正洞F4断层超前水平钻芯

　　人民网长沙3月24日电 随着“砰”的一声巨响，黄水裹着泥沙从隧道掌子面右侧冲破一个直径大约0.8米的溃口，喷涌而出，掌子面上刚刚立完拱架的几名作业人员见势急忙撤退……

　　2016年1月4日22时许，地处湖南省洞口县雪峰山脉的怀邵衡铁路岩鹰鞍隧道，突然发生严重的突水涌砂地质灾害。这一紧急情况很快被值班人员通报到中铁二十局集团怀邵衡铁路项目部和怀邵衡铁路建设指挥机关。

　　据现场监测显示：溃口日均涌水量3500立方米，静水压力0.6兆帕；涌砂时断时续，仅前３个月涌砂量累计1.73万立方米。地质灾害位于该隧道蜡犁坪斜正洞小里程DK87+998处F4断层地带。突如其来的地质灾害，造成施工逼迫中断，隧道外地表水流及附近河流逐渐干枯。

　　全长5302米的岩鹰鞍隧道, 设计地质分别为Ⅳ、Ⅴ级围岩，其中５处断层地段。该隧道2014年11月开工，分别从进、出口和蜡犁坪斜井多个作业面同时施工，计划2017年6月30日贯通。而出口段蜡犁坪斜井正洞小里程方向遭遇F4断层地质灾害，无疑给隧道按期贯通造成严重威胁。

　　进入蜡犁坪斜井，距正洞F4断层掌子面不远处，一组轰轰鸣响的高压空压机格外刺耳，掌子面厚厚的封堵墙镶满了管头，一台大型C6钻机伸出长长的钻杆，朝着封堵墙内的岩体钻探取芯，现场技术员孙东平正在编排、登记刚刚钻探取芯的岩体样本。孙东平介绍说，技术和操作人员三班倒，钻机昼夜不停，加快地质超前钻探取芯工作。

　　勘探设计人员把TSP、地质雷达、红外线、地质素描等一系列地质检测设备和技术带进隧道工地，全方位开展地质超前检测预报，犹如抢救一个重症患者一样急切、认真而忙碌。他们所做的这些，都是为专家研究F4断层处理方案提供科学依据。

　　岩鹰鞍隧道F4断层牵动了许许多多人的心。从2016年4月到9月间，怀邵衡铁路公司分别组织全国铁路隧道有关专家、铁路总公司鉴定中心、工管中心、设计、施工、咨询机构代表，先后召开了3次F4断层处理方案研讨会。专家们最终确定F4断层地质为“高角度逆冲富水断层，破碎带呈强风化和松散的砂、石混杂结构，且富含地下水……在高水压作用下易形成突水涌砂等地质灾害，施工风险高。”专家会议同时建议将F4断层围岩级别由Ⅴ级调整为Ⅵ级；加强动态设计、增设迂回导坑和高位泄水洞；认为设计单位提出的“排水降压，注浆加固，迂回绕行”的综合处理方案基本可行。

　　F4断层帷幕注浆采用前进式分段超前预注浆，其进展十分艰难。据六公司怀邵衡铁路二分部总工程师、F4断层科技攻关小组成员赵志辉介绍，正洞F4断层掌子面（108m2）一个循环的帷幕注浆175根，每根9至31米不等。如钻一个31米深的水平注浆孔，一般地先钻5至7米，便开始注浆到一定压力后封孔，待特殊的水泥浆凝固后再从原来的孔位重新钻孔，待出砂出水后再注浆，如此前进式注浆达到31米的位置，一根孔位的注浆才算完成。

　　赵志辉说，F4断层地段施工以25米为一个施工循环段，通过帷幕注浆固结这段断层破碎带；再实施大管棚开挖、双层拱架支护的施工法；每个开挖段预留5米的止水岩盘，为下次帷幕注浆使用。

　　为确保注浆效果，隧道工程技术和钻机操作人员摸索总结出F4断层帷幕注浆工作法，有效地解决了严重涌砂涌水浆液流失、粉细砂层浆液扩散困难、地层内水压大影响成孔及注浆、地层不均匀导致孔内含沙量高而深孔难以推进等难题。从2016年7月17日到10月21日，正洞F4断层掌子面第一个循环的帷幕注浆175孔3742.66延米，计7646.8立方米。

　　检测注浆效果时，他们既采用取芯法，又应用先进的孔内成像技术，其注浆效果就像给人做胃镜检查一样清晰、明了。从而确保无塌孔、无流沙，出水量小于1L/m·min 。

　　F4断层第一循环帷幕注浆获得成功，同期施工的迂回导坑和高位泄水洞分别掘进到正洞F4断层水平线时，相继克服断层地段的困扰或部分地段绕行通过。第三专家研讨会提出：“正洞第一阶段注浆目的已基本实现，在高位泄水洞排水降压措施支撑下，已经具备施作大管棚后开挖的条件”。

　　11月21日，蜡犁坪斜井正洞小里程F4断层掌子面在经过11个多月的综合处理后，正式恢复掘进施工；与迂回导坑往正洞大里程F4断层正式施工形成夹击态势。当天，怀邵衡铁路邵阳指挥部为此发来表扬通报。

　　现场工程技术人员在F4断层施工中，彰显了科学务实的精神。他们严格实施“三台阶、四步法”作业方法，人工配合机械开挖，每三天两循环，每个循环进尺0.5米，分别从正洞F4断层和迂回导坑两个作业面平稳推进。

　　为监测F4断层大管棚开挖、双层拱架支护的施工的安全性能，他们与西南交大联合研发，通过地应力进行监测。这种技术是在支护拱架的钢筋上，每5米预埋一个土压力盒，同时用支护钢筋连接上一个像铁锁一样的检测器，再连同管棚和拱架网片被特殊的砂浆永久地固结在隧道岩体上，然后通过移动的测读仪测出钢筋和混凝土的地应力。从而达到监测F4断层岩体微妙变化的目的。

　　综合科技的广泛应用，为保障F4断层安全生产和计划工期奠定了基础。截止今年3月20日，蜡犁坪斜井正洞F4断层掌子面第二个循环正在掘进，包括迂回导坑正洞F4断层作业面在内，目前累计完成F4断层地带128米，剩余的30米计划今年4月底全部完成。（魏守华）