摘要：结合赛里木湖隧道穿越F1-1断层的具体情况，主要介绍针对赛里木湖隧道穿越断层破碎带这种特殊地质所采取的周边超前帷幕注浆+加密加长超前小导管支护+型钢钢架及锚网喷支护+径向注浆的施工方案和措施，在实践中探索隧道穿越断层时如何能够安全、顺利开挖掘进，取得了较好的效果，为今后类似地质条件下的施工提供了借鉴经验。
关键词：隧道，断层破碎带，施工
0 引言
隧道穿越断层及破碎带，给隧道施工带来不同程度的困难。在施工中遇到断层及破碎带时，首先要确定断层倾角、走向、破碎带的宽度、岩石破碎程度、地下水活动等有关条件，据以正确选择合理的施工方法和制定施工措施。
1 工程概况
赛里木湖隧道进口段为双联拱明洞接分离式明洞，洞身及出口段为分离式暗挖隧道，隧道进口位于赛里木湖畔（路线右侧100m左右即为赛里木湖）、既有公路旁、赛里木湖国家级风景区；出口位于松树头既有公路下方一突出的山坡上，距赛里木湖约1600m。隧道进口段有一左转曲线，中段为直线，出口洞口段位于一右转曲线的缓和曲线上；隧道进口600m纵坡为-0.4%，中间1100m纵坡为-2.95%，出口其他地段纵坡-2.4%（左线出口-2.464%）。进口高出湖面约9m；出口逐渐远离赛里木湖岸，标高低于湖面36m，湖面标高2074m。隧道埋深较浅，围岩以Ⅳ、Ⅴ级为主，约占全隧道长度的65%。该隧道是赛果高速公路控制性工程。
该隧道隧址区岩层中的节理裂隙发育，连通性好，地下水补给量多，富含地下水。隧岩为石灰岩，融蚀现象不发育。隧道穿越库松木契克断层(F1－1)，该断层为晚更新世早期活动断裂，为非活动性断裂。
2断层破碎带地质资料
库松木契克断层(F1－1)穿越赛里木湖隧道进口段，在YK574+320附近与路线大角度相交。断裂带为断层角砾岩及断层泥，颜色混杂，宽约20m。隧道通过F1断层时需注意突水突泥的发生，同时隧道开挖中随着局部径流条件的改变，赛里木湖对隧道影响加大。该断层地质情况见下图：
F1-1断层地质情况纵断面图
3F1-1断层与赛里木湖平面及纵断面位置关系
赛里木湖隧道位于赛里木湖南岸，隧道进口与湖岸大致平行，然后逐渐左转远离赛里木湖隧道。F1-1断层与赛里木湖平纵面见下图。
F1-1断层与赛里木湖平面关系示意图
F1-1断层与赛里木湖纵剖面关系示意图
4 工程难点
赛里木湖隧道地质条件差、施工技术难度较大。隧道埋深较浅，围岩以Ⅳ、Ⅴ级为主，约占全隧道长度的65%。F1-1断层处围岩破碎，地下水丰富，通过断层时可能发生突水突泥。隧道已施工段涌水量高达240m3/h，在反坡(-2.95%)排水条件下施工尤其困难。
5 施工技术要点
根据超前地质预报显示，F1-1断层围岩体较为破碎，地下水丰富，但开挖后掌子面在短时间内有一定的自稳能力。结合赛里木湖隧道工程施工特点，采取“周边超前帷幕注浆+加密加长超前小导管支护+型钢钢架及锚网喷支护+径向注浆”的措施。即：首先采用周边深孔超前注浆对开挖轮廓线外5m范围进行注浆堵水，固结围岩。开挖前在拱部120度范围内施作φ42超前小导管，上台阶采用留核心土环形开挖法施工，严格控制每循环开挖进尺在60cm之内，及时架设型钢钢架，配合锚网喷支护。下台阶分左右两侧交替开挖支护，及时封闭成环。在初期支护完成后，对于没有采用帷幕注浆堵水的断层影响段采用径向注浆对周边围岩进一步注浆堵水，确保长期运营中的堵水效果。
5.1周边超前帷幕注浆施工
5.1．1超前帷幕注浆堵水与加固的机理
超前帷幕注浆堵水与加固是指在隧道开挖之前，对掌子面前方围岩体进行全面的钻孔压浆处理，使浆液充满到前方破碎松散岩体的间隙中去，凝固后将其胶结起来，强度、密实性得到提高，注浆能在开挖轮廓线之外形面一定厚度的止水层，避免周边地下水在开挖时大量涌入隧道。
5.1.2注浆材料的选择
根据岩性、地质构造及水文地质条件等进行注浆材料的选择。选择原则是：浆液浓度低、胶凝固结强度高、胶凝时间可调节、稳定性好、操作方便、价格低、不污染环境等。
赛里木湖隧道的断层破碎带按注浆机理划分属于充填注浆，根据试验结果，结合赛里木湖隧道的实际工程特点，决定采用质量比1∶1掺入8～12%的速凝剂的水泥浆。该注浆液有以下几个方面的优点：
1）浆液凝固后期强度高，对破碎岩体的加固效果好，固结体的强度还会随时间增长而增强。
2）浆液拌制方便，凝结时间易于控制，可注性好，浆液收缩率小，固结堵水效果好。
3）浆液固结体的耐久性好，抗化学侵蚀能力强，特别是抗冻融循环、抗干旱循环的能力强，适用于赛里木湖隧道高寒富水、强冻融的工程特点。
5.1.3周边超前帷幕注浆的方法
周边帷幕超前注浆一次注浆长度为35m，每次开挖28m，留7m作为下一循环注浆止浆盘用，孔径75mm，孔口管长L=3m，管径95mm，壁厚5mm。注浆孔共六环，上半断面每环之间间距60cm，下半断面逐渐缩小至50cm，孔口环向间距60cm。施工前对每一个注浆孔进行编号，计算好钻孔位置和方向，准确测出放孔口位置。
具体注浆孔布置方法如下图所示：
钻孔：首先采用MD-50地质钻机按照设计开孔位置和各孔设计外插角施钻φ110孔，开钻前对每孔外插角进行准确测量。开孔深度达到3.5m后，安设φ95孔口管，管长3.0m，孔口管带高压闸阀、侧壁预设φ42注浆管和止浆阀。然后沿孔口管向前钻φ75孔。钻至孔底或发生坍孔卡钻时退钻并关闭孔口管的高压闸阀，利用安设在孔口管侧壁的φ42注浆管注浆。
周边超前帷幕注浆横断面示意图（单位：cm）
周边超前帷幕注浆水平剖面孔位示意图（单位：cm）
液浆配比：水灰比W:C=0.8:1～1:1，掺加速凝剂量8～12%。
注浆方式：如果成孔效果较好则采用后退式注浆，不易成孔或经常卡钻则考虑采用前进式注浆。如注浆压力长时间不上升或上升缓慢，则采取间歇式注浆。
浆液扩散半径：1.5m。
固结范围：开挖轮廓线外5m。
注浆顺序：由下到上，先注内圈孔，后注外圈孔。
注浆终压：大于孔内静水压力1～1.5Mpa。
注浆速度：结合前方断层长度和注浆泵排浆能力，考虑注浆速度为20～150L/min。
5.2加长加密超前小导管及型钢钢架
因断层带围岩非常破碎，加上地下水的影响，开挖后稳定性非常差。为了防止掌子面上方发生坍塌，对原设计的小导管进行加密加长，可以增加施工安全性和增强支护结构的纵向受力性能。因格栅钢架直接承载能力比较弱，只有当喷射混凝土强度达到一定强度时才能发挥承载作用，相比之下，型钢钢架则具有承载能力强、发挥作用快的优点，因此在通过断层时使用型钢钢架。这样加密加长的小导管、型钢钢架加上锚喷网形成一个稳固的综合支护体系。
加长加密小导管参数：管材为φ42热扎无缝钢管，壁厚3.5mm，长度5m，纵向间距1.5m，环向间距30cm。
型钢钢架支护参数：I20b工字钢弯制作，纵向间距50cm。为保证型钢钢架表面喷砼保护层厚度，喷砼层厚度应增加至28cm。
5.3径向注浆堵水
对未进行超前帷幕注浆地段采用全面径向注浆，能有效封堵地下水，使其远离隧道支护结构，增加高寒强冻融环境下结构物的耐久性，确保在投入使用后，地下水不会通过隧道大量泄入果子沟，保证运营安全，降低维护成本。
设计参数：管材为φ42热扎无缝钢管，壁厚3.5mm，长度5m，纵向间距1.0m，环向间距60cm（外间距108cm），每环60根。见下图：
6监控量测
初期支护完成后，在拱顶、拱脚及边墙标高处埋设测点进行拱顶下沉和水平收敛量测。测试元件采用直径12mm圆钢加工而成，每根元件25cm,锚入初期支护体20cm,外露5cm,以防震动影响量测结果。量测频率开始8h观测一次，然后根据变形量的减小而减小量测频率。根据量测及时掌握施工中围岩和支护的力学动态及稳定程度，调整施工工序及预留变形量、开挖进尺等，便于指导施工，确保施工安全。
7 结束语
通过对赛里木湖断层破碎带采用“周边超前帷幕注浆+加密加长超前小导管支护+型钢钢架及锚网喷支护+径向注浆”措施，且通过现场监控量测得出以下结论：
1）通过周边超前帷幕注浆，松散岩体的密实性、强度得到提高，可以有效地提高围岩的自承力，同时避免周边地下水在开挖时大量涌入隧道。
2）加长加密超前小导管及型钢钢架，可以大量减少拱部围岩的掉块，避免了坍塌的发生，保证了施工安全、质量和进度。
3）隧道断层破碎带施工要做到“早预报，短进尺，弱爆破，强支护，勤量测”。施工中应坚持超前预报和监控量测控制，进一步完善支护方案和施工措施，从而更加安全稳妥的穿越断层带。
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