九部雙側壁綜合施工技術在富水粉砂地層中的應用

胡 剛

（中鐵十九局集團第三工程有限公司，遼寧沈陽 110136）

1 工程概況

胡麻嶺隧道是蘭渝鐵路蘭州東向重慶方向的第一條長大隧道，是蘭渝鐵路的控制性工程，位于甘肅省蘭州市與定西市境交界處，全長13 611 m。為鐵貨共運雙線大斷面隧道，設計車速160 km，線間距4.4 m。DK72+510—DK72+683、DK76+350—DK79+600、DK80+605—DK80+778 為第三系富水粉細砂地層，共計3596 m，其中2880 m 處于石門水庫和楊灣水庫水位線下。第三系富水粉細砂地層最大埋深約280 m。

2 第三系富水粉細地層的地質災害

胡麻嶺隧道第三系富水粉細砂地層主要為泥質弱膠結，局部形成鈣質半膠結或膠結的透鏡體，固結不均勻，屬極軟巖，自穩性極差[1-2]。地下水位線高出隧道頂部（40～80）m，含水率4.3%～19.5%，粉細砂巖長時間受水浸潤或浸泡后，經開挖擾動，巖軟化現象明顯，在地下水富集地段，掌子面出現片狀剝落、股狀涌水、突泥、坍塌等現象，隧道仰拱存在股狀涌水和振動液化現象。經常造成隧道初支大變形、下沉、坍塌和突水涌泥等災害，最大突水涌泥達2000 m3/d。對隧道施工生產造成極大影響。

3 九部雙側壁綜合施工方法

3.1 九部雙側壁施工

3.1.1 工法原理及支護參數

九部雙側壁工法是一項邊開挖邊支護的施工技術。其原理是利用兩道中隔壁和兩道橫撐把大斷面隧道開挖支護，人為分割成九個小格，左右兩側壁導坑先行、中間斷面緊跟，仰拱封閉成環后，拆除橫豎支撐。九部雙側壁工法把大斷面隧道分割九個小斷面開挖支護，每部開挖支護循環時間較短，能有效減少第三系富水粉細砂地層在開挖后圍巖弱化對初支循環時間的限制，保持掌子面穩定，減少掌子面弱化造成坍塌、突水和涌泥的風險，同時加強支護，能有效控制初支變形，確保施工安全。九部雙側壁導坑法工序橫斷面設計示意如圖1 所示。

圖1 九部雙側壁導坑法工序橫斷面設計示意

初期支護參數：全環采用I25a，間距0.5 m/榀；Ф22 mm 雙層連接筋，Z 字形連接，環向間距1 m；Ф8 mm 雙層鋼筋網片，網格間距20 cm×20 cm；C30 早高強噴射混凝土，厚度33 cm。臨時支護：采用I20b 工字鋼，Ф22 mm 連接筋，間距1 m；C30早高強噴射混凝土，厚度20 cm。掌子面封閉采用：C30 早高強噴射混凝土，厚度10 cm。

3.1.2 施工步驟

（1）首先在上循環①部已架立的拱架上施做超前支護，然后進行①部土體開挖及支護，并在拱腳處打設鎖腳錨管。

（2）②部的開挖及支護滯后①部3～5 m，⑤部再滯后②部3～5 m，②部和⑤部施工時注意鎖腳錨管的施作質量和接頭板的連接質量。

（3）③部拉開①部適當距離，③部、④部、⑥部的開挖支護程序和步驟如同①部、②部、⑤部。

（4）在上一循環⑦部已架立的鋼拱架上施做超前支護。

（5）⑦部拉開③部適當距離，⑦部、⑧部、⑨部的開挖和支護步驟如①部、②部、⑤部。

（6）根據監測結果分段鑿除⑨部兩側的臨時支撐中間的噴射混凝土，一次性鑿除長度控制6 m 左右，并及時施做仰拱及填充混凝土。

（7）仰拱及填充混凝土施作長度夠一模二襯長度后，拆除仰拱以上部分臨時支護。

（8）采用液壓二襯臺車澆筑二次襯砌。

3.2 施工輔助措施

胡麻嶺隧道第三系富水粉細砂地層地質災害主要誘因是地下水，施工中除了采用了九部雙側壁工法外還采用堵排水輔助措施。堵水主要采用雙液回退劈裂注漿。排水主要采用洞內外重力深井降水、超前水平真空降水、輕型井點負壓降水綜合降水措施。

3.2.1 雙液回退劈裂注漿

胡麻嶺隧道第三系富水粉細砂地層結不均勻，大部地段存在水囊、涌泥、涌水等現象，單一的降水有時不能解決工程施工問題，對水害采用堵排相結合的措施，堵水采用雙液回退劈裂注漿。回退劈裂注漿是通過控制灌注膠凝材料的壓力把需要加固的巖土體進行劈裂，注入膠凝材料，在巖土體內形成網狀固結體，以減小巖土體滲透率，提高其穩定性[3]。

注漿根據現場水囊和突水涌泥的位置和大小，確定布孔位置和間距。成孔采用水壓成孔，成孔后下入Ф20 mm 注漿管，長度（6～8）m。注漿采用雙液漿，水膠比0.8∶1～1∶1，漿液比1∶0.8～1∶1。注漿壓力控制在（2.5～5）MPa。

3.2.2 洞內外深井降水

洞內真空負壓深井沿隧道兩側交錯布置，間距10 m；降水井成孔直徑60 cm，孔內下直徑30 cm 濾水管，降水井深15 m，濾水管為圓孔式厚壁PVC 管。濾水井管與孔壁間采用粗砂作濾料，孔頂以下3 m 采用粘土進行封孔。井內采用真空泵負壓抽水，壓力控制在-0.06 MPa 以內。

地表深井沿隧道兩側外10 m 對稱布置，間距20 m，井底深入仰拱底面10 m；地表深井成孔直徑60 cm，孔內下混凝土透水管，透水管直徑30 cm，外包棕衣作濾網，井管與井壁間采用砂礫做濾層。用多級泵抽排地下水，降低地下水位。

3.2.3 超前水平真空降水

超前水平真空降水是沿開挖輪廓打設計長度為15 m 的真空降水管，環向間距1 m，相鄰兩環搭接5 m。鉆孔采用XY-2地質鉆機斜向上3°～5°沖擊成孔，孔長15 m。成孔后孔內下入一根Ф60 mm 的PVC 真空降水管，管長15 m；PVC 降水管上提前鉆好Ф8 mm 的孔（后4 m 不鉆眼），孔眼距離20 cm，降水管外包濾網，濾網規格200 目。超前水平真空降水管通過Ф75 mm降水主管與真空泵連接。

3.2.4 輕型井點負壓降水

胡麻嶺隧道在第三系弱膠結粉細砂巖地層隧道中下臺階采用輕型井點降水。在隧道側壁上臺階兩側拱腳斜向下外插打設豎向降水管，井點位于距上、中臺階上50 cm 處，長度4 m，外插角30°；在正洞兩側底腳增加降水管，降水管外插角30°，管長5 m；相鄰兩根降水管縱向距離0.75 m，輕型井點降水管采用Ф32 mm 鋼管，包雙層100 目濾網；輕型井點降水管通過三通與Ф75 mm 降水主管連接，并在連接部位設置閥門用以控制各井管降水情況；降水主管與真空泵采用Ф75 mm 鋼絲軟管進行連接。

輕型井點降水主要解決中、下部掌子面施工的水害問題。采用高壓水進行降水管的鉆孔和下管，鉆孔及下管過程中控制好降水管外插角；井點降水時，控制好壓力值，壓力應控在-0.06 MPa以下，壓力異常時，逐根檢查降水管連接處氣密性和降水管與土體的密封性，漏氣處采用密封措施。

4 施工注意事項

（1）隧道須堅持“短進尺、強支護、早封閉、勤量測，襯砌緊跟”的施工原則。

（2）開挖方式均采用人工開挖。

（3）各部開挖時，周邊輪廓應盡量圓順，減小應力集中。

（4）為保障鋼拱架基礎穩定，每部拱腳外側有土體時，在鋼架（或臨時鋼架）拱腳處設置鎖腳錨桿。

（5）同一層左、右兩側兩部縱向間距不宜大于15 m，且應在臨時支護達到設計強度進行。同側上下部縱向間距宜為3～5 m，且待噴混凝土達到設計強度的70%后開挖相鄰部位。

（6）施工中嚴格按照規范要求對初支變形情況進行監測，監測結果須及時反饋，并根據監測結果適時調整支護參數和確定二次襯砌的澆筑時機。

（7）第三系富水粉細砂地層主要受水害影響，輔助施工措施采用堵排相結合的原側。注漿時根據現場情況及時調整注漿參數。綜合降水一定要注意排水管打設位置和角度，適時檢查排水管的暢通與否。

（8）隧道施工是在一相對比較密閉和狹小空間進行作業，要求洞內施工車輛車況必須良好，配備倒車聲光報警裝置，洞內掉頭和倒車有專人指揮。為減少車輛尾氣對洞內環境的影響，可配備尾氣處理裝置。

（9）富水粉細砂地層含水量較大，為防止抽排水設備意外故障和意外停電，導致隧道被水淹，影響隧道作業。需加強洞內外抽排水設備日常保養和管理，配備足夠備用抽排水設備及備用電源，必要時設置兩套抽排水管路。

5 結束語

胡麻嶺隧道第三系富水粉細砂地層因突水、涌泥、坍塌、振動液化等現象，易造成初支大變形、下沉，塌方、冒頂地質災害。工程施工中通過不同試驗和總結，形成九部雙側壁工法，堵排相結合綜合治理水害的九部雙側壁綜合施工方法，攻克第三系富水粉細砂地層隧道施工的難題，降低工程施工安全風險，實現胡麻嶺隧道勝利貫通。隨著基礎建設不斷發展，復雜地質條件的長大隧道將會更多，九部雙側壁綜合施工方法能有效解決富水粉細砂地層突水、涌泥、坍塌等地質災害具有對隧道施工的影響，降低了施工安全風險。