弱膠結(jié)砂巖黃土隧道建設(shè)技術(shù)方法

2017年10月弱膠結(jié)砂巖黃土隧道建設(shè)技術(shù)方法報(bào)告人：朱永全周曄石家莊鐵道大學(xué)中鐵十九局一、鐵路隧道突水涌泥地質(zhì)災(zāi)害典型事故簡(jiǎn)介內(nèi)容提要一、前言二、第三系系富水砂巖地層性質(zhì)三、施工方法試驗(yàn)與選擇四、洞內(nèi)外施工降水技術(shù)五、超前圍巖加固關(guān)鍵技術(shù)六、結(jié)語(yǔ)一、前言

蘭渝鐵路是西南西北之間最便捷、快速的通道。北起甘肅省蘭州市樞紐，經(jīng)渭源、岷縣、宕昌縣、隴南市（武都區(qū)），經(jīng)過(guò)陜西省寧強(qiáng)縣進(jìn)入四川省，經(jīng)廣元市、蒼溪縣、閬中市、南部縣、南充市（順慶區(qū)）、武勝縣至重慶市合川，北碚。1.蘭渝鐵路概況一、前言胡麻嶺隧道是蘭渝鐵路的關(guān)鍵性工程，位于甘肅省定西市境內(nèi)，全長(zhǎng)13611m，設(shè)計(jì)為客貨共線雙層集裝箱，開通時(shí)速200km/h，為雙線大斷面隧道，開挖斷面135m2。2.胡麻嶺隧道概況200km/h雙線隧道斷面一、前言隧道原設(shè)計(jì)地質(zhì)以砂巖為主，原設(shè)計(jì)有4座斜井，因工期滿足不了要求，先后增加了5號(hào)、7號(hào)、8號(hào)三個(gè)輔助坑道。2.胡麻嶺隧道概況一、前言其中3#、4#斜井在施工中遇到了前所未見的第三系弱膠結(jié)飽和粉細(xì)砂巖地層，其成分以石英為主，呈黃色、桔黃色，粉細(xì)粒結(jié)構(gòu)，泥質(zhì)弱膠結(jié)，局部夾有礫巖薄層，成巖作用極差，屬極軟巖。2.胡麻嶺隧道概況一、前言第三系砂巖在蘭州盆地和定西盆地分布范圍較廣，沉積厚度較大。蘭州地區(qū)除新城盆地（河口、新城一帶）基底為白堊系地層外，榆中（定遠(yuǎn)）、城關(guān)、七里河、安寧堡及西固盆地，下伏基巖均為第三系紅色砂巖或碎屑巖類，在地貌上多表現(xiàn)為黃土梁峁和河谷階地上覆風(fēng)積和沖洪積黃土，下伏第三系泥巖、砂巖及礫巖。3.第三系砂巖分布概況二、第三系系富水砂巖地層性質(zhì)

第三系富水粉細(xì)砂巖基本物理力學(xué)性能：①粉細(xì)粒結(jié)構(gòu)，極弱膠結(jié)；②具有敏感的水穩(wěn)特性；③天然含水率大，滲透系數(shù)低；④地層的孔隙率較高，細(xì)度模數(shù)?。?.5～0.7）等基本性質(zhì)。1.地層基本性質(zhì)二、第三系系富水砂巖地層性質(zhì)

地層天然含水率較高，塑限含水率為11.8~15.6%，液限含水率為32%。地層不同含水率狀態(tài)下性狀變化顯著：①天然含水率下的圍巖汗?fàn)顫B水；②含水率達(dá)到11.0~16%時(shí)圍巖呈軟塑狀；③含水率達(dá)到16%~30%時(shí)圍巖呈流塑狀。④含水率大于32%呈流砂狀。2.地層的性態(tài)變化二、第三系系富水砂巖地層性質(zhì)含水率達(dá)到11.0~16%時(shí)圍巖由固態(tài)向塑態(tài)轉(zhuǎn)變。圍巖開挖后受地下滲流作用，在5-20min內(nèi)產(chǎn)生發(fā)汗性滲水，滲水影響圍巖表面軟化為流泥狀，圍巖受滲水浸泡軟化，巖面持續(xù)層層剝離，開挖及支護(hù)施工困難。3.圍巖工程特征（1）圍巖汗?fàn)顫B水

汗?fàn)顫B水狀態(tài)

二、第三系系富水砂巖地層性質(zhì)含水率達(dá)到16%~30%時(shí)圍巖轉(zhuǎn)變?yōu)榱魉軤?，流塑狀圍巖從掌子面或初期支護(hù)背后擠出，可擠出幾十厘米到幾米。3.圍巖工程特征（2）圍巖流塑狀流塑狀態(tài)

二、第三系系富水砂巖地層性質(zhì)在遇水囊、溶腔、巖溶通道或地下河時(shí)，會(huì)突然間形成突水、涌砂，造成塌方、支護(hù)變形破壞，甚至照成機(jī)械設(shè)備損壞和人員傷害事故。3.圍巖工程特征（3）圍巖涌砂狀涌水、流沙二、第三系系富水砂巖地層性質(zhì)受施工人員、設(shè)備持續(xù)振動(dòng)和擾動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)液化現(xiàn)象。造成人員施工困難、設(shè)備陷入液化圍巖中無(wú)法移動(dòng)；可導(dǎo)致結(jié)構(gòu)沉陷變形、仰拱開裂。3.圍巖工程特征（4）圍巖易振動(dòng)液化涌水、流沙三、施工方法試驗(yàn)與選擇

1.盾構(gòu)法方案(1)胡麻嶺盾構(gòu)所需斷面擬采用南京過(guò)江泥水大盾構(gòu)三、施工方法試驗(yàn)與選擇

1.盾構(gòu)法方案（2）淺埋段（埋深65m）管片受力分析（1）管片最大拉應(yīng)力為3.94MPa，最大壓應(yīng)力為12.4MPa。管片最大變形量為17cm，理論上可行。長(zhǎng)大山嶺鐵路隧道采用盾構(gòu)法施工的其它影響因素較大，實(shí)際采用相當(dāng)困難。三、施蘿工方法括試驗(yàn)與嘗選擇1.盾構(gòu)叼法方桿案(3)神買之?dāng)喙莒柶苒`力分民析深埋段揪實(shí)際富品水粉細(xì)絞砂厚130才m,地表黃痰土厚70m易:根據(jù)犧計(jì)算馳結(jié)果發(fā)，管億片最盒大拉間應(yīng)力11培.5債MP懶a，最大屆壓應(yīng)力45徒.4眠M(jìn)P愁a。常規(guī)欲鋼筋混碰凝土管喚片從受習(xí)力變形街角度考組慮是不陡可行的長(zhǎng)。三、粉施工話方法賺試驗(yàn)幟與選是擇1.盾構(gòu)法諸方案（4）隧慘底設(shè)喊超前勞降水遭小盾魄構(gòu)試健驗(yàn)情響況施工中餐曾在5號(hào)斜井慚工區(qū)正鼻洞重慶脂方向隧姻底設(shè)超漁前降水萄小盾構(gòu)粗工法試斑驗(yàn)，小蘿盾構(gòu)直舒徑1.株5m，施寄工中寸小盾練構(gòu)因雅扎頭犧被卡燦，試完驗(yàn)失折敗。三、妖施工黎方法仰試驗(yàn)采與選側(cè)擇2.凍結(jié)創(chuàng)法方因案凍結(jié)植帷幕亞厚度闊取2.沫5m，凍結(jié)股長(zhǎng)度30括m。同涉樣，館富水頂粉細(xì)盾砂厚柔度60m淺埋時(shí)賽，盾構(gòu)滔管片受陶力變形格理論上眼可行；弱富水粉獸細(xì)砂厚洞度達(dá)200風(fēng)m深埋時(shí)換，盾構(gòu)正管片受訂力變形鴿理論上跌部可行竭。積極姜凍結(jié)50天三、饞施工乞方法淡試驗(yàn)槍與選墨擇3.礦山訊法方堪案（1）埋輕深50m、降鳥水工短況理凝論分亭析由計(jì)累算結(jié)碰果可顛知，逮埋深50m的富水匆粉細(xì)砂把地層，椒通過(guò)降瓣水疏干罵地層后略，隧道蠅施工整賄體最大膜沉降均秘為8c四m，隧予道頂螞部最骨大沉謹(jǐn)降在5cm，所伴以降傳水后委淺埋毯段使誕用礦勸山法點(diǎn)開挖腎是可王行的享。無(wú)超泄前加搖固時(shí)嗎的圍蔽巖塑吧性區(qū)1.0層m超前舒加固訂圈時(shí)膽的圍鏈巖塑繭性區(qū)三、施接工方法育試驗(yàn)與尸選擇3.礦山法葉方案(2)埋深200酸m（13耐0m厚粉細(xì)孔砂和70寒m黃土取）、件不降扔水工抽況從計(jì)算完結(jié)果來(lái)剩看，在婆施作3m長(zhǎng)360神°加固圈勞之后的卷隧道頂媽部沉降馳達(dá)到1.尾6m，底部瀉拱起也系達(dá)到了1.2問(wèn)m以上，賭隧道整姑體沉降紐奉最大處飛達(dá)到了奧將近3m。所以晨，若隧敗道頂部20掠0m埋深晶全部燒為富擋水粉雅細(xì)砂循，且搞不降搏水的壤情況候下，廣采用灰礦山曠法開亮挖隧拆道是始不可凈行。(3)埋深200屑m（130胳m厚粉宇細(xì)砂袖和70m黃土更）粉數(shù)細(xì)砂微、降級(jí)水施浮工工筆況從結(jié)仙果可摩知，13淹0m厚粉細(xì)蘇砂和70尤m黃土地背層，在熱降水和堡超前加近固厚度1.載0m條件下街，隧道膏頂部最鈔大沉降爬在28劣cm，隧豬道的虛最大頭沉降憶有40c嚼m(xù)，礦山昆法施工帳可行。三、撒施工鼠方法動(dòng)試驗(yàn)羨與選織擇3.礦山法男方案在鐵路霸大斷面覺隧道條悠件下，暈不僅采便用多分絹部開挖巴，而且敞采用降師水、圍競(jìng)巖加固熄多種輔晝助工法岔。原因削是：富若水流坍劣狀態(tài)的掏砂層，泳自身無(wú)郵穩(wěn)定性索，開挖肝擾動(dòng)后嫁，地層耕自重將趕全部作卻為荷載牛作用在枕隧道結(jié)氣構(gòu)上，則因此深磨厚地層桌不進(jìn)行諷地層改長(zhǎng)良，現(xiàn)滔行各種住方法的角結(jié)構(gòu)都嚼不可行悅。三、煎施工元方法顆試驗(yàn)貿(mào)與選朵擇多種銀方法缸試驗(yàn)都失敗湯也說(shuō)鼠明了壓該種睡深厚態(tài)層富宜水砂君層的椒特殊嗎性。四、洞譽(yù)內(nèi)外施運(yùn)工降水云技術(shù)開挖0～0.5小時(shí)松內(nèi)含破水率帳較低培，約15%～16%左右；0.稻5小時(shí)后政含水率部開始快林速上升榮，在開印挖后1.蠶5小時(shí)含陜水率達(dá)渣到17%，砂巖玻開始發(fā)頃生塑性池變形，陳砂巖的燃穩(wěn)定性叛變差；1.戶5小時(shí)秘后含鍛水率爆繼續(xù)狀上升再，在2.淚5小時(shí)后岸砂巖達(dá)湖到飽和弟狀態(tài)，翼開始發(fā)壯生流坍萌。1.圍巖讓穩(wěn)定芳性與有含水框率的攝關(guān)系粉細(xì)策砂地調(diào)層單解軸強(qiáng)跪度與惜含水鏡率量襖之間逐的關(guān)納系四、洞寄內(nèi)外施軌工降水緩技術(shù)2.洞內(nèi)相降水亡短距炊離圍獅巖疏耗干技枯術(shù)臺(tái)階法訂斜向和歉水平真披空降水晚管不同于集一般砂則層，該飄弱膠結(jié)扒砂巖，艇滲透性塊系數(shù)在10-5,洞內(nèi)降絡(luò)水疏干仔是否困蝦難；埋棋深大，舒地面井鋪點(diǎn)降水李不僅成梨本高，智而且降治水也十婦分困難檔。因此爽，出現(xiàn)碰了洞內(nèi)腫外各種耽降水方虜式。CR忽D法斜壇向和競(jìng)水平瞎真空局降水詳管四、志洞內(nèi)橋外施鄭工降并水技附術(shù)3.洞內(nèi)降潑水短距歉離圍巖刃疏干技移術(shù)這是洞班內(nèi)降水瞧短距離得圍巖疏藝干實(shí)際司情況。四、脾洞內(nèi)在外施仍工降喇水技診術(shù)4.低滲透喂性地層栽地表深亦井降水只有燒地表蛾井點(diǎn)銷降水泥可超蹦前量路大，救達(dá)到登長(zhǎng)距淚離提條前疏禍干地縫層地陸下水屈的目磚的。姓常用慶地表授井點(diǎn)酒井深為在幾先十米決，低肚滲透紀(jì)性地大層井役點(diǎn)間費(fèi)距小毒，降父水成提本高小?？紮C(jī)慮到跡該種液地層隊(duì)隧道輔施工耕的難累度，飄第三河系富穴水粉悠細(xì)砂喜地層100稼m以內(nèi)也永應(yīng)是降榴水方式盲的首選坑。四、繭洞內(nèi)簡(jiǎn)外施帝工降幼水技薯術(shù)4.低滲旗透性灑地層迫地表叉深井加降水在低滲議透性地名層中，調(diào)本成果棒成功實(shí)鮮現(xiàn)了長(zhǎng)戲區(qū)段、佩大比量額的超深鍵井降水筐，地表列超深井彼布置在7號(hào)豎塊井蘭游州端含與5號(hào)斜證井重賣慶端加之間素的嶺飄脊區(qū)撈，共木設(shè)超突深井11科2口，其零中孔深10處0~況17嬌9的69口、便孔深18數(shù)0~圾17梨9m的41口、足孔深罰大于20擋0m的2口，最洗深井208武m。相對(duì)于塌洞內(nèi)各禾種降水禍方式，圾降水效粒果好、押施工綜趕合成本偏低，在雕井點(diǎn)施搏工技術(shù)屋許可的沾條件下悲，特別棕是遇水響囊、溶熟腔、巖丸溶通道勺或地下望河時(shí)，球優(yōu)先選鬧用地表精超深井會(huì)井點(diǎn)降牙水。四、洞悉內(nèi)外施哀工降水磁技術(shù)4.低滲透到性地層昂地表深森井降水洞內(nèi)炭綜合疏降水取是短運(yùn)距離囑疏干嗚地下秀水的創(chuàng)易操伯作方浮法。剝由于膛開挖涌掌子維面自筐身的占滲流析作用桑，上糖臺(tái)階兆開挖精后，烘下臺(tái)纏階會(huì)揪滲水元、隧鴉底會(huì)笛積水叛，在端無(wú)地財(cái)表降切水或強(qiáng)地表余降水程效果虧不好兵時(shí)，哀洞內(nèi)妄降水嗓疏干勒是必叢要的興。因養(yǎng)粉細(xì)建砂地陡層中拴的粉推粒易肉堵塞勤孔眼鹿，降悄水管姻時(shí)效此段，縱長(zhǎng)距登離超渴前降熔水也勇是困池難的秒。因洗此，獵本工求程總山結(jié)形射成了臘：洞聾內(nèi)臺(tái)謙階斜騎向輕賀型井驕點(diǎn)、遷掌子遇面超宏前水東平短惜管真揚(yáng)空降看水和抖隧底蓮重力植深井班負(fù)壓袍降水好技術(shù)顧。因地垂層滲膨透性揪極低餡，洞熊內(nèi)綜憐合降照水應(yīng)很在開片挖前3d進(jìn)行；敬洞外地蘆表重力輪式深井贈(zèng)降水應(yīng)腐超前15d進(jìn)行驕，方恭達(dá)到丹預(yù)期扣降水猾效果厘。五、超摸前圍巖旬加固關(guān)蛋鍵技術(shù)上半齊斷面嚴(yán)水平歲旋噴哄加固1.超前攝水平偵旋噴省高壓球注漿院加固筍施工筍技術(shù)采用稱樁徑話為60師cm，樁繡間距謙為40c帳m水平旋易噴樁進(jìn)糊行預(yù)加攜固，樁低長(zhǎng)18絞m，搭首接長(zhǎng)芹度5m，旋麗噴樁丑內(nèi)置φ89鋼管，番外插角7°，旋噴樹樁開孔框位置距翅離初支軍外輪廓30c浴m。五、超它前圍巖膚加固關(guān)重鍵技術(shù)1.超前腳水平姑旋噴浮高壓郊注漿夜加固摧施工植技術(shù)這是一虛套非常凝先進(jìn)的肆水平旋荒噴裝備嗽。五、毫超前壞圍巖付加固巨關(guān)鍵瀉技術(shù)全斷面墓水平旋煌噴加固1.超前遞水平醫(yī)旋噴多高壓鋪?zhàn){撤加固送施工按技術(shù)這種堪全斷鳴面水生平旋慨噴加距固，醬掌子或面任戰(zhàn)何部務(wù)位都嘴可以戰(zhàn)失穩(wěn)聽，甚群至隧舍道也最需要摟加固兇，止胳水并磁加固雖圍巖赴。加探固工令程量滅大，凡作業(yè)除時(shí)間須非常朽長(zhǎng)。五、末超前鎖圍巖點(diǎn)加固顛關(guān)鍵肯技術(shù)周邊等水平事旋噴杰和掌圈子面叮注漿苦加固2.超前水沉平旋噴價(jià)注漿和握掌子面笨注漿聯(lián)捧合加固內(nèi)施工技彩術(shù)五、超句前圍巖拜加固關(guān)爸鍵技術(shù)上半袖斷面澡超前閃帷幕芽注漿3.超前祖帷幕架注漿幣加固轎技術(shù)循環(huán)長(zhǎng)20m，開挖搜預(yù)留6m止?jié){尚巖盤狹，注永漿固韻結(jié)半充徑為抖開挖父輪廓策線外5m；注衫漿終闖壓2.5剖MPa，擬餐定注也漿擴(kuò)吃散半叛徑1.般2米，注腫漿孔環(huán)街向放射擠狀布置錦，即起偷始端上島半斷面淹按5環(huán)間飼距0.朱5米布孔賠，終端俘孔間距2.0企m。注漿天采用朗水泥扣單液浙漿，躺水灰以比（0.8～1）:1；設(shè)顯計(jì)注虜漿量22.掏90m正3～57.用27m殺3/延米責(zé)，實(shí)什際注暮漿量歡根據(jù)置現(xiàn)場(chǎng)跳試驗(yàn)越最終家確定愿。五、超販前圍巖否加固關(guān)扶鍵技術(shù)全斷而面超競(jìng)前帷停幕注熔漿3.超前觸帷幕尼注漿火加固墾技術(shù)循環(huán)堤長(zhǎng)20獻(xiàn)m，開段挖預(yù)辟留6m止?jié){巖饞盤，注勻漿固結(jié)暈半徑為季開挖輪昏廓線外5m；注漿距終壓2.5援MPa，擬內(nèi)定注析漿擴(kuò)財(cái)散半偷徑1.盒2米，申注漿將孔環(huán)結(jié)向放炎射狀怒布置敘。注漿采饒用水泥貢單液漿潮，水灰鎖比（0.8～1）:1；設(shè)計(jì)賺注漿量45.券80m霉3～116芒.54貍m3/延米快，實(shí)投際注江漿量針根據(jù)堅(jiān)現(xiàn)場(chǎng)趨試驗(yàn)蠻最終濫確定滴。五、超臨前圍巖蔑加固關(guān)躁鍵技術(shù)全斷面爐超前帷溪幕注漿3.超前帷芹幕注漿蟲加固技室術(shù)1.洞內(nèi)估綜合煩降水捏是短鞏距離炎疏干次地下圍水的侍易操學(xué)作方紗法。餓由于齊開挖堤掌子歪面自娘身的裳滲流憲作用政，上叨臺(tái)階扒開挖匹后，書下臺(tái)檢階會(huì)枕滲水利、隧兩底會(huì)困積水女，在塑無(wú)地逢表降孝水或錘地表螺降水壓效果教不好挨時(shí)，捐洞內(nèi)詢降水湊疏干盼是必棕要的窄。因身粉細(xì)糊砂地伍層中素的粉小粒易固堵塞器孔眼掘，降蒼水管棒時(shí)效糟段，妨長(zhǎng)距臘離超孫前降橡水也求是困碑難的兆。因饅此，蒼本工啞程總葵結(jié)形白成了懼：洞許內(nèi)臺(tái)疾階斜斯向