寶蘭客專(zhuān)馬鞍梁隧道下穿溝谷淺埋段施工方案研究

陳花順

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，陜西西安710043)

寶蘭客專(zhuān)馬鞍梁隧道下穿溝谷淺埋段施工方案研究

陳花順

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，陜西西安710043)

寶蘭客專(zhuān)馬鞍梁隧道下穿溝谷淺埋段地表常年流水，地下水滲透性強(qiáng)、補(bǔ)給條件好，施工中產(chǎn)生涌水的風(fēng)險(xiǎn)性大，并可能引起地表塌陷，因此擬訂了地表井點(diǎn)降水及地表袖閥管注漿2種方案，并從工程風(fēng)險(xiǎn)、對(duì)周?chē)h(huán)境的影響、工程投資等方面進(jìn)行了全面比較分析，最終確定采用地表袖閥管注漿方案。

淺埋段;井點(diǎn)降水;袖閥管注漿;隧道;施工方案

1 工程概況

1.1 工程地質(zhì)情況

寶蘭客專(zhuān)位于陜西、甘肅省境內(nèi)，自寶雞向西經(jīng)天水、定西至蘭州。線路全長(zhǎng)400.74 km，設(shè)計(jì)時(shí)速250 km［1］。馬鞍梁隧道位于天水市麥積區(qū)元龍鎮(zhèn)與伯陽(yáng)鎮(zhèn)之間渭河南岸黃土梁卯區(qū)，地形起伏較大。全隧道均位于渭河F1斷裂帶內(nèi)。隧道全長(zhǎng)4 189.9 m，為單洞雙線隧道。

隧道IDK743+430—IDK743+540為下穿溝谷淺埋段，主要地層為第四系全新統(tǒng)沖洪積黏質(zhì)黃土、礫砂、細(xì)圓礫土、粗圓礫土，地下水滲透性極強(qiáng)［2］，最小埋深11 m。下穿溝谷淺埋段地質(zhì)圖見(jiàn)圖1。

圖1 馬鞍梁隧道下穿溝谷淺埋段地質(zhì)圖(單位:m)

1.2 水文地質(zhì)情況

馬鞍梁隧道溝谷內(nèi)為常年流水，枯水期流量約4 675 m3/d;溝谷及其附近發(fā)育有泉水［3］，其中IDK744 +160右810 m處泉水為小坪村唯一的生活用水水源。

隧道溝谷淺埋段地下水類(lèi)型主要為第四系松散層孔隙潛水，主要接受大氣降水補(bǔ)給，含水層為細(xì)、粗圓礫土及礫砂，富水性較好。勘察階段在溝谷區(qū)對(duì)地質(zhì)鉆孔(石BZ-19和石BZ-20)進(jìn)行了抽水試驗(yàn);在階地區(qū)對(duì)地質(zhì)鉆孔(石BZ-22)進(jìn)行了提水試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。表中靜水位指鉆孔完成后，抽水試驗(yàn)前地下水水面的高程。動(dòng)水位指抽水試驗(yàn)后地下水下降一定高度，地下水水面穩(wěn)定后的高程。

表1 鉆孔抽、提水試驗(yàn)結(jié)果

從表1可以看出:溝谷區(qū)第四系細(xì)、粗圓礫土及礫砂含水層滲透系數(shù)達(dá)到10.01～13.74 m/d，滲透性較強(qiáng)，補(bǔ)給較充足;階地區(qū)滲透系數(shù)較小，滲透性較弱。

2 方案研究

2.1 地表井點(diǎn)降水方案

地表沿隧道兩側(cè)各設(shè)1排降水井，降水井距隧道中線的距離均為12.5 m，縱向間距20 m。降水井底部深入軌面以下5 m。采用降水井一次施工完成，分段降水措施［4］，即當(dāng)開(kāi)挖面距降水井10 m時(shí)，開(kāi)始該降水井的降水，直至二次襯砌超過(guò)降水井10 m時(shí)，方可結(jié)束該降水井的降水。

現(xiàn)場(chǎng)在DK743+440左、右側(cè)各施工1個(gè)降水井J1和J11，并進(jìn)行了降水試驗(yàn)。降水試驗(yàn)采用流量60 m3/h，揚(yáng)程40 m的水泵，抽水23～25 min后，出水量基本達(dá)到穩(wěn)定。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2和表3。

表2 降水井J1單獨(dú)降水試驗(yàn)結(jié)果

表3 降水井J1和J11同時(shí)降水試驗(yàn)結(jié)果

從表2可見(jiàn)，降水井J1單獨(dú)抽水水位下降11.11 m，動(dòng)水位穩(wěn)定在高程1 034.63 m，位于軌面高程(1 030.77 m)以上約3.86 m，降不下去，未能達(dá)到水位降至軌面高程以下1 m的設(shè)計(jì)要求。

從表3可見(jiàn)，降水井J1和J11同時(shí)抽水，J1水位下降15.22 m，動(dòng)水位穩(wěn)定在高程1 030.52 m，位于軌面高程以下約0.25 m，接近設(shè)計(jì)要求的深度;J11水位下降14.02 m，動(dòng)水位穩(wěn)定在高程1 031.5 m，位于軌面高程以上約0.73 m，未達(dá)到設(shè)計(jì)要求的深度。

可見(jiàn)，降水井J1和J11同時(shí)降水取得了一定的降水效果，只要略微加大泵流量，即可達(dá)到降水要求。但降水井位于階地區(qū)地層厚度相對(duì)較薄，滲透系數(shù)相對(duì)較小的地段，隨著隧道洞身在河谷區(qū)向前掘進(jìn)，含水層厚度從4.5 m遞增到18 m，滲透系數(shù)也不斷加大，洞身涌水量會(huì)大幅增加，降水會(huì)越來(lái)越困難。

2.2 地表袖閥管注漿方案

2.2.1 方案設(shè)計(jì)

1)IDK743+430—IDK743+540段長(zhǎng)110 m，地表采用袖閥管分段注漿，固結(jié)地層，封堵地下水。注漿范圍為拱墻開(kāi)挖輪廓線外5 m，仰拱開(kāi)挖輪廓線外2 m，鉆孔直徑120 mm，鉆孔間距1.5 m，漿液擴(kuò)散半徑100 cm。采用φ65PVC袖閥管和雙向皮碗式止?jié){塞，采用φ25 mm鍍鋅鋼管做芯管分段注漿［5］。地表袖閥管注漿斷面示意如圖2。

2)為了有效控制注漿加固范圍和保證注漿效果，采取分區(qū)段注漿，縱向長(zhǎng)度不大于20 m［6］。

3)由于該段范圍內(nèi)以圓礫土和礫砂為主，且地下水有流動(dòng)性，成孔困難，施工宜采用多功能鉆機(jī)跟管鉆進(jìn)施工工藝垂直地面進(jìn)行鉆孔施工，通過(guò)鉆孔將袖閥管經(jīng)套管下入地層，然后退出套管進(jìn)行封孔注漿［7］。采用的漿液以快硬硫鋁酸鹽水泥單液漿為主，普通水泥-水玻璃雙液漿為輔;周邊2排孔采用普通水泥-水玻璃雙液漿，漿液的凝結(jié)時(shí)間控制在10～40 s以內(nèi)［8］。其他孔采用硫鋁酸鹽水泥單液漿。采取靜壓、由外到內(nèi)、分段后退式注漿工藝，使?jié){液在壓力條件下注入地層，降低地層的滲透能力，從而形成注漿截水帷幕，達(dá)到防滲堵漏和加固地層的目的［9］。注漿參數(shù)見(jiàn)表4。

圖2 地表袖閥管注漿斷面示意(單位:cm)

表4 注漿參數(shù)

2.2.2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

現(xiàn)場(chǎng)在DK743+430—IDK743+450段進(jìn)行了地表袖閥管注漿試驗(yàn)，共鉆孔266個(gè)，注硫鋁酸鹽水泥單液漿810 m3，普通水泥-水玻璃雙液漿404 m3。注漿結(jié)束后，進(jìn)行了地表鉆孔取芯檢查及洞內(nèi)超前地質(zhì)水平鉆孔滲水量檢查。結(jié)果顯示，巖石質(zhì)量指標(biāo)(Rock Quality Designation，RQD)為60%，漿液分布均勻，填充密實(shí)，滲水量為6 m3/d。綜合評(píng)價(jià)注漿效果良好［10］。

2.3 方案比較

2.3.1 地表井點(diǎn)降水方案的優(yōu)缺點(diǎn)

1)雖然地表井點(diǎn)降水試驗(yàn)取得了一定的效果，但隨著滲透層厚度及滲透系數(shù)的增大，地表井點(diǎn)降水將越來(lái)越困難，施工中產(chǎn)生涌水的可能性較大，施工風(fēng)險(xiǎn)較大［11］。

2)下穿溝谷段隧道洞頂最小埋深僅11 m，隧道洞身位于細(xì)圓礫土、礫砂等第四系含水地層中。隧道下穿溝谷段溝心開(kāi)闊，溝谷內(nèi)常年流水。地表井點(diǎn)降水施工中存在地表水滲漏及地面塌陷的可能性，施工難度和風(fēng)險(xiǎn)均較大。

3)隧道附近的泉水為附近村民生活用水水源，下穿溝谷段隧道施工工期長(zhǎng)，長(zhǎng)期井點(diǎn)降水會(huì)影響附近地下水水位，對(duì)附近村民生活用水造成不利影響［12］。

2.3.2 地表袖閥管注漿方案的優(yōu)缺點(diǎn)

地表袖閥管注漿可以解決地表水滲漏、地面塌陷、地下水位下降等問(wèn)題，雖然在注漿過(guò)程中存在注漿不密實(shí)，跑漿影響地下水等風(fēng)險(xiǎn)，但施工中選擇專(zhuān)業(yè)化的注漿隊(duì)伍，加強(qiáng)施工現(xiàn)場(chǎng)的管理，以上風(fēng)險(xiǎn)將降低。地表袖閥管注漿不但可以封堵地下水，而且可以對(duì)地層進(jìn)行加固，極大降低隧道施工風(fēng)險(xiǎn)。

2.3.3 投資比較

地表井點(diǎn)降水方案工程投資總額為1 375萬(wàn)元，地表袖閥管注漿方案工程投資總額為2 211萬(wàn)元，比地表井點(diǎn)降水方案投資總額增加了836萬(wàn)元。

3 結(jié)論

地表井點(diǎn)降水方案雖然工程投資相對(duì)較小，但施工中存在涌水、地表水滲漏、地面塌陷等問(wèn)題，施工難度及風(fēng)險(xiǎn)均較大;地表袖閥管注漿方案雖然投資較大，但其施工風(fēng)險(xiǎn)較小，對(duì)周?chē)こ碳碍h(huán)境影響較小。因此從施工安全及對(duì)環(huán)境影響方面綜合考慮，在下穿溝谷淺埋段地表袖閥管注漿方案較地表井點(diǎn)降水方案有較多優(yōu)勢(shì)，因此采用地表袖閥管注漿方案。

［1］國(guó)家鐵路局．TB 10621—2014高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．北京:中國(guó)鐵道出版社，2014．

［2］《工程地質(zhì)手冊(cè)》編委會(huì)．工程地質(zhì)手冊(cè)［M］．4版．北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007．

［3］中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司．寶蘭客專(zhuān)馬鞍梁隧道綜合勘察報(bào)告［R］．西安:中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，2013．

［4］畢樹(shù)兵．地表動(dòng)態(tài)井點(diǎn)降水在沈陽(yáng)地鐵施工中的應(yīng)用［J］．鐵道建筑，2008(8):73-75．

［5］張明．隧道強(qiáng)透水砂礫地層袖閥管地表注漿加固工藝研究［J］．隧道建設(shè)，2014(10):58-65．

［6］張民慶，彭鋒．地下工程注漿技術(shù)［M］．北京:地質(zhì)出版社，2008．

［7］陳劍，魏義山，江紅，等．一種新型袖閥管雙液注漿加固工法［J］．鐵道建筑，2016(4):102-105．

［8］張民慶，王汝澄，黃平先．飽和含水砂層垂直注漿技術(shù)試驗(yàn)研究［J］．施工技術(shù)，1998(4):28-29．

［9］黎愛(ài)清．大支坪隧道帷幕注漿施工技術(shù)［J］．鐵道建筑，2012(4):93-95．

［10］吳順川，金愛(ài)兵，高永濤．袖閥管注漿技術(shù)改性土體研究及效果評(píng)價(jià)［J］．巖土力學(xué)，2007(7):1533-1538．

［11］姜國(guó)柱．卵礫石地層深基坑降水施工實(shí)踐［J］．東北水利水電，2011(12):18-19．

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Study on Construction Scheme of Shallow-buried Section Passing Under Valley of Ma'anliang Tunnel on Baoji－Lanzhou Passenger Dedicated Railway

CHEN Huashun
(China Railway First Survey and Design Institute Group Co．，Ltd．，Xi'an Shaanxi 710043，China)

In the region of shallow-buried section passing under valley of M a'anliang tunnel on Baoji－Lanzhou passenger dedicated railway，there is perennial surface water and ground water．Good penetrability excellent water supply conditions result in high risk of gushing water during construction．M ore important，it may lead to surface subsidence．In this research，two construction schemes are compared in terms of construction risks，impact on surrounding environment and project investment．One is well-point dewatering，and the other is surface sleeve valve pipe grouting．Finally，the latter scheme is adopted．

Shallow-buried section;W ell-point dewatering;Sleeve valve pipe grouting;T unnel;Construction scheme

U455．4

A

10．3969/j．issn．1003-1995．2016．12．13

1003-1995(2016)12-0046-04

(責(zé)任審編葛全紅)

2016-07-10;

2016-10-14

陳花順(1981—)，男，工程師。