克孜勒萨依隧道软弱围岩施工技术
[摘 要] 本文通过对克孜勒萨依隧道桑树坪断层软弱破碎带的围岩地质特性分析，介绍了软弱围岩的施工方法，对类似工程项目有借鉴作用。
[关键词] 软弱围岩隧道 施工 技术
1.工程概况
精伊霍线克孜勒萨依隧道施工里程为DK86+606~DK91+431，全长4825m，隧道通过的主要地层岩性为泥盆系中统千枚岩、灰岩夹千枚岩、千枚岩夹灰岩，其中千枚岩片理明显，节理裂隙发育，岩层产状N80°w / 85°N。隧道在DK+660～DK90+925段穿越桑树坪断层破碎带，围岩相当软弱和破碎，该断层为一压扭性逆断层，断层产状为N70°～80°E / 70°S，由东向西呈放射状，断层上盘上升，下盘下降，其应力状态图如下图所示。
2.影响施工的不利因素
2.1围岩的软弱性
围岩的软弱性是该隧道通过桑树坪断层带的一个最主要特征，这是由围岩本身的岩性和地质构造共同作用的结果。根据应力状态图可知，该段围岩主要承受水平压应力，因此薄层状千枚岩受到强烈的压应力作用，挤压扭曲严重，褶曲明显，呈“S”形。
断层带内围岩风化严重, 节理裂隙发育，层间结合力差，同时受裂隙水和地表水的侵蚀作用自稳能力极差。
软弱围岩对施工的不利影响：
主要表现在两个方面，一方面由于围岩软弱，自成拱能力差，岩体结构松散，所以开挖时极易造成大量超挖和坍方。另一方面由于围岩软弱，岩石质量指标很低，开挖后围岩变形严重，不仅变形量大，而且变形持续。
2.2围岩的不匀质性
围岩岩性的不匀质性是该地层又一个特征，这在一定程度也影响隧道的施工安全，主要分布在DK+700～+920段，表现在以下两个方面。
2.2.1薄层状千枚岩与中厚层状千枚岩交替分布
薄层状千枚岩岩石质量指标较低，而中厚层状千枚岩则相对较高，在它们的结合处存在一个软弱结构面，当围岩开挖后，围岩平衡状态被破坏，加上开挖放
炮对围岩的扰动，围岩沿软弱结构面发生坍塌。
2.2.2岩脉的侵入
从开挖后掌子面地质素描来看，岩脉的侵入主要分布在中厚层状的千枚岩内，岩脉岩性多为方解石，颜色为白色，呈蛇状分布，形状不规则，由于方解石岩脉与千枚岩岩性各不相同，岩面结合力弱，是隧道开挖时围岩发生面坍滑的又一原因。
2.3次生构造的影响
次生构造是指由于受到桑树坪断层的影响，在断层带内产生了一些小型的地质构造，如节理裂隙，褶曲构造等。
2.3.1褶曲构造
由于受构造应力作用，薄层状千枚岩被强烈的挤压褶皱形成了许多小型的褶曲构造。当开挖时，褶曲的翼部被切割断开，而围岩本身又相当软弱，层间结合差，自稳能力就差，所以褶曲的翼部岩层容易顺层面发生滑坍，这种情况多发生在隧道边墙部位，而且往往是单侧坍滑。
2.3.2节理裂隙构造
中厚层状千枚岩由于受几组地质构造应力作用，岩层受节理切割，围岩极度破碎，加之开挖时对岩层的扰动，使得围岩容易沿节理裂隙间变形甚至坍滑，给施工带来不利的影响，开挖轮廓线不规整，施工支护困难。
3.施工方案
3.1采用小导管预注浆，对软弱破碎围岩进行加固和超前支护最大限度地减少超挖和防治坍塌。
3.2开挖采用短台阶，在施工中不断优化钻爆设计，确定与围岩特性相适应的爆破参数，达到减小对围岩扰动的目的。
3.3利用监控量测，确定支护参数和二次衬砌的施作时间，推行湿喷技术，采用型钢钢架与锚网喷进行联合支护。
3.4采用整体模板台车施工二次衬砌，仰拱和隧底填充超前及时封闭成环，以改善受力结构。
4.施工方法
4.1超前支护(见如下示图)
在每次循环的开挖放炮之前采用小导管予注浆,先对软弱破碎围岩进行超前支护预加固。
① 布眼：在拱顶120°范围设超前小钢管，采用φ42小导管注浆超前支护，小导管长4.0m，环向间距30cm，外插角10°左右，搭接长度1m。
② 钻眼：钻机采用YT—28型气腿凿岩机，钻头用直径50mm的“十”字钻头，钻眼深4m，施钻时必须控制钻眼精度，外插角控制在10°～15°，如外插角太大，一方面造成较大的超挖，另一方面还影响导管的安装与钢架焊接困难。如外插角太小，钻眼比较困难。
③ 安装导管：利用YT—28型钻机配一钎套将钢管送入孔内，外露尾部与型钢钢架焊接牢固，完毕后再对其进行注浆，一方面军对破碎围岩进行加固，另一方面对小导管的强度加强，使其更好地发挥支护作用。
③ 小导管前端2米范围内按15厘米间距梅花型钻φ5—8毫米大小注浆眼孔。
④ 注浆：注浆管要与超前小导管采用丝扣或其他可靠联结措施，确保注浆过程中从注浆机出来的耐高压胶管与小导管联结始中处于可靠状。
⑤ 注浆压力控制在0.2—0.3MPa间，稳压2分钟即可，卸下胶管与下一小导管可靠联结后注浆，直至所有小导管全部注浆结束。注浆压力表安装在注浆泵靠出浆管上，记录时记录压力摆动的平均值，压力波动范围不大于灌浆压力的20％。在压力突然迅速增加时，应立即停机，以防破管伤人。
⑥ 注浆应对称进行，可从两侧开始向拱顶依序进行。
⑦浆液配制选择及配制原则
根据实际情况进行浆液的选择。采用单液浆或双液浆，其中单液浆采用纯水泥浆或水泥砂浆，双液浆采用水泥-水玻璃浆。
浆液的配制必须符合以下几个原则：
⑴浆液必须是可灌的。即浆液必须具有良好的流动性和流动性维持能力。
⑵浆液的析水性要小，稳定性高，以防在灌浆过程中或灌浆结束后发生颗粒沉淀和分离。
⑶浆液的凝固时间要适当。有时为了使加固体尽快发挥作用而必须缩短凝结时间，有时则是为了维持浆液的可灌性则要适当延长浆液的凝结时间，因此，具体凝结时间需根据现场情况适时通过试验调整。
（4）浆液变换原则遵循：先单液后双液、先稀后浓。其目的是为了浆液有效地扩散到围岩裂隙中并与之胶结，又不能使浆液无地扩散到超过预想范围的围岩中。
⑧注浆效果的检查
注浆效果的检查可采用钻检查孔或钻超前探孔的方式进行。
4.2 开挖
根据围岩破碎及软弱情况，采用变全断面施工为半断面或台阶法，光面控制爆破减少对围岩的扰动以及先开挖周边后进行支护后再开挖核心土等施工等手段来达到预防坍方的目的。
考虑小导管必须的搭接长度和入岩有效嵌入长度，每循环进尺不得大于1米。
为了最大限度地减小开挖放炮对围岩的扰动，控制围岩的坍塌和变形，针对围岩软弱、破碎、节理裂隙发育的特点，在开挖过程中不断优化钻爆设计。
4.2.1 上半断面：
① 掏槽：采用五眼中空直眼掏槽，中空眼直径为50mm，掏槽眼布置在隧道中线偏右侧，因为该侧围岩相对左侧稍好。
② 周边眼间距为45～50cm，最小抵抗线50cm，钻眼深度1.0m，周边眼装药集中度左侧0.05kg/m，右侧0.15kg/m。
③ 起爆顺序由里向外层起爆，掏槽眼与扩掏眼用1—9单段非电毫秒差雷管分段起爆，间隔时差50～110ms，掘进眼和底板眼用10～19段非电毫秒差雷管起爆，间隔时差20～200ms，周边眼和内圈眼分别用5、6、7三个段别的非电秒差雷管起爆，每次间隔时差300～500ms。
④ 整个上半断面钻眼共54个，单位体积耗约量0.86kg/m3。
4.2.2下半断面：
下半断面一次开挖成形，针对该段围岩地质情况，布置周边眼时起拱线以下2m范围内在设计开挖线的基础内移0.2～0.5m，装药集中度：上部0.1～0.25kg/m，下部0.25～0.75kg/m。按梯形槽由内向外层层起爆，单位体积耗药量0.96kg/ m3。