寶蘭客專馬鞍梁隧道下穿溝谷淺埋段施工方案研究

陳花順

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司，陜西西安710043)

寶蘭客專馬鞍梁隧道下穿溝谷淺埋段施工方案研究

陳花順

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司，陜西西安710043)

寶蘭客專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、補給條件好，施工中產生涌水的風險性大，并可能引起地表塌陷，因此擬訂了地表井點降水及地表袖閥管注漿2種方案，并從工程風險、對周圍環境的影響、工程投資等方面進行了全面比較分析，最終確定采用地表袖閥管注漿方案。

淺埋段;井點降水;袖閥管注漿;隧道;施工方案

1 工程概況

1.1 工程地質情況

寶蘭客專位于陜西、甘肅省境內，自寶雞向西經天水、定西至蘭州。線路全長400.74 km，設計時速250 km［1］。馬鞍梁隧道位于天水市麥積區元龍鎮與伯陽鎮之間渭河南岸黃土梁卯區，地形起伏較大。全隧道均位于渭河F1斷裂帶內。隧道全長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沖洪積黏質黃土、礫砂、細圓礫土、粗圓礫土，地下水滲透性極強［2］，最小埋深11 m。下穿溝谷淺埋段地質圖見圖1。

圖1 馬鞍梁隧道下穿溝谷淺埋段地質圖(單位:m)

1.2 水文地質情況

馬鞍梁隧道溝谷內為常年流水，枯水期流量約4 675 m3/d;溝谷及其附近發育有泉水［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型主要為第四系松散層孔隙潛水，主要接受大氣降水補給，含水層為細、粗圓礫土及礫砂，富水性較好。勘察階段在溝谷區對地質鉆孔(石BZ-19和石BZ-20)進行了抽水試驗;在階地區對地質鉆孔(石BZ-22)進行了提水試驗。試驗結果見表1。表中靜水位指鉆孔完成后，抽水試驗前地下水水面的高程。動水位指抽水試驗后地下水下降一定高度，地下水水面穩定后的高程。

表1 鉆孔抽、提水試驗結果

從表1可以看出:溝谷區第四系細、粗圓礫土及礫砂含水層滲透系數達到10.01～13.74 m/d，滲透性較強，補給較充足;階地區滲透系數較小，滲透性較弱。

2 方案研究

2.1 地表井點降水方案

地表沿隧道兩側各設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］，即當開挖面距降水井10 m時，開始該降水井的降水，直至二次襯砌超過降水井10 m時，方可結束該降水井的降水。

現場在DK743+440左、右側各施工1個降水井J1和J11，并進行了降水試驗。降水試驗采用流量60 m3/h，揚程40 m的水泵，抽水23～25 min后，出水量基本達到穩定。試驗結果見表2和表3。

表2 降水井J1單獨降水試驗結果

表3 降水井J1和J11同時降水試驗結果

從表2可見，降水井J1單獨抽水水位下降11.11 m，動水位穩定在高程1 034.63 m，位于軌面高程(1 030.77 m)以上約3.86 m，降不下去，未能達到水位降至軌面高程以下1 m的設計要求。

從表3可見，降水井J1和J11同時抽水，J1水位下降15.22 m，動水位穩定在高程1 030.52 m，位于軌面高程以下約0.25 m，接近設計要求的深度;J11水位下降14.02 m，動水位穩定在高程1 031.5 m，位于軌面高程以上約0.73 m，未達到設計要求的深度。

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

2.2 地表袖閥管注漿方案

2.2.1 方案設計

1)IDK743+430—IDK743+540段長110 m，地表采用袖閥管分段注漿，固結地層，封堵地下水。注漿范圍為拱墻開挖輪廓線外5 m，仰拱開挖輪廓線外2 m，鉆孔直徑120 mm，鉆孔間距1.5 m，漿液擴散半徑100 cm。采用φ65PVC袖閥管和雙向皮碗式止漿塞，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，采取分區段注漿，縱向長度不大于20 m［6］。

3)由于該段范圍內以圓礫土和礫砂為主，且地下水有流動性，成孔困難，施工宜采用多功能鉆機跟管鉆進施工工藝垂直地面進行鉆孔施工，通過鉆孔將袖閥管經套管下入地層，然后退出套管進行封孔注漿［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，漿液的凝結時間控制在10～40 s以內［8］。其他孔采用硫鋁酸鹽水泥單液漿。采取靜壓、由外到內、分段后退式注漿工藝，使漿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，達到防滲堵漏和加固地層的目的［9］。注漿參數見表4。

圖2 地表袖閥管注漿斷面示意(單位:cm)

表4 注漿參數

2.2.2 現場試驗

現場在DK743+430—IDK743+450段進行了地表袖閥管注漿試驗，共鉆孔266個，注硫鋁酸鹽水泥單液漿810 m3，普通水泥-水玻璃雙液漿404 m3。注漿結束后，進行了地表鉆孔取芯檢查及洞內超前地質水平鉆孔滲水量檢查。結果顯示，巖石質量指標(Rock Quality Designation，RQD)為60%，漿液分布均勻，填充密實，滲水量為6 m3/d。綜合評價注漿效果良好［10］。

2.3 方案比較

2.3.1 地表井點降水方案的優缺點

1)雖然地表井點降水試驗取得了一定的效果，但隨著滲透層厚度及滲透系數的增大，地表井點降水將越來越困難，施工中產生涌水的可能性較大，施工風險較大［11］。

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

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，長期井點降水會影響附近地下水水位，對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缺點

地表袖閥管注漿可以解決地表水滲漏、地面塌陷、地下水位下降等問題，雖然在注漿過程中存在注漿不密實，跑漿影響地下水等風險，但施工中選擇專業化的注漿隊伍，加強施工現場的管理，以上風險將降低。地表袖閥管注漿不但可以封堵地下水，而且可以對地層進行加固，極大降低隧道施工風險。

2.3.3 投資比較

地表井點降水方案工程投資總額為1 375萬元，地表袖閥管注漿方案工程投資總額為2 211萬元，比地表井點降水方案投資總額增加了836萬元。

3 結論

地表井點降水方案雖然工程投資相對較小，但施工中存在涌水、地表水滲漏、地面塌陷等問題，施工難度及風險均較大;地表袖閥管注漿方案雖然投資較大，但其施工風險較小，對周圍工程及環境影響較小。因此從施工安全及對環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降水方案有較多優勢，因此采用地表袖閥管注漿方案。

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［2］《工程地質手冊》編委會．工程地質手冊［M］．4版．北京:中國建筑工業出版社，2007．

［3］中鐵第一勘察設計院集團有限公司．寶蘭客專馬鞍梁隧道綜合勘察報告［R］．西安:中鐵第一勘察設計院集團有限公司，2013．

［4］畢樹兵．地表動態井點降水在沈陽地鐵施工中的應用［J］．鐵道建筑，2008(8):73-75．

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

［6］張民慶，彭鋒．地下工程注漿技術［M］．北京:地質出版社，2008．

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

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

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

［12］史景革，史彥明．隧道施工對周圍水環境影響研究［J］．鐵道建筑，2013(5):62-64．

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

(責任審編葛全紅)

2016-07-10;

2016-10-14

陳花順(1981—)，男，工程師。