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(guó)處于經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展階段，保證國(guó)民生產(chǎn)總值的持續(xù)增長(zhǎng)是必須要實(shí)現(xiàn)的重點(diǎn)，因此高速鐵路的發(fā)展之于國(guó)家來(lái)說(shuō)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(guò)程中會(huì)遇到更大的難度，特別是隧道穿越粉砂層地段問(wèn)題，因工法不當(dāng)，工序脫節(jié)等原因，導(dǎo)致圍巖變形過(guò)大，給施工帶來(lái)較大的難度。通過(guò)開展太焦鐵路TJZQ-5標(biāo)長(zhǎng)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(guò)長(zhǎng)板嶺隧道的施工實(shí)踐，對(duì)施工方案及施工工藝進(jìn)行了優(yōu)化和完善，實(shí)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(zhǎng)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(guò)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(zhǎng)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(dòng)，粉砂呈散落流動(dòng)狀態(tài)，施工風(fēng)險(xiǎn)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(shí)通知建設(shè)單位，并由建設(shè)單位組織設(shè)計(jì)單位、監(jiān)理單位、集團(tuán)公司專家組成員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)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(tái)階高度大，下臺(tái)階距離長(zhǎng)，根據(jù)粉砂層地段，立即對(duì)施工工法進(jìn)行了優(yōu)化。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，選對(duì)臺(tái)階長(zhǎng)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(zhǎng)板嶺隧道粉砂層段短臺(tái)階施工示意圖

2.3.2 強(qiáng)預(yù)報(bào)

提前進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的探測(cè)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(bào)增加地表調(diào)查，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)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(wú)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(chǎng)施工。

2.3.3 變超前

原設(shè)計(jì)為超前雙層小導(dǎo)管，因拱部砂層受擾動(dòng)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(guò)，小導(dǎo)管長(zhǎng)度選用5m，縱向水平投影搭接長(zhǎng)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(shí)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：?jiǎn)慰鬃{壓力達(dá)到設(shè)計(jì)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(jì)進(jìn)漿量的80%及以上時(shí)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(chǎng)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(shí)，現(xiàn)場(chǎng)上臺(tái)階采用弧形導(dǎo)坑預(yù)留核心土法+臨時(shí)仰拱法施工，中下臺(tái)階采用三臺(tái)階臨時(shí)仰拱法施工，上臺(tái)階臨時(shí)仰拱緊跟核心土，確保鋼架及時(shí)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(shí)，上臺(tái)階采用CRD 法施工，中下臺(tái)階采用三臺(tái)階臨時(shí)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(cuò)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(shí)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(zhǎng)度為5m，打設(shè)完成后進(jìn)行注漿加固。

2.3.5 勤量測(cè)

測(cè)點(diǎn)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(shí)別，用量測(cè)里程牌標(biāo)明里程和測(cè)點(diǎn)的編號(hào)。

為確保現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)量準(zhǔn)確，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行施工，監(jiān)控量測(cè)點(diǎn)嚴(yán)禁破壞，監(jiān)控量測(cè)點(diǎn)按照設(shè)計(jì)斷面及時(shí)進(jìn)行埋設(shè)，并通知測(cè)量人員8小時(shí)/次進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，測(cè)量數(shù)據(jù)實(shí)行單斷面管理，定期繪制變化曲線，進(jìn)行回歸分析，及時(shí)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(chǎng)施工，發(fā)現(xiàn)異常，及時(shí)通知洞內(nèi)人員及帶班領(lǐng)導(dǎo)。

監(jiān)控量測(cè)點(diǎn)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(cè)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(wú)憂，質(zhì)量可控。

3 結(jié)語(yǔ)

長(zhǎng)板嶺隧道已順利通過(guò)粉砂層地段，監(jiān)控量測(cè)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(yàn)借鑒。