玉磨鐵路太達(dá)村隧道穿越粉細(xì)砂地層的施工關(guān)鍵技術(shù)

蔣勝光

粉細(xì)砂地層具有異常復(fù)雜的巖性特征和水穩(wěn)特性，隧道施工安全風(fēng)險極高，施工過程中易出現(xiàn)坍塌、突水涌砂、軟巖大變形等現(xiàn)象。如何安全、有效地穿越粉細(xì)砂地層仍是擺在眾多隧道工作者面前的難題。本文詳細(xì)闡述了針對太達(dá)村隧道穿越粉細(xì)砂地層采取的各項處理措施，為類似工點(diǎn)提供參考。

The silty-fine sand stratum is featured by extremely complex lithologic characteristics and water stability， and crossing such stratum is subject to extremely high safety risk， which means that collapse， water inrush， and sand gushing， large deformation of soft rock， and other phenomena are easy to occur during tunneling. How to safely and effectively cross the silty-fine sand stratum is still a difficult problem for tunneling. In this paper， various treatment measures for Taidacun Tunnel crossing silty-fine sand stratum are elaborated in detail， which can provide a reference for similar construction sites.

一、引言

隧道工程穿越飽和粉細(xì)砂地層，由于其膠結(jié)物質(zhì)差、圍巖強(qiáng)度較低、開挖臨空后巖層間結(jié)合力及穩(wěn)定性差、飽水遇臨空面時呈流沙狀等特點(diǎn)，坍塌、突水涌砂、沉降變形大等時常發(fā)生。粉細(xì)砂地層具有異常復(fù)雜的巖性特征和水穩(wěn)特性，隧道施工安全風(fēng)險極高。如何安全、有效地穿越粉細(xì)砂地層仍是擺在眾多隧道工作者面前的難題，極有必要進(jìn)一步研究。

新建玉磨鐵路太達(dá)村隧道DK241+504～DK241+594、DK241+694～DK241+784段180m穿越下第三系全風(fēng)化粉細(xì)砂段，自穩(wěn)性極差，現(xiàn)場施工中多次出現(xiàn)坍方、突水涌砂、初支變形等。為此，中鐵二院通過采用音頻大地電磁法（AMT法）和瞬變電磁法（TEM法）等物探測試輔以地表深孔鉆探等綜合超前地質(zhì)預(yù)報手段，對粉細(xì)砂段施工關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究、專家論證和工程實(shí)踐，提出了全斷面帷幕注漿、加強(qiáng)襯砌結(jié)構(gòu)及支護(hù)措施、增設(shè)迂回平導(dǎo)開辟工作面、洞內(nèi)降水、隧道均布豎向旋噴樁加固等綜合處理措施，有效縮短了施工工期，確保了現(xiàn)場施工及后期運(yùn)營結(jié)構(gòu)安全。

二、工程背景

（一）工程概況

太達(dá)村隧道位于中老鐵路國內(nèi)段玉溪至磨憨段寧洱站至普洱站區(qū)間，為設(shè)計時速160km客貨共線鐵路雙線隧道，隧道進(jìn)口里程為DK239+810，出口里程為DK245+625，全長5815m。隧區(qū)屬低中山地貌，洞身分布下第三系漸新至始新統(tǒng)（E2-3）礫巖、砂巖夾泥巖，白堊系下統(tǒng)曼崗組中段（K1m2）泥巖夾砂巖等。該隧道地處青藏滇緬印尼“歹”字型構(gòu)造中段的東支哀牢山西側(cè)及永平-思茅槽地的東南部，構(gòu)造行跡屬于經(jīng)向構(gòu)造體系，洞身發(fā)育普洱斷裂西支和蠻帕山斷層，地震動峰值加速度為0.15g。

（二）穿越粉細(xì)砂地層情況

根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報、鉆孔勘探及掌子面開挖揭示情況，太達(dá)村隧道洞身DK241+504～DK241+594、DK241+694～DK241+784段180m巖性為全風(fēng)化粉細(xì)砂巖（E2-3）。

（三）粉細(xì)砂段物理力學(xué)特性研究

太達(dá)村隧道全風(fēng)化粉細(xì)砂巖，顆粒組成以細(xì)粒為主，顆粒較均一，泥質(zhì)弱膠結(jié)，成巖差。礦物成分以石英、長石為主。天然狀態(tài)時處于密實(shí)狀，開挖擾動或遇水后成散砂、稀糊狀，局部伴有涌水、涌砂現(xiàn)象，工程性質(zhì)迅速惡化。補(bǔ)勘深孔鉆探過程中該地層均出現(xiàn)埋鉆現(xiàn)象。

強(qiáng)風(fēng)化狀砂巖經(jīng)取樣浸泡后，1h～2 h出現(xiàn)崩解。強(qiáng)風(fēng)化泥巖浸泡后，2.5h出現(xiàn)崩解。砂狀松散全風(fēng)化砂巖，浸泡約0.5h崩解。

據(jù)取樣分析，以細(xì)粒為主，占71.9%～75.5%，黏粒含量平均約占10.4%。含水程度存在不均，含水率5%～20%;滲透系數(shù)5×10-5～2×10-4cm/s，孔隙率26%～31%。具體物理指標(biāo)見表1。

三、施工中出現(xiàn)的問題

太達(dá)村隧道斜井工區(qū)小里程DK241+784處開挖揭示地層為第三系全風(fēng)化粉細(xì)砂層，施工過程中多次出現(xiàn)坍塌、突水涌砂、軟巖大變形等情況（見圖1），施工難度極大、安全風(fēng)險高。

四、粉細(xì)砂段施工控制技術(shù)

（一）全斷面帷幕注漿加固

（1）DK241+786～+756段帷幕注漿加固

DK241+784～+786段上斷面施作2m厚C25混凝土止?jié){墻后，對DK241+786～+756段（30m）于上斷面施作全斷面超前帷幕注漿加固（如圖2）。注漿范圍為開挖輪廓線外5m，注漿材料以水泥漿為主，水量較大部位采用水泥-水玻璃雙液漿（體積比1：1），注漿壓力根據(jù)現(xiàn)場試驗確定。由于巖質(zhì)軟弱，成孔困難，拱部采用前進(jìn)式注漿，其余部位原則上采用后退式注漿。注漿施工完畢后通過鉆孔取樣（如圖3），帷幕注漿施工效果明顯，基本滿足設(shè)計要求。

（二）加強(qiáng)襯砌結(jié)構(gòu)及支護(hù)措施

根據(jù)施工揭示地質(zhì)條件、圍巖變化情況、專家會意見及結(jié)構(gòu)計算結(jié)果，為保證施工安全及運(yùn)營安全，對襯砌結(jié)構(gòu)及支護(hù)措施予以調(diào)整。

變更設(shè)計采用VI級K0.5加強(qiáng)復(fù)合式襯砌，初支采用全環(huán)I25b鋼架，間距0.5m/榀;拱部161°密排φ108大管棚，縱向間距10m/環(huán)，每根長15m，搭接5m，環(huán)向間距0.108m，每環(huán)175根，外插角3°～5°;二襯采用ANSYS進(jìn)行結(jié)構(gòu)檢算，施工圖設(shè)計襯砌經(jīng)驗算仰拱受拉控制，受力不利，考慮調(diào)整增大仰拱矢跨比。變更設(shè)計襯砌仰拱矢跨比采用1：8.4（原設(shè)計1：12.6），檢算時二襯縱向長度取1m，隧道按承受0.5Mpa水壓力考慮，二襯采用65cm～75cm厚鋼筋混凝土滿足承載力和裂縫要求。

（三）增設(shè)迂回平導(dǎo)

為縮短施工工期，確保太達(dá)村隧道按期貫通，太達(dá)村隧道建設(shè)者通過先后增加進(jìn)口迂回平導(dǎo)（807m施工完成）、斜井工區(qū)左側(cè)迂回平導(dǎo)（施工90m因涌砂封閉）、斜井工區(qū)右側(cè)迂回平導(dǎo)（施工158m因探孔涌砂封閉），實(shí)現(xiàn)了“長隧短打”“超前地質(zhì)預(yù)報”“超前泄水”“多工作面超前預(yù)處理”等多種目標(biāo)，對穿越長段落第三系弱膠結(jié)含水砂巖十分必要。

（四）洞內(nèi)降水

因粉細(xì)砂巖具有十分復(fù)雜的水穩(wěn)特性，穩(wěn)定性隨含水率變化和時間延續(xù)具有顯著變化的特點(diǎn)。為提高圍巖自穩(wěn)能力，太達(dá)村隧道采取了“平導(dǎo)輔助正洞泄水+拱墻超前泄水+徑向泄水+真空降水”的綜合降水措施，有效疏干了圍巖，提高了圍巖的自穩(wěn)能力。泄水孔內(nèi)安裝φ76無縫鋼管，鋼管采用絲扣連接，沿鋼管縱向間距50cm設(shè)置1環(huán)5個溢水孔，溢水孔φ20mm。溢水孔采用紗布包裹，溢水孔兩端5cm加設(shè)φ6鋼筋箍，保證紗布安裝質(zhì)量和泄水效果。

（五）隧底均布豎向旋噴樁加固

太達(dá)村隧道DK241+552～DK241+594段、DK241+622～DK241+634段、DK241+680～DK241+764段洞身揭示下第三系漸新至始新統(tǒng)（E2-3）弱膠結(jié)砂巖，砂巖黏粒含量極低，膠結(jié)物質(zhì)差，具有一定的滲透性，受開挖的擾動及地下水滲透作用，其物理力學(xué)指標(biāo)降低。開挖揭示呈粉砂狀，飽水時自穩(wěn)性極差。根據(jù)施工中多次出現(xiàn)地下水位水壓較高及現(xiàn)場施工擾動導(dǎo)致的涌突事件，顯示其具有類似震動液化特征，對施工及運(yùn)營不利。為提高隧底承載力、增強(qiáng)地基抗液化能力及有效控制基底沉降，隧底采用均布旋噴樁加固。豎向旋噴樁樁徑φ600mm，間距按2m（縱向）×1.0m（橫向），樁長按底部高程低于仰拱底8m控制。

五、粉細(xì)砂段支護(hù)及施工控制效果評價

項目部于2019年11月13日至19日在掌子面施作8個檢查孔，其中1孔取芯驗證（如圖4），其余風(fēng)鉆成孔驗證，以檢測在此地質(zhì)條件帷幕注漿的加固效果。從注漿取芯形態(tài)來看，成塊成巖效果比較明顯。從溢漿現(xiàn)象來觀察，部分漿液從平導(dǎo)溢出，注漿壓力及擴(kuò)散半徑滿足要求。

六、結(jié)論及建議

隧道穿越粉細(xì)砂地層時極易出現(xiàn)坍塌、涌砂等風(fēng)險事故，對該地層采用全斷面帷幕注漿加固輔以洞內(nèi)降水能有效提高洞內(nèi)圍巖的自穩(wěn)能力。對粉細(xì)砂地層隧道處理建議如下：

（一）施工處理前應(yīng)加強(qiáng)地質(zhì)勘察工作，盡可能探明粉細(xì)砂地層不良地質(zhì)體邊界;

（二）全斷面帷幕注漿加固處理因其造價高昂，容易出現(xiàn)注漿盲區(qū)等，需施作試驗段對比其他處理措施，評判方案的可行性;

（三）工期緊張的情況下，增設(shè)迂回平導(dǎo)增加工作面，探明前方圍巖情況很有必要;

（四）洞內(nèi)降水疏干圍巖可有效改善圍巖，提高圍巖的自穩(wěn)能力;

（五）若隧底仍存在粉細(xì)砂地層，需詳細(xì)研究隧底加固處理方案，開挖仰拱時應(yīng)注意對隧底圍巖的保護(hù)。