一系列技术措施和管理手段，实时监控隧道开挖过程中的地质变化，并采用先进的施工设备和工艺，提高施工效率和质量，同时降低对围岩的扰动，确保人员安全和工程安全[2]。通过这些措施的严格执行，确保按时高质量地完成隧道开挖任务。

三、公路隧道全风化断层破碎带的开挖施工技术要点

（一）隧道超前支护施工

针对案例工程开挖后可能面临的岩石破碎严重、地下水丰富、地层稳定性差等技术挑战，在全风化断层破碎带隧道工程施工中，项目团队决定采用超前支护技术来强化隧道结构的稳定性，有效减少隧道开挖过程中对围岩的扰动，提高施工效率和质量，确保人员安全和工程安全。

首先，在施工启动之前，必须借助专业的地质勘探设备对隧道沿线进行详细的地质勘察，以准确把握全风化断层破碎带的地质特征和地下水位情况。随后，基于地质数据，科学规划超前支护的施工方案，选择合适的支护材料和工艺。紧接着，通过开展双浆液配合比试验，确定两种浆液的初凝和终凝时间。根据实验结果，水泥选用P·O 42.5普通硅酸盐水泥，浆液的水灰比应设定在0.75：1，水泥浆与水玻璃的体积比应为1：0.6，而初凝和终凝时间应分别控制在75～108s和90～105min之间。

其次，在实施超前支护技术时，项目团队应根据现场实际情况，合理选择支护参数，如小导管长度、直径、注浆压力以及锚杆的长度、直径、间距等，确保支护效果达到最佳。在案例工程中，注浆管选用长度为8.5m、壁厚为3.5mm的ϕ42mm的无缝钢管，并在管壁上按照20～30cm的间隔和8mm的孔径打设溢浆孔，但注浆管端部1.5m范围内不得钻孔。通过注浆泵，依次将水泥－水玻璃浆液输送至注浆管口的混合器内，充分混合后，通过注浆孔向待加固地层进行压注。注浆施工的压力不应超过1.5MPa。

最后，考虑到该隧道工程沿线经全风化断层破碎带，在隧道开挖过程中，项目团队计划采用CRD法稳步开挖（如图1所示），在隧道顶部注浆加固后开展超前管棚支护，中管棚结构选用长为6.0m、壁厚为5mm、环向间距30cm的ϕ42mm的无缝钢管，相邻管棚之间以2.0m长度进行搭接，以确保结构的连续性和稳定性。随后，依次进行①～⑥部分开挖，并运用先进的监测技术，实时监控隧道开挖过程中的地质变化和支护结构的工作状态，以便及时发现和处理潜在的安全隐患[3]。通过这些超前支护施工技术的实施，有效应对隧道开挖过程中面临的技术挑战，为工程的顺利进行提供了有力保障。

（二）隧道施工

1.注浆加固

在公路隧道全风化断层破碎带的开挖施工过程中，注浆加固是其中起着至关重要作用的一环。为了确保公路隧道开挖的安全性和稳定性，项目团队应先对隧道顶部进行注浆加固处理。在案例工程注浆加固之前，项目团队应基于公路隧道施工现场的地质结构特点，如岩石类型、地下水情况、断层分布等，运用无人机、遥感技术、地质雷达、地震波探测技术等技术手段，快速获取详细的地下岩层信息，以便为施工方案的制定提供科学依据。随后，针对全风化断层破碎带的特殊地质条件，基于详尽的地质勘探数据和风险评估结果，精准预测不同开挖方法和支护结构设计对隧道稳定性的影响，进一步优化施工方案，确保在满足安全和质量标准的前提下，实现经济效益的最大化。此外，在注浆加固过程中，必须精心选用适应复杂地质条件的注浆材料和注浆工艺，通过注浆管将注浆材料注入全风化断层破碎带中，有效填充岩石裂隙，提高岩体结构的整体强度和稳定性，进一步增强隧道顶部的承载能力，为后续的开挖和支护工作奠定了坚实的基础。

2.开挖与支护

对于全风化断层破碎带的公路隧道施工而言，开挖与支护是确保工程安全与稳定的关键环节。由于案例工程所处地层属于全风化断层破碎带，岩土体的力学性质不稳定，因此，在开挖过程中，项目团队应根据地质勘探数据和风险评估结果，选择合适的开挖方式，如环形开挖留核心土法、CD法、CRD法等，通过严格的开挖控制和科学的支护措施，充分利用围岩的自承能力，减少支护材料的使用量，逐步释放地层压力，有效控制隧道周边的变形，以确保隧道施工的安全。具体流程如下：

第一，针对截面尺寸较大的隧道施工问题，本研究采纳了预留核心土的环形开挖技术。通过分阶段开挖，首先构建环形开挖区域，并在隧道中心部位保留一定厚度的核心土，以确保开挖面的稳定性，从而为后续的支护作业创造了理想的施工环境。随后，依次搭建拱部拱架、临时支护钢架，并悬挂钢筋网，实施分阶段喷射C20混凝土作业，直至厚度累积至30厘米，从而形成封闭的支护结构[4]。随后，继续进行开挖作业，直至进尺深度达到0.6米。

第二，在开挖至设计轮廓线后，施工人员需在钢架连接处安装长度为4m、直径为43mm的锁脚锚管，并注入制备比例为0.8∶1的水泥浆进行加固。随后，按照上述工序依次开展后续开挖作业。值得注意的是，在进行本部喷混凝土施工时，必须对上一开挖部湿喷混凝土进行补喷，喷射过程应分为3至4次，直至初支喷混凝土达到设计厚度30厘米。

第三，项目团队在确保初支喷混凝土达到设计厚度30厘米后，需开始着手进行核心土的开挖与处理，仔细地移除核心土，并密切关注开挖面的稳定性，确保整个开挖过程的安全与高效。此外，在开展二次衬砌施工时，必须确保初期支护结构稳定，并且混凝土强度满足设计要求，然后采用模板台车进行施工，严格控制混凝土的浇筑速度和振捣力度，以防止混凝土出现分层、空洞等质量问题。

第四，在局部破碎严重地段，需根据监控量测结果，强化开挖过程中的支护参数，采用CRD法进行开挖，通过临时仰拱（横撑）将施工过程中的每一步按要求进行闭合，保障开挖过程中掌子面及周边围岩的稳定性。

3.现场监控

由于全风化断层破碎带的地质条件复杂多变，因此，实时监控隧道的变形、应力变化以及地下水位等参数显得尤为重要。在案例工程施工期间，项目团队需采用自动化的全站仪和光纤传感技术，通过设置高精度的位移监测点，精准追踪隧道开挖过程中断层破碎带的微小位移变化，以实现对隧道周边位移的连续监测，切实确保数据的准确性和及时性，有效避免潜在的塌方风险[5]。与此同时，在隧道开挖过程中，项目团队应通过建立基于实测数据的分析模型，对隧道的稳定性进行评估，并结合地质力学模型，预测隧道开挖后的变形趋势，帮助工程师提前识别潜在的塌方区域，以便采取相应的预防措施，最大限度地保证公路隧道工程的顺利进行。

四、公路隧道全风化断层破碎带开挖施工技术总结

通过案例工程的实践，本研究深刻认识到超前支护、注浆加固、开挖与支护以及监控量测技术综合运用的重要性，这些技术的有效结合显著提升了施工效率，并确保了隧道施工的安全性与稳定性。首先，超前支护技术的应用为隧道开挖提供了必要的支撑，有效预防了围岩失稳和坍塌现象。注浆加固技术进一步提升了隧道周围岩体的强度，减少了开挖过程中的变形和破坏。其次，开挖与支护技术的精细化操作确保了隧道的开挖进度和支护质量。通过合理的开挖顺序和支护方式，成功控制了隧道的变形，保障了隧道的稳定性和安全性。最后，监控量测技术的应用为隧道施工提供了有力的数据支持。通过对隧道变形、应力变化以及地下水位等参数的实时监控，能够及时发现潜在的安全隐患，并采取相应的预防措施，从而确保了隧道施工的顺利进行。由此可见，公路隧道全风化断层破碎带的开挖施工技术是一项综合性工程，需要综合运用多种技术手段来确保施工的安全性和稳定性。

结语：

综上所述，公路隧道全风化断层破碎带的开挖施工是一个复杂而细致的系统工程，涉及地质勘察、施工方案设计、开挖方法选择、支护措施实施等多个环节。技术的不断进步和创新为这一领域的发展提供了强大的动力。然而，无论技术如何发展，安全性和可持续性始终是施工过程中不可忽视的核心要素。因此，在实际施工中，应综合考虑地质条件、环境因素、资源利用等多方面的因素，制定科学合理的施工方案，确保施工过程的顺利进行，同时最大限度地减少对环境和生态的破坏。只有这样，才能真正实现公路隧道建设的可持续发展，为社会的繁荣和发展做出更大的贡献。

参考文献：

[1]贾艳领，钟乃龙，欧阳璐，等. 断层破碎带隧道地质综合超前预报应用实践[J]. 公路，2021，66（3）：353-359.

[2]李玉生，翁贤杰，王人杰，等 . 隧道穿越断层破碎带突水突泥机理模拟试验研究[J].公路交通科技，2020（12）：89-99.

[3]段铮 . 隧道断层破碎带综合超前地质预报及塌方防治技术[J]. 铁道建筑技术，2020（5）：129-132+142.

[4]雷明林，武刚，潘俊涛 . 公路隧道穿越富水断层破碎带预注浆加固处理技 术 [J]. 工 程 建 设 与 设 计 ，2020（7）：247-249

[5]李勇，黄凌君，兰升元，等 . 断层破碎带公路隧道底鼓小导管注浆数值模拟 [J].水利与建筑工程学报，2020（6）：153-157+171.