永壽梁特長隧道侏羅系豆渣狀砂礫巖地層施工

侯建國

(中鐵第一勘察設計院集團，陜西西安 710043)

1 工程概述

永壽梁隧道位于陜西省永壽縣、彬縣境內,地處渭北黃土塬的南緣,涇(河)渭(河)分水嶺東端，全長17.127 km，為西平鐵路的控制性工程。隧道穿越渭河與涇河水系的分水嶺永壽梁，其中有8.8 km洞身圍巖為侏羅系豆渣狀砂巖夾礫巖、泥巖地層。

2 地層巖性及工程性質

本文涉及的該套侏羅紀地層在《陜西省區域地質志》中定義為侏羅紀直羅組(J2z),該套地層下伏于白堊系,上部巖性以泥質砂巖夾泥巖為主,局部夾薄層礫巖,多呈不等厚互層狀產出。下部巖性以礫巖夾砂巖為主,局部夾薄層泥巖,泥質膠結。

工程勘察過程中完成的深孔有四個鉆孔(YZ-2、YZ-3、YZ-6、YZ-10)于不同的孔深所揭露的該套地層工程性質較差,鉆探巖芯雖可成柱狀,但膠結差或無膠結,以砂巖夾礫巖為主,大部分巖芯手掰即碎,部分巖芯錘擊即碎。區域調查中該套地層的地表露頭較少。上述四孔巖芯描述見表1。

施工過程中,工作面開挖完成時洞型尚完整,但工作面圍巖暴露很短時間后就出現拱頂、拱腰、邊墻坍塌,手可掰碎,捻之成砂。永壽梁隧道工程有8.8 km通過該層,是工程性質最差的巖層。該套巖層主要的物理力學指標見表2、表3。

3 構造特征

該套侏羅紀地層為陸相含煤建造,區域內廣泛分布,但地表露頭不多,層位下部與三疊系主要以平行不整合和角度不整合接觸,上部與白堊系以角度不整合接觸。區域地層劃分有下統富縣組，中統延安組、直羅組、安定組。其中永壽梁地區主要出露中統,該套地層為區域上最軟弱巖層,巖性以泥質砂巖夾泥巖、礫巖,多呈不等厚互層狀產出。剖面上上部巖層巖體較完整,下部巖體軟弱且軟硬不均,成巖作用較差。鉆探揭示巖芯破碎,工程性質較差。

永壽梁地區地處中朝準地臺的陜北臺凹和北緣撓褶帶的結合部,三疊紀主要接受海相沉積,形成了巨厚的砂頁巖沉積。三疊紀末期印支運動,陜甘寧盆地南部和西部隆起,地勢上升,區域內普遍形成海退,上升為陸,這時的地殼運動比較緩和,特點是東升西降,在西部形成若干內陸盆地。早侏羅世的沉積起了填平補齊的作用,中侏羅世形成以河流相為主的沉積,中侏羅世末期的燕山運動,區域整體隆起,普遍缺失晚侏羅世沉積,僅有零星的山麓相堆積。

表1 深孔鉆探巖性概況匯總

表2 永壽梁隧道主要地層巖性物性參數

表3 永壽梁隧道巖石物理力學指標統計

永壽梁地區主要在中侏羅世有廣泛的沉積,區域資料顯示在三疊紀末,印支運動使本區前期地層褶升成山。早侏羅世早期,氣候炎熱,地殼振蕩頻繁,陜北進一步隆起,彬縣一帶相對沉降,由于周邊構造應力的影響,使區內地殼呈現凹凸不平的復雜地貌。晚期向準平原演化,以沖洪積河流相為主,在洼地起到了填平補齊的作用。中侏羅世早期比較復雜,氣候潮濕,植物生長迅速,發展為泥炭沼澤相,形成煤層；中期演化為沖積平原洪積相,晚期轉化為湖泊相。隧道施工中該套地層顏色由紫紅色與灰綠色交替出現,顯示了該套地層多旋回的沉積韻律,也反映出當時地層的垂直振蕩較頻,中侏羅古氣候的強烈變化也加劇了該套地層沉積成巖性的巨變。

4 隧道施工主要工程措施

隧道工程在進入該段巖層時采用Ⅳ級圍巖加強襯砌支護(Ⅳ級圍巖襯砌斷面1/50),拱墻設H125型鋼鋼架,拱架間距為1榀/1.2 m。局部坍塌嚴重地段,鋼架間距調整為1榀/m,配合鋼架。拱部120°～150°范圍設超前小導管預支護,長3.5 m,間距30 cm,滲水地段、拱部掉快、坍塌嚴重地段,拱部小導管加長為4 m,間距調整為20 cm。拱墻網噴C25混凝土厚度20 cm,拱墻設φ22藥卷錨桿,長3.0 m,間距1.0 m×1.2 m, 拱墻設置φ6.5鋼筋網,網格間距25 cm×25 cm。

5 施工監測變形

隧道初期支護施工完成后即嚴格按照《鐵路隧道監控量測技術規程》開始監控量測。該套巖層圍巖級別為Ⅳ級圍巖,采用臺階法施工,監控量測布點采用拱頂測點和2條水平測線、2條斜測線的布點方案進行量測,測點位置分別為拱頂下沉觀測點、2個拱腳部位凈空變化觀測點、2個邊墻底部凈空變化觀測點。本段工程自2009年開始至今仍在施工中。本文僅列出2010年4月份觀測的拱頂下沉觀測點數據(見表4)。表中數據表明自4月11日開始測量至4月23日拱頂下沉觀測數據已經穩定。其他未列出測點數據也同樣顯示了在初期支護完成一周后收斂變形基本結束,其變形速率滿足《鐵路隧道監控量測技術規程》的要求,說明隧道洞身圍巖變形已基本穩定。

6 結束語

該套地層受構造變遷及古氣候的影響,成巖性工程性質較差。在勘察設計階段充分考慮到其工程性質對隧道工程的影響,確定其圍巖級別以Ⅳ-Ⅴ級圍巖為主。在隧道施工過程中根據圍巖變化以及現場施工情況不斷調整施工工藝及工程措施,經過一年的施工充分證明了隧道工程在通過該套巖層時采用Ⅳ級圍巖加強支護斷面是合理的,也是經濟的。

表4 現場監控量測記錄

[1]TB10012—2007 鐵路工程地質勘察規范[S]

[2]J721—2007 鐵路隧道監控量測技術規程[S]

[3]TB 10003—2005 鐵路隧道設計規范[S]

[4]鐵道部第一勘察設計院,鐵路工程地質手冊[M].北京：中國鐵道出版社，1999

[5]TB10077—2001 鐵路工程巖土分類標準[S]