中国铁路广州局集团有限公司工程管理所广州510088
摘要：京广铁路大瑶山排水隧洞F9断层属区域性复合地质断层，断层宽度达465m。岩体破碎，易失稳塌方，为Ⅴ、Ⅵ级围岩，最大涌水量约66475万方，易突水突泥，属极高风险施工。因此，为安全顺利地穿越F9断层，开展富水断层带施工方法研究，既确保排水隧洞的顺利施工又确保京广线的正常运营，具有重要意义。
关键词：隧道断层富水断层带施工
大瑶山隧道位于京广线的坪石至乐昌区间，隧道全长14.295公里。隧道中部为白云质灰岩、石灰岩、泥灰岩及砂岩，两端为变质砂岩、板岩，穿越大小断层14条，其中9号断层规模最大，大量断层水流向出口。隧道排水方式采用中心水沟为主，双侧沟为辅的形式，全隧道内水流量因季节及雨水的关系在8000～40000m3/d间变化。为解决大瑶山隧道F9断层地下水（含K1979+270出水点）严重影响京广线的运营问题，原铁道部决定增设大瑶山平行排水隧洞。然而，京广铁路大瑶山排水隧洞F9断层属区域性复合地质断层，断层宽度达465m。岩体破碎，易失稳塌方，为Ⅴ、Ⅵ级围岩，最大涌水量约66475万方，易突水突泥，属极高风险施工。为安全顺利地穿越F9断层，开展高风险断层地质施工关键技术研究，既确保排水隧洞的顺利施工又确保京广线的正常运营，具有重要意义。
1研究现状
在富水断层带围岩预加固方面，国内已有类似项目的实施案列。如：宜万铁路齐岳山隧道F11断层带导水性强、岩体破碎、富含高压水等极为复杂的地质条件，为防止发生突水突泥灾害，与冷冻法作出对比，选用注浆法对地层进行预加固；广珠铁路江门隧道采用水平旋喷与大管棚复合超前支护的预加固措施对下穿富水河道段富水软弱层进行了处理。结果表明该方案能有效止水并加固地层，有效规避塌方风险，保证隧道施工安全的同时，加快施工进度及降低造价。但是以上加固方法均不是邻近隧道富水断层带地层加固，目前针对邻近隧道富水断层带地层的预加固方法研究较少，因此针对这个问题开展研究，具有深刻的现实意义。
2工程概况
2.1地质概况
工程区地下水形态分为砂岩构造裂隙水、灰岩岩溶裂隙水，断层破碎带为富水断裂带（F8、F9断层带）。工程区划分为两个水文地质单元，分别为K1979+260～+414段岩溶裂隙水、K1979+414～+505段F9断层水。
2.2.施工方法
2.2.1设计参数
本工程位于既有大瑶山隧道前进方向右侧，全长245m（K1979+260～+505），中线与既有大瑶山隧道右线线路中线线间距为20m，与既有超前平导中线线间距为15m（详见图1及图2）；采用内净空3.34m（宽）×3.2m（高）断面，路面以上净面积为9.43m2。
2.2.3超前帷幕注浆加固
K1979+260～+505采取5m超前帷幕注浆加固，其中K1979+414～+505砂岩强富水段注浆材料采用水泥-水玻璃浆液，其余地段采用水泥浆液。
2.2.4超前预支护
K1979+260～+326拱部采取Φ42超前小导管注浆预支护，K1979+326～+505段拱部采取Φ89超前长管棚预支护。
3有限元分析
本段隧道围岩破碎,成拱能力较差,按隧道衬砌的结构计算采用荷载结构法,结合计算剖面图的相关尺寸建立了隧道的二维有限元计算模型（围岩参数详见表1）；在本次有限元的计算中,隧道结构的有限元分析计算采用梁单元模拟衬砌在不同加固条件下隧道结构的受力情况。本次数值模拟通过对采取围岩预加固措施前后两种工况进行对比分析，以研究采取预加固措施对围岩应力场的影响情况（详见图3、图4）。
图4采取预加固措施围岩位移模拟图
在未采取围岩预加固措施的工况下，围岩沿轴向位移在拱顶处发生较大位移，达到了6.3mm，而对隧道采取Φ89超前长管棚预支护后则明显抑制了这种大变形，拱顶位移分别为4.9mm、拱底6.5mm。而且，隧道采取围岩预加固措施前后方案对比，围岩轴向位移在拱肩、拱脚处均有明显的差异，在左右墙角和仰拱处差异不大。由此证明，采取超前长管棚预支护对围岩具有棚护作用，能够有效抑制大断面软弱围岩在拱部产生的大变形，有效控制了隧道施工的应力影响范围，为邻近隧道既有线安全提供了保障。
4结论
本文通过对京广线大瑶山隧道排水洞富水断层带施工方法进行研究，结合有限元分析理论，主要得出以下结论和建议：
1）数值分析表明，对于软弱富水围岩隧道，采取超前长管棚预支护能够有效抑制围岩大变形，有利于隧道后续安全施工。
2）围岩轴向位移在拱肩、拱脚处均有明显的差异，在左右墙角和仰拱处差异不大，建议在施工过程中需要保证拱脚处喷射混凝土的强度，必要时增设锁脚锚杆。
参考文献：
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[2]左其海《隧道软弱围岩大变形段注浆加固的施工技术》(四川川交路桥有限责任公司，四川广汉618300)
[3]宋国振《隧道岩溶富水断层带施工中注浆止水施工技术的应用》（中铁十六局集团第四工程有限公司，北京101400）
[4]皇民，秦长坤，雷啸天《基于FLAC3D的大断面软弱围岩隧道注浆加固数值分析》（河南工程学院土木工程学院，郑州451191）