高速鐵路隧道粉砂層地質(zhì)施工技術(shù)研究

曹 廣

中鐵一局集團(tuán)有限公司 陜西 西安 710000

1 概述

目前我國處于經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展階段，保證國民生產(chǎn)總值的持續(xù)增長是必須要實現(xiàn)的重點，因此高速鐵路的發(fā)展之于國家來說有著極其重要的戰(zhàn)略地位。在鐵路建設(shè)中，高速鐵路隧道工程在鐵路建設(shè)中占據(jù)非常高的比例，但在鐵路隧道施工過程中會遇到更大的難度，特別是隧道穿越粉砂層地段問題，因工法不當(dāng)，工序脫節(jié)等原因，導(dǎo)致圍巖變形過大，給施工帶來較大的難度。通過開展太焦鐵路TJZQ-5標(biāo)長板嶺隧道穿越粉砂層地段工程的課題研究和總結(jié)，并結(jié)合一般隧道穿越不良地質(zhì)段施工方法，經(jīng)過長板嶺隧道的施工實踐，對施工方案及施工工藝進(jìn)行了優(yōu)化和完善，實現(xiàn)了隧道領(lǐng)域穿越粉砂層段大逆轉(zhuǎn)，供類似工程參考。

2 鐵路隧道穿越粉砂層地段的案例討論

2.1 工程概況

長板嶺隧道位于山西省襄垣縣內(nèi)，處于中低山區(qū)，沿線起伏較大，海拔高程約903m。地表植被茂盛，覆土一般5～45.1m。隧道區(qū)位于太行山隆起帶，經(jīng)過南北構(gòu)造和新華夏構(gòu)造體的復(fù)合作用，因而構(gòu)造比較復(fù)雜，構(gòu)造類型和形式也較多樣。隧道區(qū)主要分布地層為黏質(zhì)新黃土、老黃土、粉質(zhì)黏土、粉砂、石灰?guī)r、泥灰?guī)r。隧道進(jìn)口里程為DK151+717，出口里程DK154+854，隧道全長3137m，隧道最大埋深118.79m，隧道全段位于R=4500的右偏曲線上，全段縱坡為8.25‰下坡，為雙線單洞隧道。隧道正常涌水量Qcp=3167.99m3/d，最大涌水量Qmax=9503.97m3/d。

隧道DK152+309～DK152+620，地層埋深為14m～25m之間，開挖揭示該段為粉砂層地段，粉砂層自穩(wěn)能力差，受開挖擾動，粉砂呈散落流動狀態(tài)，施工風(fēng)險高。

2.2 穿越粉砂層段的方案確定

隧道出口粉砂層后，施工單位及時通知建設(shè)單位，并由建設(shè)單位組織設(shè)計單位、監(jiān)理單位、集團(tuán)公司專家組成員對現(xiàn)場及圖紙進(jìn)行查看，確定粉砂層段施工方案。

2.3 穿越粉砂層段施工工藝

2.3.1 正工法

前期隧道施工上臺階高度大，下臺階距離長，根據(jù)粉砂層地段，立即對施工工法進(jìn)行了優(yōu)化。根據(jù)現(xiàn)場實際情況，選對臺階長度、高度、循環(huán)進(jìn)尺、確保掌子面空間平行利用，仰拱、二襯封閉同步跟進(jìn)，符合人員適應(yīng)性，設(shè)備匹配性，提高圍巖穩(wěn)定性。

長板嶺隧道粉砂層段短臺階施工示意圖

2.3.2 強預(yù)報

提前進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報的探測工作，為后續(xù)施工工藝、施工方案提供有力保障，超前地質(zhì)預(yù)報增加地表調(diào)查，并結(jié)合現(xiàn)場情況做好成果分析，依據(jù)TSP結(jié)果及掌子面情況，適當(dāng)增加超前地質(zhì)鉆孔，探查砂（土）層空間分布情況，如遇復(fù)雜地質(zhì)或無法判定情況，在掌子面加設(shè)超前水平鉆或加深炮孔，以便明確圍巖狀況，更好地指導(dǎo)現(xiàn)場施工。

2.3.3 變超前

原設(shè)計為超前雙層小導(dǎo)管，因拱部砂層受擾動后，容易出現(xiàn)小型坍塌，根據(jù)粉砂層情況將超前雙層小導(dǎo)管變更為單層密排小導(dǎo)管。

超前單層密排小導(dǎo)管搭設(shè)原則為，拱部140°范圍內(nèi)打設(shè)單層密排小導(dǎo)管，小導(dǎo)管應(yīng)從型鋼斷面腹部穿過，小導(dǎo)管長度選用5m，縱向水平投影搭接長度不小于1m，小導(dǎo)管搭設(shè)外插角為10°～15°，且必須進(jìn)行注漿預(yù)加固，提高超前小導(dǎo)管剛度，確保安全，超前小導(dǎo)管注漿參數(shù)為：

注漿壓力：0.5～1.0Mpa

漿液初凝時間：1～2min

漿液：采用硫鋁酸鹽水泥液漿

注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)為：單孔注漿壓力達(dá)到設(shè)計要求值，持續(xù)注漿10min且進(jìn)漿速度為開始進(jìn)漿速度的1/4或進(jìn)漿量達(dá)到設(shè)計進(jìn)漿量的80%及以上時注漿方可結(jié)束。

2.3.4 優(yōu)工法

因粉砂層地層變化頻繁，現(xiàn)場可根據(jù)砂層的分部情況選擇合適的開挖工法。

當(dāng)粉砂層分部范圍小于隧道開挖面的二分之一時，現(xiàn)場上臺階采用弧形導(dǎo)坑預(yù)留核心土法+臨時仰拱法施工，中下臺階采用三臺階臨時仰拱法施工，上臺階臨時仰拱緊跟核心土，確保鋼架及時封閉成環(huán)。

當(dāng)粉砂層分部范圍大于隧道開挖面的二分之一時，上臺階采用CRD 法施工，中下臺階采用三臺階臨時仰拱法施工，中隔壁支撐位置根據(jù)砂層位置適當(dāng)進(jìn)行調(diào)整，左右洞室縱向錯開2-3米，然后兩洞室平行作業(yè)，提高工作效率。

初期支護(hù)拱架采用Ⅰ25全環(huán)型鋼架，間距為0.6m/榀，鋼架縱向連接鋼筋間距為環(huán)向50cm一道，同時在拱腳及連接板旁兩榀鋼架之間增加I18工字鋼縱向連接增加初期支護(hù)鋼架整體剛度；鋼架鎖腳采用φ50mm的鋼花管，長度為5m，打設(shè)完成后進(jìn)行注漿加固。

2.3.5 勤量測

測點不得焊接在鋼拱架上，一定要埋設(shè)在土體或圍巖內(nèi)。埋設(shè)要牢固可靠、易于識別，用量測里程牌標(biāo)明里程和測點的編號。

為確保現(xiàn)場測量數(shù)量準(zhǔn)確，指導(dǎo)現(xiàn)場進(jìn)行施工，監(jiān)控量測點嚴(yán)禁破壞，監(jiān)控量測點按照設(shè)計斷面及時進(jìn)行埋設(shè)，并通知測量人員8小時/次進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，測量數(shù)據(jù)實行單斷面管理，定期繪制變化曲線，進(jìn)行回歸分析，及時掌握開挖工法的不同造成的數(shù)據(jù)變化規(guī)律，以便于更好地指導(dǎo)現(xiàn)場施工，發(fā)現(xiàn)異常，及時通知洞內(nèi)人員及帶班領(lǐng)導(dǎo)。

監(jiān)控量測點位示意圖

2.3.6 抓安全

采取超前地質(zhì)為開挖“探好路”，監(jiān)控測量全天候，仰拱成環(huán)緊跟進(jìn)，各道工序做到位，確保安全無憂，質(zhì)量可控。

3 結(jié)語

長板嶺隧道已順利通過粉砂層地段，監(jiān)控量測在允許范圍值之內(nèi)，表明本隧道采用的施工工藝能滿足粉砂層段圍巖穩(wěn)定性要求，為類似工程提供了經(jīng)驗借鑒。