技术领域
[0001] 本
发明涉及一种穿越浅埋隧道断层过渡段的施工方法，属于隧道施工领域。
背景技术
[0002] 成贵
铁路西起四川省乐山市，途径宜宾市后进入
云南省境内过威信县，在进入贵州省毕节市，东至贵阳市，正线长515.02km，是西部高速铁路主要干线，被誉为“世界第一条山区高速铁路”。
[0003] 铁盔山隧道起讫里程为：D4K466+785～DK472+012，全长5227m。全隧Ⅲ级围岩980m，Ⅳ级围岩2075m，Ⅴ级围岩2120m，Ⅳ、Ⅴ级围岩占隧道总长为80.3％。受地质构造影响，隧道穿越4条断层
破碎带线路影响长度1450m，占隧道全长27.7％，突泥涌
水风险极高，是成贵铁路6个I级风险隧道之一，也是成贵铁路拟定的13个重难点隧道工程之一。
[0004] 根据钻孔揭示
地层岩性，明确断层过渡段加固范围在D4K467+140～D4K467+168段共28m，浅埋隧道断层过渡段断层界面倾
角30°～40°，地质软硬不均，断层角砾岩、断层泥等岩性抗剪强度低、遇水
软化、无自稳能
力，隧道埋深11m～17m，地势低坦，地表汇水面宽，结合周边地形条件(洞身下穿施工便道)，施工风险极高。目前，国内在浅埋隧道穿越断层过渡段的施工中，多采用中长管棚超前预支护，类似铁盔山隧道F2断层揭示地质岩性和地形条件下的施工案列极其罕见，几乎没有可供借鉴的施工方法，如何使施工风险可控成为施工技术人员的一大难题。
发明内容
[0005] 本发明的目的在于：提供一种穿越浅埋隧道断层过渡段施工方法，以解决利用现有方法施工类似铁盔山隧道F2断层这种地质和地形条件，施工风险过大，风险不可控的问题。
[0006] 为解决上述问题，拟采用这样一种穿越浅埋隧道断层过渡段施工方法，具体步骤如下：
[0007] 步骤一.通过水平地质钻孔准确的判定断层界面，明确过渡段加固范围；
[0008] 步骤二.施作注浆试验，明确地层的吸浆能力及注浆参数；
[0009] 步骤三.帷幕注浆，采用分段前进式全断面全孔注浆，分段前进式钻孔注浆能分区分段，更好的保证钻孔施工和注浆效果，注浆顺序由外向内、由下到上、间隔跳孔施作，便于控制
浆液扩散范围，确保注浆效果，注浆材料采用硫
铝酸盐
水泥为主，普通水泥单液浆为辅，均匀地固结充填地层空隙，富水地层帷幕注浆
外圈采用硫铝酸盐水泥形成刚性止水环，并在开挖轮廓线外侧形成有效的隔水层，
内圈采用普通
硅酸盐水泥充填固结地层；
[0010] 步骤四.大管棚施工，能更好的抑制开挖过程中的沉降
变形，采用全站仪按设计要求定出钻孔孔位，在钻孔过程中，做好钻孔记录，对钻孔进行地质描述，采取全孔注浆工艺，注浆顺序由下到上、间隔跳孔施做，洞内大管棚可有效的增加土体的刚性，提高抗剪能力，在穿越断层交界面时能有效抑制沉降变形。通过上述预加固方法，洞身周围一定范围地层的物理、力学性能得以改变，开挖面的围岩自稳能力明显提高，使施工风险可控成为现实。
[0011] 步骤四结束后需进行预加固效果验证，注浆预加固结束后，对加固效果进行验证，验证方法如下：
[0012] ①钻孔、孔内成像验证
[0013] 按注浆过程中的薄弱环节及孔数比例，设置多个检查孔，通过检查孔判定注浆加固效果；
[0014] ②开挖验证
[0015] 完成第一步验证后，通过最实践的开挖进行最终验证，初次开挖时采用预留核心土环形短进尺方法，经过数循环开挖验证，判断加固效果。
[0016] 前述预加固效果验证的第一步验证中，检查孔钻进过程中，钻速稳定，声音沉闷，无突进，钻渣均匀，冲洗液成灰褐色，检查孔成孔较好，初判预加固效果理想；在检查孔内放入孔内成像仪，成像仪前端的摄像头将检查孔内画面呈现在视频接收设备上，人工将摄像头缓慢地从孔口送至孔底，便可清晰地见到孔壁浆液充填程度、是否有无塌孔
缩孔以及渗水等现象，通过视频资料显示，判定注浆加固达到预期效果。
[0017] 步骤一中，采用地质钻机在掌子面按设定的
位置和角度钻孔，根据钻孔记录作纵向和平面地质展示图，标明地质岩性，拟合而成断层界面，明确加固长度；
[0018] 步骤三中，根据帷幕注浆加固长度,全断面超前注浆加固范围为开挖轮廓线外5m，扩散半径为2m，共设2个终孔断面，总共设计52个孔，注浆材料采用硫铝酸盐水泥为主，普通水泥单液浆为辅，水泥浆的水灰比0.8～1:1；
[0019] 标定孔位确定钻进外插角后，采用Φ130mm
钻头低速钻进至2.0m，安设孔口管；孔口管安设完成前端须安设高压闸
阀，通过高压闸阀进行钻孔施工；注浆钻孔过程中原则每次钻深5～10m后安设注浆堵头进行注浆施工，当该段注浆达到设计结束标准后，拆除注浆堵头在原孔深
基础上再钻进5～10m，注浆到设计标准，再钻孔，如此循环直到钻注到设计深度。
[0020] 步骤四中，管棚采用外径Φ89mm，
热轧无缝
钢管加工，每节长3～4m，并沿管壁两条垂直直径钻设四排Φ8mm溢浆孔，梅花形布设，孔间距30cm，每节管棚加
内衬管
焊接，每
根管棚前端加工成尖头，尖头长度15cm。
[0021] 基本原理:明确断层过渡段分界线，划分不良地质需注浆补强区域，通过多功能钻机按设定的角度钻孔至加固区，实现分段前进全断面全孔式帷幕注浆补强；拱部打设大管棚穿越断层过渡段软硬不均地层，开挖时大管棚受力状态近似于简支梁受弯，而钢质
无缝管受弯力学性能良好，并利用管棚增设注浆管路注浆补强。
[0022] 与
现有技术相比，本发明针对浅埋隧道断层过渡段断层界面倾角30°～40°，地质软硬不均，断层岩性抗剪强度低、遇水软化、无自稳能力等特点，且地势易于地表汇水面汇集，为实现施工风险可控，提供了一种全新的预加固方法，并成功应用于该铁盔山隧道F2断层地表浅埋过渡段。
[0023] 通过帷幕注浆对地层固结，改变力学性能，提高强度和整体性；洞内大管棚搭接软硬地层使其形成整体，有效的增加土体的刚性，提高抗剪能力，在穿越断层交界面时能有效抑制沉降变形，该预加固方法实施完通过钻孔、孔内成像及洞内开挖验证，加固效果良好、施工风险可控，通过上述预加固方法，洞身周围一定范围地层的物理、力学性能得以改变，开挖面的围岩自稳能力明显提高，使施工风险可控成为现实。
[0024] 通过该种超前预支护加固手段，实现了洞内开挖工法优化，优化后的开挖工法(台阶法)取消了原设计临时支护体系，简化了施工工序；开挖过程中监测数据无明显变化，累计沉降和收验值均未超过限值(150mm)，降低了施工风险，保证了施工安全，施工过程受到了中国铁路总公司工管中心、成贵铁路有限责任公司、成贵铁路毕节指挥部、华铁工程咨询有限责任公司等单位的高度评价及广泛赞誉，总结形成的施工预加固方法为今后类似地质、地形条件的地下工程施工提供了参考和借鉴，具有极为重要的现实意义。
附图说明
[0026] 图2是管棚施工工艺流程图；
[0027] 图3是F2断层界面纵断面图；
[0028] 图4是帷幕注浆孔位布置图；
[0029] 图5是帷幕注浆加固纵断面图；
[0030] 图6是检查孔的位置示意图。
具体实施方式
[0031] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明，应当理解，此处所描述的具体
实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0032] 实施例：
[0033] 参照图1至图6，本实施例提供一种穿越浅埋隧道断层过渡段施工方法，具体步骤如下：
[0034] 步骤一.判定断层界面
[0035] 通过水平地质钻孔准确的判定断层界面，明确过渡段加固范围，采用地质钻机在掌子面按设定的位置和角度钻孔，根据钻孔记录作纵向和平面地质展示图，标明地质岩性，拟合而成断层界面，明确加固长度28m；
[0036] 地质钻机在掌子面钻孔的位置和角度确定方法：
[0037] 1.由设计图纸结合掌子面揭示岩层，简单地识别地质情况；
[0038] 2.根据施工经验结合已识别的地质情况，进行水平钻孔参看地质情况。在进行此项工作时，会不断的重复钻孔，直至查清断层边界和范围。因此，孔位和角度都是根据施工经验初步设定后，在重复钻孔任务时中不断修正。
[0039] 步骤二.施作注浆试验，明确地层的吸浆能力及注浆参数；
[0040] 步骤三.帷幕注浆
[0041] 采用分段前进式全断面全孔注浆，分段前进式钻孔注浆能分区分段，更好的保证钻孔施工和注浆效果，注浆顺序由外向内、由下到上、间隔跳孔施作，便于控制浆液扩散范围，确保注浆效果，富水地层帷幕注浆外圈采用硫铝酸盐水泥形成刚性止水环，并在开挖轮廓线外侧形成有效的隔水层，内圈采用普通
硅酸盐水泥充填固结地层；
[0042] 根据帷幕注浆加固长度,全断面超前注浆加固范围为开挖轮廓线外5m，扩散半径为2m，共设2个终孔断面，总共设计52个孔，施工中可对薄弱位置考虑增加注浆孔，注浆材料采用硫铝酸盐水泥为主，普通水泥单液浆为辅，水泥浆的水灰比0.8～1:1；
[0043] 标定孔位确定钻进外插角后(此时的孔位和角度已可以准确的进行设计，因为在步骤一中，已准确的查清了断层边界和范围，明确了加固区域；由注浆试验明确了地层的吸浆能力和扩散范围等注浆参数；所以，由上述的准备工作，此时可以作图明确帷幕注浆孔的孔位和角度，帷幕注浆孔布置原则：能保证浆液全方位的
覆盖需要注浆加固区域，不留死角)，采用Φ130mm钻头低速(根据风压不同，分两种情况。采用低压风钻进时，低速范围为1m/h～1.5m/h；采用高压风钻进时，低速范围为20m/h～25m/h；通常都采用高压风钻进)钻进至2.0m，安设孔口管；孔口管安设完成前端须安设高压闸阀，通过高压闸阀进行钻孔施工；注浆钻孔过程中原则每次钻深5～10m后安设注浆堵头进行注浆施工，当该段注浆达到设计结束标准后，拆除注浆堵头在原孔
深基础上再钻进5～10m，注浆到设计标准，再钻孔，如此循环直到钻注到设计深度，施工中可根据地质情况适当调整钻注分段长。
[0044] 步骤四.大管棚施工
[0045] 管棚采用外径Φ89mm，热轧无缝钢管加工，每节长3～4m，并沿管壁两条垂直直径钻设四排Φ8mm溢浆孔，梅花形布设，孔间距30cm，每节管棚加内衬管焊接，每根管棚前端加工成尖头，尖头长度15cm。
[0046] 采用全站仪按设计要求定出钻孔孔位，在钻孔过程中，做好详细的钻孔记录，对钻孔进行地质描述，采取全孔注浆工艺，注浆顺序由下到上、间隔跳孔施做，洞内大管棚可有效的增加土体的刚性，提高抗剪能力，在穿越断层交界面时能有效抑制沉降变形。通过上述预加固方法，洞身周围一定范围地层的物理、力学性能得以改变，开挖面的围岩自稳能力明显提高，使施工风险可控成为现实。
[0047] 步骤五.进行预加固效果验证，注浆预加固结束后，对加固效果进行验证，验证方法如下：
[0048] ①钻孔、孔内成像验证
[0049] 按注浆过程中的薄弱环节及孔数比例，设置3个检查孔，通过检查孔判定注浆加固效果:
[0050] 检查孔钻进过程中，钻速稳定，声音沉闷，无突进，钻渣均匀，冲洗液成灰褐色，检查孔成孔较好，初判预加固效果理想；
[0051] 在检查孔内放入孔内成像仪，成像仪前端的摄像头将检查孔内画面呈现在视频接收设备上(该原理类似于人体进行
胃镜检查)，人工将摄像头缓慢地从孔口送至孔底，便可清晰地见到孔壁浆液充填程度、是否有无塌孔缩孔以及渗水等现象，通过视频资料显示，判定注浆加固已达到预期效果。
[0052] ②开挖验证
[0053] 完成第一步验证后，通过最实践的开挖进行最终验证，初次开挖时采用预留核心土环形短进尺方法，经过数循环开挖验证，判断加固效果已达到理想效果。
