昔格達地層隧道施工技術

1、昔格達地層隧道施工技術摘要：昔格達組地層是我國西南地區(qū)特有的一種河湖相沉積半成巖，其工程地 質(zhì)情況較差。該地層多為(砂質(zhì))粘土巖與粉細砂巖或泥質(zhì)粉砂巖互層，天然少 水情況下承載能力尚可，遇水即易泥化崩解，圍巖強度明顯降低，較難自穩(wěn)。隨 著十三五規(guī)劃的逐步實施，在該地層中修建大斷面交通隧道工程也逐漸增多，國 內(nèi)對昔格達組地層的圍巖相關研究也剛剛起步，如何控制好圍巖變形問題是解決 昔格達組地層隧道安全掘進的重要前提。關鍵詞：昔格達；工程特性；隧道施工；粘土巖；自穩(wěn)；變形1、工程概況成昆鐵路峨眉至米易段站前工程范家灣隧道，進口里程為D2K528+495，出口 里程為D2K528+760，全長265m

2、，線路縱坡為-11.5%的單面下坡。隧道為單洞雙 線，全部處于V級圍巖中，洞身主要通過砂巖夾泥巖、頁巖，最大埋深約20m。該隧道未見基巖出露，下伏昔格達組地層成巖作用差，屬極軟巖，粉質(zhì)粘土 為弱膨脹土，昔格達粘土巖為弱膨脹巖，隧道洞身淺埋段長，工程地質(zhì)條件極差。2、昔格達地層的工程特性昔格達土作為攀西地區(qū)一種特殊性土，昔格達地層是分布于我國西南地區(qū)的 一套半成巖，也是一種工程性質(zhì)較差的極軟巖，主要由灰綠色、灰黑色以及灰黃 色的粘性土、粘土巖、粉砂質(zhì)粘土巖和粉砂巖組成。該地質(zhì)主要具有如下特征：天然密度與失水后干密度變化較大，失水后質(zhì)較輕；巖層傾角平緩，向河谷地帶及盆地中心微傾，陡傾節(jié)理發(fā)育；水穩(wěn)

3、性弱，浸水后易崩解，強度降低較大，凝聚力比天然狀態(tài)下下降較 多；透水性弱，泥頁巖常起隔水作用，在表水下滲、排水不暢的情況下易引 起昔格達之上的第四系覆蓋層或堆填物沿昔格達頂部滑動。昔格達地層在無水的情況下，較為穩(wěn)定，基底承載力和掌子面巖體的穩(wěn)定性 均較好，基本能夠自穩(wěn)(左圖)；巖土體遇水軟化成泥，呈軟塑流塑狀，無法 自穩(wěn)(右圖)。施工時通過試驗發(fā)現(xiàn)，昔格達地層天然狀態(tài)下含水率通常為1724.6%，飽 和度為85%100%，其抗壓強度為1.071.73MPa，烘干狀態(tài)下抗壓強度為 13.213.4MPa，飽和狀態(tài)下的抗壓強度為0.790.89MPa，反映了不同含水率狀 態(tài)下黏土巖的抗壓強度差值較

4、大，在飽和狀態(tài)下強度低。攀枝花學院通過試驗對不同含水率的昔格達土進行粘聚力和內(nèi)摩擦角的定性 研究，采用配制相同干密度1.58g/cm3而不同含水率的試樣，按照土工試驗規(guī)范 進行不固結不排水的快剪試驗。通過試驗得出：含水率對于土體的粘聚力影響較 大，從昔格達土體天然風干含水率5%到抽氣飽和的含水率29.5%，土體的粘聚力 隨著由5%含水率時的62Kpa驟然降低至飽和含水率(29.5%)的0.6Kpa。含水率 對昔格達土體的粘聚力影響較大。3、昔格達隧道施工中的控制措施3.1、優(yōu)化開挖方法，控制初始變形昔格達地層隧道基本采用挖掘機輔以人工進行開挖，從開挖斷面形式來講， 多以CRD法、三臺階臨時仰拱

5、法為主，本隧道采用三臺階臨時仰拱法。采用挖 掘機進行開挖，接近隧道輪廓線時，由于挖掘機單次挖掘方量較多，加之挖機斗 與圍巖相互的碰撞作用，對昔格達地層的擾動是比較大的，初始變形難以控制， 易引起超挖和牽引式破壞，甚至塌方等問題。對昔格達地層而言，做好地下水防 治工作的同時控制開挖過程中對圍巖的擾動、減小圍巖的初始變形是施工關鍵。3.2、超前支護超前小導管注漿能夠改善土體的物理性能，在自穩(wěn)時間較短、自支護能力較 弱的圍巖中能夠極大的增強隧道的支護能力，在施工時與鋼架一起組成小管棚系 統(tǒng)支撐巖壁，是隧道工程在不良地質(zhì)條件中最為有效的輔助施工方法之一。3.2.1、小導管設計本隧道超前小導管采用直徑4

6、2mm的無縫鋼花管，壁厚3.5mm，外插角為 1012，單根長度4.5m，相鄰兩循環(huán)搭接長度1m。在小導管前部鉆注漿孔， 孔徑68mm，間距1020cm，呈梅花形布置，前端加工成錐形，尾部設置長度 不小于30cm的不鉆孔段作為止?jié){段。3.2.2、小導管注漿普通地段采用單液漿、富水地段采用水泥-水玻璃雙液漿，漿液強度等級不小 于M10。單液漿的特性主要反映漿液的稠度、凝結時間，水灰比可為0.8:12:1； 雙液漿特性主要反映漿液的粘度、顆粒度和凝膠時間長短，水灰比可為0.8:1 1.5:4，水泥漿與水玻璃的體積比一般為1:0.31:1。注漿注意事項：小導管安裝后應用膠泥封堵孔口及周圍的裂隙，必要

7、時對 開挖面噴射510cm的混凝土作為止?jié){層；漿液應先經(jīng)過過濾網(wǎng)過濾，防止 雜物進入注漿泵或小導管；注漿時應先注無滲水孔，后注有滲水孔；嚴格 控制注漿壓力，注漿機壓力應與設計壓力配套，注漿時升壓不易過快，當達到設 計壓力時應穩(wěn)壓10min；注漿過程中要隨時觀察注漿壓力及注漿泵排漿量的變 化，分析注漿情況，防止跑漿、漏漿、堵管，做好注漿記錄，以便分析注漿效果。3.3、采用濕噴工藝、控制噴射混凝土施工質(zhì)量濕噴是采用攪拌站生產(chǎn)的成品混凝土，相較于其他噴射工藝具有噴射混凝土 原材料質(zhì)量容易得到保證、混凝土回彈率小、混凝土密實性及耐久性好的優(yōu)點。施工時采用大型濕噴機械手可以充分發(fā)揮濕噴工藝的優(yōu)點。濕噴機

8、械手自帶 穩(wěn)定風壓空壓機噴射，可以提高混凝土的密實度、勻質(zhì)性。濕噴機械手每小時噴 射量達20m3以上，大大縮短作業(yè)循環(huán)時間，且快速封閉巖面有效約束巖層變形的 發(fā)展，改善圍巖受力狀態(tài)，增強圍巖的穩(wěn)定性。3.4、控制開挖進尺、及早封閉成環(huán)圍巖變形主要發(fā)生在從掌子面開挖至下臺階支護完畢這一段時間。圍巖的變 形距離主要是靠近掌子面附近，尤其是中臺階位置，因此變形主要產(chǎn)生于施工開 挖拱架架立階段，原因主要是昔格達地層巖質(zhì)軟，中臺階、下臺階開挖造成的鋼 架臨時懸空，以及拱腳支撐力不足，引起較大沉降。在含水的昔格達地層中施工時，掌子面無法自穩(wěn)，必須遵循小斷面、少擾動 的開挖原則。穩(wěn)扎穩(wěn)打，不搶進度，盡量縮短

9、安全步距，盡早封閉成環(huán)，而且實踐證明只 要封閉成環(huán)不再擾動，圍巖會基本趨于穩(wěn)定。3.5、完善防排水系統(tǒng)、確保拱架拱腳穩(wěn)定昔格達巖土遇水軟化不僅能造成掌子面失穩(wěn)，也能導致隧底泥濘不堪，車輛 無法通行，因此施工時必須做好防排水。隧道開挖后及時對掌子面進行噴射混凝 土封閉可以有效控制水的滲透，同時可以在隧道已開挖段設置截水溝、集水井， 在隧道拱腳處布置臨時縱向排水溝。施工中加強抽排水能力，防止拱腳巖體軟化， 增加鎖腳錨管，同時在拱架底部增加槽鋼縱向托梁，能夠確保拱腳穩(wěn)固，減小初 支變形。4、結語為確保施工安全，昔格達隧道施工時應當加強以下幾個方面：做好超前支護 措施，確保前方穩(wěn)定；預留核心土，保持掌子面自穩(wěn)，開挖后噴射混凝土封閉掌 子面，減緩掌子面滲水；做好鎖腳錨管和拱腳槽鋼托梁，確保拱腳的穩(wěn)定，防止 拱腳軟化造成初支失穩(wěn)；減少擾動，嚴格按規(guī)范施工，短進尺、快支護，盡早封 閉成環(huán)；加強隧道內(nèi)的防排水，防止積水，避免基底的巖土體軟化。國內(nèi)對昔格達地層的研究起步較晚，研究方向主要放在其物理性質(zhì)、力學特 性和材料應用等方面，而關于昔格達地層隧道施工技術和安全控制措施的應用推 廣不足。關于昔格達地層隧道的施工技術、安全控制、進度控制、成本控制、開 挖工法改良等的研究是一個系統(tǒng)而長期的研究課題，施工中需逐