隧道穿越富水破碎砂质泥岩浅埋段施工技术

　　【摘要】以兰海高速渭武大草滩隧道为例，研究分析了隧道在穿越富水破碎砂质泥岩浅埋段时在隧道洞内，洞外采取的一系列技术措施，为隧道顺利穿越富水破碎砂质泥岩浅埋段施工提供参考。

　　【关键词】隧道;富水破碎砂质泥岩;浅埋

　　隧道工程师论文范文：双线铁路隧道缺陷控制技术

　　摘要:随着社会的不断发展，铁路建设是越来越多。在铁路建设中，其中铁路隧道是重要环节之一，施工难度相对比较大。在铁路隧道施工中，一些缺陷对于铁路质量造成了很大影响。本文主要对双线铁路隧道存在的缺陷原因和双线铁路隧道存在问题的防范措施进行了阐述，以供参考。

　　1工程概况

　　随着我国高速公路的发展，高速公路网越来越复杂，截至2017年3月，中国高速公路通车总里程数达到1.25×105km，超过美国居于世界第一。兰州至海口国家高速公路(G75)为国家主干道“五纵七横”规划的重要组成部分，渭源至武都段施工土建WW04标涵盖路基、桥涵及隧道工程。大草滩隧道位于甘肃省定西市漳县大草滩乡大草滩村，隧道为双向分离两车道，右洞全长807m，里程为YK203+090~YK203+897。其中，富水破碎浅埋段长50m，里程为YK203+610~YK203+660，最小埋深约10m，围岩等级为V级，围岩类型为石炭系强-中风化砂岩、泥岩，岩体结构薄弱，发生轻微变形就会发生滑塌，施工地质条件复杂，施工难度大。

　　1.1富水破碎情况

　　通过现场踏勘发现，该浅埋段位于冲沟底部，冲沟中常年有流水，下游无出水口，雨季时两侧山体的降水在浅埋段洞顶附近汇集，地表水沿岩体裂隙通道下渗流入隧道内，施工时掌子面岩体极为破碎，拱部有多处线状水流，初支面有淋雨状出水现象，经测量隧道掌子面附件出水量约50m3/h。

　　1.2围岩情况

　　根据开挖掌子面揭示围岩为强风化砂质泥岩，属于软岩类，泥质结构，泥质胶结，结合程度差，薄中层状构造，节理裂隙发育，岩体破碎，多呈碎裂结构，岩体完整性较差，围岩级别为V级，在遇水的情况下，迅速氧化膨胀，最后形成半液态软泥状，完全无自稳能力。

　　1.3埋深情况

　　隧道YK203+610~YK203+660段通过山体一处深切冲沟段，沟底沿线路方向两侧山坡较陡，隧道洞身位于冲沟下区，山体土层较薄，冲沟上区对隧道侧压较大，隧道洞身最小埋深约10m。

　　2施工措施

　　现场针对大草滩隧道浅埋段山体围岩富水、破碎、浅埋、易软化的特点，制订处理措施。

　　2.1地表处理措施

　　2.1.1地表防排水洞顶防排水采用45cm厚M10浆砌片石+5cm厚M15水泥砂浆封层。复合防排水结构层能够将绝大多数地表降水排入漳河。

　　2.1.2地表塌坑回填、封闭开挖过程中洞内拱顶出现较大下沉，导致地表出现塌陷、裂缝。对施工中出现的塌坑、裂缝，人工进行修整，尽量修整成规则的基坑、沟槽，采用掺灰量8%的灰土回填，压实度不小于90%。填至距原地面50cm时，铺设一层防水板，填筑50cm黏土层进行封闭，最后再施做50cm厚复合式防排水层。

　　2.1.3采用地表井点降水未降雨期间，洞内施工时掌子面拱顶出现线状流水，说明山体地下水十分丰富，为减少地下水对掌子面的影响，采用在地表洞身两侧设置井点降水井，对洞身附近地下水进行抽排，进而将隧道洞身地下水将至仰拱底。降水井设置在隧道洞身外3.3m，两侧各3个，纵向间距15m，孔径600mm，深度为仰拱底以下20m，井壁管采用准300×4mm钢管，滤石为3~5cm碎石，抽水管采用120mm钢管。

　　2.1.4地表预注浆

　　隧道浅埋段施工前，从地表沿隧道纵向打设竖向注浆小导管进行岩体预加固。注浆管纵向按1.2m每排，横向按洞顶向两侧间隔1.2m每排，主要加强开挖轮廓线至向外5m范围的岩体结构。洞身部分注浆管打设深度至开挖轮廓线;洞身外侧部分注浆管打设深度至仰拱底标高。注浆采用准48mm注浆钢花管，管口段1m不开孔，其余部分按15cm间距交错设置注浆孔，孔径12mm。注浆为水泥浆加5%水玻璃浆液，水灰比1∶1(具体浓度可以根据围岩破碎情况调整)，注浆终压为1.0MPa。

　　2.2洞内处理措施

　　2.2.1采用短三台阶七步预留核心土法

　　开挖方式由两台阶法调整为短三台阶七步预留核心土法，短台阶可以保证初期支护迅速连续成环，从而尽早形成封闭的环状受力结构。缩短二衬、仰拱距掌子面的距离，确保仰拱距掌子面不超过30m，二衬距掌子面不超过45m。开挖过程中掌子面每次只能开挖1榀，中下台阶错开3m每次开挖不超过3榀，仰拱每次开挖不超过3m，每循环仰拱不超过6m。掌子面开挖完成后及时喷护4cm初喷层混凝土封闭掌子面。

　　2.2.2施做洞内超前管棚

　　为顺利渡过软弱段，在洞内施做超前大管棚。采用4榀间距50cm，I22b钢拱架搭设2m套拱，套拱拱部120°范围内埋设准105mm的导向管，大管棚采用长25m，准98mm的自进式管棚。采用潜孔钻机打设，注浆材料为水泥浆加5%水玻璃浆液，水泥浆水灰比1∶1(具体浓度可以根据围岩破碎情况进行调整)，注浆终压为1.0MPa，管棚注浆完成后，管内采用M30水泥沙浆填充。

　　2.2.3增设超前小导管

　　超前小导管对控制隧道拱顶掉块超挖具有良好的效果，施工开挖过程中，超前支护环向间距为0.4m/根，拱部若仍然有掉块超挖现场时，小导管应加密至0.2~0.25m时，掉块超挖即可以有效控制。超前小导管采用准42mm无缝钢管，L=3m，前端呈尖锥状，尾部焊上准6mm加劲箍，管壁四周按15cm间距梅花形、钻设8mm压浆孔，管端预留1m不设压浆孔，钢管与衬砌中线平行以10°～15°仰角打入拱部围岩，小导管口装上孔口阀，连接注浆管路，注浆为水泥浆，水灰比1∶1(具体浓度可以根据围岩破碎情况调整)，注浆终压为1.0MPa。

　　2.2.4增设锁脚锚管

　　锁脚锚管是保证初期支护安全的重要措施，为控制钢拱架下沉，每处钢拱架拱脚采用双层4根长3.5m，准42mm锁脚锚管进行加固，每2根锁脚锚管采用U形钢筋进行加固。

　　2.3增强隧道后期防排水为减少地下水对后期二衬的破坏，需要进一步加大增强永久防排水措施，增加隧道环向排水管数量，加大排除盲管尺寸，设置双层防水板，增设止水带等。

　　2.3.1初支背后围岩注浆封堵地下水

　　施工时初支表面出现线状水流流出，局部以喷流的形式排出，初支背后水压力较大。施工采用“堵”“排”相结合方法进行处理。采用长4~6m注浆管对初支背后围岩采用双液浆进行注浆加固，注浆材料为水泥浆加5%水玻璃浆液，水泥浆水灰比1∶1(具体浓度可以根据围岩破碎情况进行调整)，注浆终压为1.0MPa。

　　2.3.2加密排水管加密初支面环向排水管，2~3m设置1环，渗入初支面的地下水通过环向盲管排入纵向排水沟，在仰拱施工缝顶部沿横向增加埋设准150mmHDPE排水管，确保将通过仰拱底部渗入的地下水通过横向盲管及时排入纵向排水沟。

　　2.3.3双层防水为进一步控制地下水对二衬耐久性造成影响，采用双层防水板进行加强处理。双层防水层是在原有厚1.5mm防水板的基础上增加1层厚1.2mm防水板。

　　2.4加强监控量测施工过程中，对洞内和洞外地表进行监控量测，主要监控量测内容包括洞外观察、洞内地质素描、拱顶下沉、水平收敛及地表下沉监测等。通过监控量测及时取得实测数据，分析反馈数据用以修正设计参数和及时调整施工作业方法。当位移-时间曲线趋于平稳时，实时把握数据变化，通过数据处理或回归分析，推算位移和位移变化规律，指导现场作业;当位移-时间曲线出现反弯点、非工序变化所引起的位移急剧增长时，则表明围岩和支护已呈不稳定状态，必须停止开挖，加强围岩支护强度，密切监视围岩动态，采取补救措施妥善处理，避免位移进一步扩大。

　　3实施效果大草滩隧道施工至YK203+610附近时掌子面发生涌水、涌泥及塌方现象，初支下沉、收敛较大，洞顶底部出现塌陷、裂缝等现场，掌子面基本无法施工，严重威胁隧道施工安全，对施工质量和进度也有较大影响。通过上述措施，各项风险得到了有效控制，初支裂缝、塌方、掉块、涌水涌泥现场未再次出现，施工进度也得到了有效保障，最终该隧道也在确保安全、质量、进度的情况下顺利渡过了该浅埋段，为隧道顺利贯通奠定了坚实的基础，目前隧道已经贯通，二衬也未受到任何破坏，取得了良好的经济、社会效益。

　　4结语大草滩隧道YK203+610~YK203+660在穿越浅埋段施工中，在隧道围岩富水破碎、砂质泥岩的情况，地表采用加强防排水、地表井点降水、地表预加固;洞内采用超前大管棚结合超前小导管、初支背后注浆加固技术，通过优化支护参数，调整三台阶七步开挖法，缩短工序时长等技术对策，利用先进的监控量测技术对隧道洞内洞外变形数据分析反馈，并及时采取相应措施，顺利完成了大草滩隧道浅埋段的施工，表面本工程施工是成功的，为今后类似施工条件隧道顺利实施提供施工经验和参考依据。