冰磧層隧道施工關鍵點與監理管控要點

楊德明（蘭州交大工程咨詢有限責任公司， 甘肅 蘭州 730000）

0 引 言

冰磧層是冰川作用過程中攜帶和搬運的泥沙和巖石碎塊，在冰川消退以后留在原地并沉積形成的特殊地層，又稱冰川沉積層。冰磧層地段地下地質狀況非常復雜，顆粒大小混雜，經常是巨大的石塊和細微的泥質物的混合物；均勻性差，可能是大石塊夾泥沙，也可能是河卵石夾泥沙，或是泥沙，無成層現象；密實程度不一，隨沉積年代和埋深不同，呈現出松散、較密實和密實狀態；地下水豐富，往往與地表水相連同，涌水量隨季節不同而變化較大。

青藏、川西高原地區廣泛分布著冰磧層，在冰磧層地段施工隧道工程會遇到各種問題，問題得不到有效解決，就會不同程度地出現塌方、涌水、突泥、變形等事故。監理如何采取有效措施，避免出現以上問題，是發揮監理作用的著力點，也是各參建方的關切點。基于此，筆者結合施工實際案例，對工程施工中遇到的問題進行探討，并總結過程中的經驗，為隧道建設者提供一些思路和方法。

1 工程概況

米林隧道冰磧層位于西藏林芝米林縣境內，是新建川藏線拉薩至林芝鐵路的控制性工程之一。米林隧道冰磧層實際里程為 D2K387＋424～D2K387＋723，共299 m，線路埋深在 160 m～175 m 之間。D2K387＋678～D2K387＋723 段分兩循環采用全斷面超前帷幕注漿施工，每循環加固長度為 25 m（其中 5 m 作為止漿巖盤與安全儲備距離，不開挖）；拱部采用 Φ89 管棚超前加強支護，管棚單根長度為 10 m，環向間距 0.4 m，每環 27根，縱向間距 6.4 m，管棚搭接不小于 3 m，采用兩臺階法開挖。D2K387＋424～D2K387＋678 段采用中管棚＋小導管注漿超前支護，配合泄水孔泄水減壓，采用三臺階法施工；拱部采用 Φ89 管棚超前加強支護，管棚單根長度為 20 m，縱向間距 15 m，搭接 5 m，環向間距 0.4 m，每環 27 根；小導管長為 4 m，環向間距 0.3 m，每環 36 根，外插角10°～15°，可根據實際情況作調整。

2 工程地質條件

隧址區位于念青唐古拉山脈與喜馬拉雅山脈之間的藏南谷地高山區，山高谷深。山脈呈南北向縱貫延展，谷嶺相間，地勢起伏跌宕。冰磧層段位于一順線路方向長約500 m 的沖積臺地上，其圍巖巖性為第四系上更新統冰水堆積層（Q3fgl）之卵（碎）石土夾漂（塊）石土及細砂，呈密實狀、飽和狀。其中：卵（碎）石約占 80%，粒徑以60 mm～200 mm 為主；漂（塊）石土約占 5%，粒徑以200 mm～300 mm 為主，偶有大粒徑石塊，其余為細砂、粉土等充填。地下水呈“股狀”發育特征，主要為第四系松散孔隙水和圍巖裂隙水，水量在 50 m3/h～80 m3/h 之間，無水壓。

3 冰磧層隧道施工中的關鍵點及解決方案

3.1 土石分界線的判定

冰磧層段隧道的施工，首先遇到的問題就是要提前準確判定巖體與冰磧層的準確分界里程，據此決定何時進場專業隊伍、配套機械設備和材料，哪個里程起采用針對冰磧層的施工方法，并預留至少 5 m 的原巖土作為止漿巖盤與安全儲備距離；否則，塌方、突泥、涌水與變形等事故無可避免。具體解決方案如下。

（1）根據設計階段鉆探與地質調查，預設計冰磧層大致范圍為 D2K387＋305～D2K387＋795。在施工階段，對冰磧層體兩側進行了地質補勘，兩個探孔里程分別為 D2K387＋415 和 D2K387＋690，結合設計階段鉆探的D2K387＋560 中間孔，以及兩側山體地面線的延伸情況調查，進一步較準確地確定了冰磧層的范圍為 D2K387＋415～D2K387＋740。

（2）當出口方向開挖至 D2K387＋740、斜井大里程方向開挖至 D2K387＋415 時，在兩個掌子面處采用了超前鉆孔取芯與孔內攝像相結合的方法，超前鉆孔為 3 孔，在掌子面頂部中間位置、距兩側邊墻與底部 1 m 附近各鉆 1孔，取芯長度為 30 m，鉆孔兼做泄水孔。通過對芯樣的研判和孔內攝像的分析，準確判定了土石分界線里程：出口方向為 D2K387＋723、斜井大里程為 D2K387＋424。

3.2 物質成分的組成分析

冰磧層體物質的主要組成成分為河卵石、漂石和泥沙。河卵石、漂石的粒徑與含量，泥沙的含量，河卵石、漂石的膠結程度等，在很大程度上決定了開挖后掌子面的穩定情況和突泥、涌水的出現概率，更直接決定了采用何種超前加固方法和開挖方法，以及施工過程中的安全問題，最終決定了工程的施工質量、工期和效益。因此，分析冰磧層體物質的組成成分，是遇到的最重要的問題之一。具體解決方案如下。

（1）前期參見設計文件中冰磧層鉆孔資料，發現設計階段鉆探時，冰磧層段落只鉆了1孔，位置在 D2K387＋560 處，且在鉆孔時地下水發育，芯樣無泥沙，只有河卵石、漂石芯樣，因而僅有一個直觀的冰磧體概念：冰水堆積物厚度大于 200 m，物質成分為卵石土和漂石土，地下水豐富。

（2）隧道無冰磧層段施工過程中，與設計院溝通，又補鉆了 2 孔，位置分別為：D2K387＋415 和 D2K387＋690。此兩鉆孔靠近兩側山體，且在枯水期鉆探，故芯樣較完整，具體揭示地質情況為：0～35 m，除表層為漂石土、卵石土外，其余主要為細砂層；35 m 以下至洞身范圍內，主要是卵石土夾漂石土及細砂，卵石土（粒徑以 60 mm～200 mm 為主）約占 50%，漂石土（粒徑 200 mm～1 500 mm）約占 10%，其余為細砂、粉土等充填物。結合抽水試驗，得出該地層的綜合滲透系數為0.593 m/d～1.449 m/d（相當于細砂層滲透系數）。綜合地層結構和抽水試驗成果，判定該段范圍內的卵石土具有一定的膠結作用。

（3）根據 D2K387＋678～D2K387＋723 段兩循環開挖和探孔情況，判定冰磧層地層以卵石土和漂石土為主，粗顆粒含量在 70% 以上，主要特點如下：堆積體粗顆粒和巨顆粒排列緊密，相互之間棱角接觸，呈交錯狀；堆積體細顆粒物質的膠結作用強烈，大多以接觸式膠結為主，聯結巨顆粒與粗顆粒使之成為整體；隧道洞身位于溝口位置，冰磧層經歷了較長時間的沉積和固結，大多結構呈中密～密實狀態，以泥質膠結為主，其膠結程度一般較好，無明顯的架空現象，可注性差；由于膠結狀態良好且受骨架顆粒支撐等因素的影響，兩循環冰磧層開挖后掌子面能較好地處于穩定狀態而不發生破壞，近似呈直立狀。

3.3 施工方法的選擇

隧道施工方法的選擇一般取決于圍巖情況。對于本隧道冰磧層，在前期帷幕注漿兩循環的基礎上，總結出了一些經驗，例如：冰磧體粗顆粒含量大，各組分間膠結好，對掌子面具有穩定作用，但可注漿性差。從開挖后注漿孔的實際擴散情況看，在大部分孔中未擴散，僅填充了鉆孔，個別膠結差的鉆孔有擴散現象，但也達不到設計的 2 m 擴散半徑的要求。

經專家會研討總結，確定地層以卵石土和漂石土為主，粗顆粒含量在 70% 以上，呈中密～密實狀態，當掌子面能夠保持穩定時，采用中管棚＋小導管超前支護，配合泄水孔泄水減壓，采用三臺階法施工；當不滿足上述地質條件時，遵照原設計采用全斷面帷幕注漿或周邊帷幕注漿施工的原則。

3.3.1 全斷面超前帷幕注漿法

在實際施工中，由于前期沒有成熟的冰磧層施工經驗，加之各參建方對冰磧層認識還不夠深刻，本著安全和總結經驗的原則，對 D2K387＋678～D2K387＋723 段采用設計的全斷面超前帷幕注漿的方法。具體措施如下。

（1）止漿墻施作。采用 C30 混凝土澆筑，厚度 2.0 m，高度 6.0 m。混凝土澆筑前在止漿墻內埋設足夠數量的Φ108 排水管，實際埋設數量以將水排干不影響止漿墻施工為準。止漿墻周邊采用兩環 Φ32 鋼筋與周邊初支連接錨固，錨固鋼筋長度 2.0 m，環向間距 1.5 m，插入止漿墻和初支各 1.0 m。

（2）超前全斷面帷幕注漿加固長度 25 m（含止漿墻），開挖長度 20 m，預留 5 m 作為止漿盤。注漿孔沿掌子面周邊布設（外圈）與中間孔布設，注漿孔大小為 Φ90。外圈注漿孔終孔在開挖輪廓線外 5 m。考慮注漿孔漿液擴散半徑 2.0 m，終孔斷面孔間距不大于 3.2 m，共設 25 m 終孔斷面和 15 m 補充斷面，兩個注漿斷面共 67 個注漿孔。在實際施工過程中出現涌水較大或其他明顯異常的情況，及時采取周邊補孔設計，作為補充注漿及效果檢查之用。

（3）超前注漿施工采用前進式分段鉆孔注漿工藝和鉆桿后退式分段注漿工藝相結合的施工工藝。前進式注漿每節長度 5 m～8 m，鉆桿后退式注漿每節長度為 2 m～4 m。注漿順序按“先外后內，自上而下，間隔跳孔”原則進行。材料以早強硫鋁酸鹽水泥單液漿為主，普通水泥-水玻璃雙液漿和普通水泥單液漿為輔。漿液配比參數為∶早強硫鋁酸鹽水泥單液漿、普通水泥單液漿 W∶C（0.6～0.8）∶1，普通水泥-水玻璃雙液漿 W∶C（0.8～1）∶1，注漿壓力為 3.0 MPa～5.0 MPa。

3.3.2 三臺階法

后期由于有了兩循環的施工經驗，并召開專家會進行了研討總結，確定地層符合中管棚＋小導管超前支護的地質條件，對 D2K387＋424～D2K387＋678 段采用了中管棚＋小導管注漿超前支護，配合泄水孔泄水減壓，實施三臺階法施工。具體措施如下。

（1）超前鉆孔即泄水孔（3 孔），在上臺階布設 3個，拱部 1 個，兩側拱腰各 1 個，超前鉆孔單孔長度不少于 30 m，搭接長度不少于 5 m，通過孔內攝像判明前方的水文及地質情況。

（2）管棚采用 Φ89，環向間距 0.4 m，每環根數為 27根，單根長度為 20 m，縱向間距為 15 m，搭接 5 m，外插角 10°～15°。注漿材料采用水泥漿或水泥砂漿，注漿壓力在 0.5 MPa～1.0 MPa 之間。

（3）超前小導管選用熱軋鋼花管，外徑 42 mm，璧厚 3.5 mm。環向間距 30 cm，施作范圍為拱部 144°，外插角 3°～5°，小導管單根長 4 m。注漿材料采用水泥漿或水泥砂漿，注漿壓力一般在 0.2 MPa～0.3 MPa 之間。

4 關鍵工序監理管控要點

4.1 超前鉆孔取芯

（1）核對鉆孔取芯設備及操作人員。設備應選用扭矩大、適應高海拔地區作業的機型；操作人員必須有操作經驗，能夠處置常見機型故障。

（2）現場檢查鉆孔取芯的位置和孔數。一般鉆 3 孔，在掌子面距拱頂 1 m 附近、距邊墻與底部各 1 m 附近的位置取芯。

（3）旁站取芯過程。主要查看記錄鉆孔深度、鉆孔過程中鉆進速度與扭矩變化、出水顏色的變化、芯樣的放置及編號等。

4.2 帷幕注漿

（1）核對設備和操作人員。設備、人員進場后，監理要按照報驗資料進行核對。主要核對點是鉆孔設備是否適應高海拔地區，最好配置寶峨系列多功能地質鉆機；注漿機是否是雙液高壓型，是否有備機。操作人員是否具有操作經驗，能否處置卡鉆、鉆桿扭斷等常見故障。

（2）檢查注漿材料和漿液質量。對于注漿材料，主要是檢查水泥的品種和標號，以及水玻璃的性能，檢查方式主要是參看質量證明文件和平行檢測。對于漿液質量，主要是通過拌和站配合比和出場漿液性能指標進行檢測控制。

（3）檢查鉆孔位置、孔深和數量。鉆孔位置應按照方案經測量放點確定，并要求按一定順序編號；孔深按鉆桿節數及每節長進行過程控制，成孔后要按至少 3 孔的實測深度來確定；在現場要清點孔數并作詳細記錄。

（4）旁站注漿全過程。首先要核對注漿順序，檢查是否按“先外后內，自上而下，間隔跳孔”原則進行；注漿量主要從注漿機安裝的流量計、每班漿液出場數量統計復核來控制；注漿壓力尤其是終壓要現場盯控，以在 3.0 MPa～5.0 MPa 之間為宜，并至少保持 5 min。

4.3 管棚施作

（1）檢查管棚制作質量。主要檢查每節長度、注漿小孔直徑、間距、錐頭、管末端鐵箍焊接情況、連接套長度及焊接情況等。

（2）檢查鉆孔孔深和數量。孔深按鉆桿節數及每節長進行過程控制，成孔后要按至少 3 孔的實測深度來確定；在現場要清點孔數并作詳細記錄。

（3）檢查下管長度。記錄下管的節數和每節長，統計后查看是否符合設計長度，并作詳細記錄。

（4）旁站注漿過程。檢查注漿是否按“從低往高，間隔跳孔”原則；檢查注漿壓力的初壓應控制在 0.5 MPa～1.0 MPa 之間，終壓應控制在 2.0 MPa，并至少保持 3 min。

5 結 語

冰磧層隧道施工難度大，不可預見因素多，在實際施工中，遇到過多次險情。其間，監理單位與各參建方積極溝通，共同解決土石分界線、物質組成及施工方案確定等問題，有效地確保了項目的順利實施。尤其對于關鍵工序，監理單位積極督促施工單位做好技術交底，認真檢查驗收和全過程旁站，在各參建方的共同努力下，保證了施工中未出現塌方、突泥、涌水等事故，更有效確保了冰磧層隧道的施工質量。同時，監理站人員通過本工程的實踐，積累了冰磧層隧道施工的管理經驗，為今后川藏鐵路等類似地質條件項目提供可借鑒的經驗和做法。